線下一流課程“大學物理”教學實踐

劉金秋，鄭運強，智春艷

（1.西安工商學院 通識教育學院，陜西 西安 710032；2.中國科學院 西安光學精密機械研究所，陜西 西安 710119）

新高考政策增加了學生的選擇權(quán)，使文理融合變得更加合理，提高了小學科在高考中的分量，讓學生可以學其所好、考其所長，更符合人才的成長規(guī)律。在選考學科中，物理、歷史作為必選科目，學生必須至少選擇其中一門報考，這使得無論偏文還是偏理的考生都有選擇的自由。可見物理在高中階段是非常重要的。同樣的，大學物理也非常重要。“大學物理”課程是工科專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課，它對學生知識結(jié)構(gòu)、智能訓練和能力培養(yǎng)等諸多方面都起著重要作用［1］。但是筆者所在學校的“大學物理”課程出現(xiàn)了以下幾種矛盾。第一，32學時的理論課課時略少于高校平均水平，內(nèi)容多，課時少。第二，課程比較難學，枯燥乏味，學習轉(zhuǎn)化率低。第三，教師一人講，多人聽，學生參與度低，教學效果差。第四，學習“大學物理”沒有即時效應，短期看不到效果，因此有部分學生表示“大學物理”沒什么用。針對以上情況，大學物理教研室做出了如下調(diào)整。一是結(jié)合專業(yè)特點設置教學大綱，并不是所有“大學物理”的知識都講，以此解決第一個矛盾；二是建立知識體系和素材庫，并使用信息化平臺，選擇多種材料和方式進行教學，激發(fā)學生的學習興趣，以此解決第二個矛盾；三是改變傳統(tǒng)章節(jié)授課模式，變?yōu)槟K化教學，讓更多的學生參與進來，做到以學生為中心，以此解決第三個矛盾；四是讓學生自己動手制作一些作品，做到學以致用，獨立思考，以此解決第四個矛盾。以機械制造及其自動化專業(yè)為例，將32學時的理論課分為4個模塊，每個模塊8個學時。

一、結(jié)合專業(yè)特點設置教學大綱

結(jié)合本校教學現(xiàn)狀，課程教學無法面面俱到，因此根據(jù)專業(yè)設置開展“大學物理”教學改革［2］。我院目前開設“大學物理”課程的專業(yè)有機械制造及其自動化、電子信息、計算機及軟件工程，針對各專業(yè)特點及對“大學物理”課程中力學、熱學、電磁學、光學及近現(xiàn)代物理學各部分的側(cè)重需求，在內(nèi)容選擇上有不同的安排。教學內(nèi)容多樣化、豐富化，不再局限于原有的理論性較強的教學內(nèi)容，會加入一些根據(jù)不同專業(yè)特點選取的教學內(nèi)容，同時加入一些重要的物理定理、定律在被發(fā)現(xiàn)及總結(jié)過程中的歷史條件及相關(guān)科學家的科研精神等內(nèi)容，以期提高學生的學習積極性，并對學生人文科學素養(yǎng)的提高有很好的幫助。我們采取打破原有課程體系，按模塊要求重新整合課程體系的方式，即不搞傳統(tǒng)的“壓縮式”，而是采取“刪減式”，對專業(yè)教學計劃、課程設置不按整體要求來安排，而是根據(jù)不同專業(yè)的要求來確定；打破學科和課程界限，將每一個模塊看作一個整體；進行理論研究、課程調(diào)研，分析調(diào)研結(jié)果數(shù)據(jù)，編寫課程講義并制定教學大綱。

二、建立素材庫

在“大學物理”課程教學改革中，建立了很多素材庫，包括作品庫、知識庫、圖片視頻庫和典型案例庫［1］。其中作品庫是將作品按照不同年級與涉及知識的類別進行分類，并給作品制作標簽。分為力學作品庫、電磁學作品庫和光學作品庫，分別用到了力學知識、電磁學知識、光學知識及交叉學科知識，如計算機編程、數(shù)學計算、機械制造等相關(guān)領(lǐng)域的知識。在作品庫的作品都有自己的編號，力學作品用L表示、電磁學用D表示、熱學用R表示，第一屆作品用1表示、第二屆用2表示，依次類推。如第一屆作品力學中第五號為1-L-5。力學作品有噴氣式禮花槍等，電磁學作品有帶有屏蔽性質(zhì)的小船、特斯拉音樂線圈、遙控車、尋跡小車等，光學作品有偽全息投影等。短視頻作品有演示牙簽吊水瓶，也有磁懸浮演示等。知識庫是“大學物理”課程建設中為豐富教學資源而建立和完善的大學物理教學資源系統(tǒng)。除經(jīng)典物理知識外，將學科領(lǐng)域的最新科技成果、科學技術(shù)發(fā)展、其他企業(yè)單位或研究所等研究的項目納入知識庫。包括大綱、評價方法、典型案例庫、習題庫和講義等。圖片視頻庫是將學生作品拍攝成冊，展現(xiàn)每一個作品的應用環(huán)境和功能，并將所有作品的制作、演示及展出拍成視頻集。記錄學生作品的名稱、作者和簡介，以及作品的使用。典型案例庫是由從靈感、設計理念、應用前景等方面評選出的高水平作品組建而成。我們在大學物理教學資源庫建設方面已經(jīng)做了大量工作，在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)加強和完善資源庫的建設工作，為教師的教學、學生的自主學習搭建平臺，促進“大學物理”教學的發(fā)展。

三、信息化平臺的使用

我校使用的主要教學輔助軟件是藍墨云班課App，在這里可以很清楚地記錄學生的信息及表現(xiàn)［3］。同時它的功能也比較強大，如簽到、投票問卷、頭腦風暴、答疑討論、測試、作業(yè)、課堂表現(xiàn)、資料上傳等，操作簡單，互動方便，資料可留，深受學生的喜歡。

四、教學改革

在教學過程中改變傳統(tǒng)的教學方法，借助多種多媒體手段和信息化平臺。插入鍛煉學生能力的環(huán)節(jié)。使得教學方法多樣化、教學活動豐富化［3］。一個模塊的教學流程大致分為三個階段：課前、課中和課后。課前，教師需要發(fā)布材料及模塊主題并布置相關(guān)任務。學生將根據(jù)教師發(fā)布的材料寫一篇研究報告，發(fā)送到藍墨云班課，同時，學生要著手準備制作與之相關(guān)的作品，最后總結(jié)用到的知識、原理及其在其他領(lǐng)域的應用并提出研究過程中遇到的問題。課中，首先，安排學生分享小組研究報告并共同討論，進行大眾評審，評選出研究報告最全面、最有創(chuàng)新、最有特點的小組；其次，教師針對學生的疑問，講解相應的理論知識和知識構(gòu)架，把理論知識靈活運用于材料問題的解決；最后，進行作品展示和作品答辯，此過程要著重提高學生的團隊合作能力、組織能力及語言表達能力。課后，教師不僅要指導學生制作，還要查找相關(guān)資料，建立資源庫，構(gòu)建知識體系，學生不僅要進行作品的創(chuàng)作、改進和創(chuàng)新，還要完成相應的作業(yè)，對新知識進行鞏固和訓練，這是一個自我提升和團隊共同進步的階段，同時也是收獲最大的階段。

假設一個班級有30名學生，將30名學生分成10個組，每組3人，一個組長，兩個組員。例如，教師在給機械制造及其自動化專業(yè)學生講授力學中《剛體》這一章時，不會按照書本上的章節(jié)進行講授，即不會按照順序講解剛體的概念、性質(zhì)、轉(zhuǎn)動慣量、轉(zhuǎn)動定律等系列知識，而是在課前給學生推送《黑鷹墜落》和《花樣滑冰》等視頻資料，給學生布置任務。任務一：看了視頻后請自行查找相關(guān)資料，解釋為什么索馬里人要打飛機的尾翼；觀察花樣滑冰運動員旋轉(zhuǎn)的速度和姿勢，解釋為什么會出現(xiàn)此現(xiàn)象。任務二：這兩個視頻中都用到了哪些知識，用現(xiàn)有知識能否合理解釋。任務三：自行預習《剛體》這一章，了解什么是剛體及剛體的性質(zhì)。任務四：根據(jù)視頻資料，每組寫一份研究報告，包括視頻中用到的原理及相關(guān)知識、應用前景、拓展和創(chuàng)新、心得等。任務五：針對視頻中用到的原理及其相關(guān)知識，查找相關(guān)資料并著手準備材料，制作一個相關(guān)的作品，作品形式可以是短視頻、實物或者實驗儀器改裝等。課中，用兩小節(jié)的時間，讓學生根據(jù)視頻資料，分享并討論各組的研究成果，每組大概6分鐘，10組共計60分鐘，教師用20分鐘總結(jié)學生的研究報告，并引出相關(guān)知識，學生用10分鐘進行大眾評審，分別給各組打分，最終每組都會得到一個相應的分數(shù)。后面四個學時進行知識串講，在知識串講過程中，結(jié)合學生提出的問題和現(xiàn)有知識無法解決的問題，以問答形式展開教學，如什么是剛體，剛體是否存在？通過問答引出剛體模型并與質(zhì)點模型做對比。隨即再開展問答討論模式，與學生共同討論剛體的性質(zhì)、角量關(guān)系及角量和線量的關(guān)系，用連貫理解法，以質(zhì)點模型及相關(guān)理論知識為基礎(chǔ)，引出剛體轉(zhuǎn)動定律、轉(zhuǎn)動慣量、動量守恒和能量守恒等剛體知識。結(jié)合這些知識，講述剛體在建筑、機械制造、運動等領(lǐng)域都有廣泛的應用。最后回歸課前視頻資料，解釋原因。

教學改革后，看似課時少了，任務少了，實則教師和學生的任務都增加了，教師要指導學生制作作品，解決現(xiàn)實中遇到的問題，查找更多的資料和素材，建立課程體系和知識體系；學生要創(chuàng)新和創(chuàng)造更多作品，學習更多知識以解決制作中問題，緊密結(jié)合理論和實踐，增強團隊精神、合作意識，提升分析問題、解決問題的能力。

五、教學評價

課程考核是教學過程中的一個重要環(huán)節(jié)和組成部分，是評定學生學習成績、檢查教師教學質(zhì)量的主要手段［4］。為貫徹落實人才培養(yǎng)目標，進一步加強學習過程管理，深化課堂教學改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，根據(jù)我校實際，特制定教學評價方式。構(gòu)建能力與知識考核并重的“五化”考核評價體系，即考核過程全程化、考核內(nèi)容綜合化、考核形式多樣化、評價主體多元化、評分標準導向化。

從終結(jié)性評價為主向過程性評價為主轉(zhuǎn)變。改變一張考卷定成績的僵化模式，調(diào)整過程性評價成績和終結(jié)性評價成績的比例，加大過程性評價成績在課程考核中的比重，有效發(fā)揮平時考評的督促功能和期末考核的檢測功能。過程性評價成績和終結(jié)性評價成績的比例為，平時成績占60%，期末成績占40%。平時成績包括考勤、作業(yè)、研究報告、作品成績和作品答辯成績。教學過程中每個模塊分為研究報告分享階段、作品展示階段和作品答辯階段，每個階段滿分均為100分，按照大眾評審分別給研究報告分享階段、作品展示階段和作品答辯階段打分，最終每個組會得到一個總分，每個組員也會由組長評出總分，四個模塊最終加權(quán)平均得到個人模塊成績，模塊成績占平時成績的70%，考勤占15%，作業(yè)占15%。這個過程中，大眾評審起主要作用，充分地把一人評價轉(zhuǎn)化為大眾評審。同時充分地展示了學生的個性化發(fā)展，有的學生善于寫，有的學生善于做，有的學生善于說，充分發(fā)揮學生各自特長，進行團隊合作，共同努力，共同進步。

從考核知識為主向能力和知識并重轉(zhuǎn)變。課程考核內(nèi)容的設計要有利于培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，激勵學生善于獨立思考、敢于質(zhì)疑并大膽創(chuàng)新，減少客觀性、記憶性的考核內(nèi)容，增加主觀性、綜合性、實踐性的考核內(nèi)容。

從單一閉卷考試為主向多樣化考核為主轉(zhuǎn)變，從單一主體評價向多元主體評價轉(zhuǎn)變。逐步改變僅由教師進行評價的方式，積極開展學生自評、互評，提高學生學習積極性與主動性，逐步實現(xiàn)“評價主體多元化”［5］。

六、教學效果

本著“兩手抓、兩手都要硬”的原則。一方面要教學，并在教學中實施教學改革，把課堂還給學生，讓學生愛物理、愛學習、愛生活［4］；另一方面，所有教師都在積極地充實自己，收集材料，編寫講義和素材庫，建立更合適的知識體系和課程體系。這個過程是忙碌的，也是收獲的。教師收獲了知識，收獲了本領(lǐng)，收獲了學生的心。

在教學改革中，進行了多次階段性調(diào)查，如通過調(diào)查問卷和頭腦風暴，檢測這一段時間的教學效果，好的繼續(xù)發(fā)揚，有問題的快速解決，以便后面更好地開展教學。其中一份調(diào)查問卷樣本數(shù)為324人，有95%的學生認為有必要進行教學改革，96%的學生認為有必要寫研究報告，93%的學生喜歡用作品的形式把理論和實踐聯(lián)系起來，86%的學生認為模塊教學有所收獲，84%的學生認為有必要分組討論，90%的學生認為有必要開展多元化評價，76%的學生認為對專業(yè)課學習有幫助，84%的學生認為有必要進行作品答辯，83%的學生認為有必要進行互評。同時，在教學過程中，通過將藍墨云班課的大數(shù)據(jù)進行對比，發(fā)現(xiàn)了如下情況，教學改革后出勤率、前座率、參與度、最后成績的優(yōu)秀率（90分以上人數(shù)占總?cè)藬?shù)的百分率）相對于教學改革前有明顯的提高。平均出勤率由85%～95%提高至99%～100%，平均前座率由60%～70%提高至90%～100%，平均參與度由65%～80%提高至100%，平均優(yōu)秀率由10%～20%提高至40%～50%。

結(jié)語

基于應用型本科的定位，為增強學生的學習興趣、提高學習效率，對我?！按髮W物理”課程進行了一系列改革。在改革過程中有困難、有矛盾、有預想不到的問題，但是我們都努力克服了，最終取得了比較滿意的結(jié)果，雖然不夠完美，但是我們會繼續(xù)努力、繼續(xù)探索。