新高考背景下以學(xué)生為中心的《大學(xué)物理》教學(xué)研究

楊雪玲 蘇 凱

1.齊魯醫(yī)藥學(xué)院，山東 淄博 255000；2.博山區(qū)第二職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，山東 淄博 255000

在新高考形勢(shì)下，部分理工類專業(yè)近一半學(xué)生高中沒有選學(xué)物理，大學(xué)物理學(xué)習(xí)存在很大難度，在此現(xiàn)狀下，基于ETA 理論及建構(gòu)主義理論，研究基于學(xué)生自身基礎(chǔ)的教學(xué)實(shí)施方法，通過教學(xué)內(nèi)容的整合及教學(xué)方法的研究，以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)動(dòng)力，既要傳授學(xué)生知識(shí)，更要注重學(xué)習(xí)能力及科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)及提高。本教學(xué)模式對(duì)其他學(xué)科教學(xué)也有一定的參考意義。

一、教學(xué)方法探討的依據(jù)

（一）ETA 物理認(rèn)知模型［1］

ETA 物理認(rèn)知模型是北京大學(xué)物理學(xué)院副教授穆良柱提出的物理學(xué)習(xí)的認(rèn)知模型。包括實(shí)驗(yàn)物理（Experimenal Physics）、理論認(rèn)知（Theoretical Physics）和應(yīng)用物理（Applying Physics）三個(gè)認(rèn)知階段，認(rèn)知物理是觀察物理現(xiàn)象、找出研究問題，確定研究方法，通過實(shí)驗(yàn)方法觀察測(cè)量并總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律；而理論認(rèn)知過程更趨近于拓展和外延，從特殊到一般，尋求規(guī)律的內(nèi)因和本質(zhì)，最后一個(gè)階段則是應(yīng)用物理認(rèn)知，是利用理論進(jìn)行應(yīng)用和創(chuàng)新，從某一角度說，應(yīng)試教育是應(yīng)用物理認(rèn)知階段。我國(guó)近年來以科技興國(guó)，強(qiáng)調(diào)了應(yīng)用物理，同時(shí)也看重認(rèn)知教育和創(chuàng)新教育。現(xiàn)階段，就如何重視創(chuàng)新教育，如何開展和實(shí)現(xiàn)是亟待研究的問題。

ETA 模型也適合零基礎(chǔ)或薄弱基礎(chǔ)教學(xué)，在新高考模式下有大部分學(xué)生并未選修物理。此部分學(xué)生適合用該理論教學(xué)法。

（二）建構(gòu)主義理論［2］

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)知識(shí)的過程是學(xué)習(xí)者在原有的知識(shí)框架的基礎(chǔ)上主動(dòng)對(duì)信息加工、吸收、同化、構(gòu)建，形成新的知識(shí)體系，“情景教學(xué)”“協(xié)作”“意義構(gòu)建”是學(xué)習(xí)的重要方式。該理論強(qiáng)調(diào)了學(xué)生自身的知識(shí)基礎(chǔ)及心理特點(diǎn)，這是影響教學(xué)效果的主要因素。

ETA 教學(xué)法更注重的是內(nèi)容及方法從表象到內(nèi)涵，而建構(gòu)主義理論核心是基于學(xué)生自身內(nèi)因的因素。二者的共同點(diǎn)是充分考慮學(xué)生自身的認(rèn)知及情感因素，是教學(xué)的主要“內(nèi)因”。

二、基于ETA 實(shí)驗(yàn)認(rèn)知理論，利用實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行探索及討論，并與理論知識(shí)結(jié)合

（一）在實(shí)驗(yàn)課中應(yīng)用ETA 理論

依據(jù)ETA理論，學(xué)習(xí)的第一步為觀察及實(shí)驗(yàn)，可以充分利用實(shí)驗(yàn)儀器生動(dòng)形象展示抽象理論，讓學(xué)生主動(dòng)探索、在一定的實(shí)驗(yàn)情景下基于自己已有的知識(shí)框架思考、歸納，構(gòu)建新的知識(shí)框架。下面以振動(dòng)及波動(dòng)內(nèi)容為例說明。

學(xué)生利用示波器，分別演示水平掃描和豎直信號(hào)，最后二者信號(hào)都加上。通過演示講解抽象的示波器原理，引導(dǎo)學(xué)生去探索振動(dòng)及合成規(guī)律。對(duì)于抽象的知識(shí)如相位，可以通過圖示觀察、比較學(xué)習(xí)；振動(dòng)的疊加分類講解，并用示波器實(shí)時(shí)觀察疊加波形，引導(dǎo)學(xué)生思考，并領(lǐng)會(huì)物理量的本質(zhì)含義，剖析理論知識(shí)，使抽象與形象結(jié)合，使學(xué)生更好地理解理論知識(shí)。這種方法提高了學(xué)生興趣，并培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。

（二）在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中運(yùn)用建構(gòu)主義理論，實(shí)行以學(xué)生為中心的討論式教學(xué)方法

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中人數(shù)較少，適合開展分組討論式教學(xué)。

1.教師講解基本理論，提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)，然后學(xué)生分組討論。

2.討論后以小組為單位發(fā)言闡述本組方案。學(xué)生提出設(shè)想或疑問，教師鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維的運(yùn)用。

3.學(xué)生可以選出最科學(xué)最合理的方案，教師在學(xué)生方案基礎(chǔ)上加以修正改善。

4.學(xué)生獨(dú)自完成實(shí)驗(yàn)，教師引導(dǎo)或予以答疑幫助。

5.教師注意學(xué)生動(dòng)手環(huán)節(jié)，實(shí)時(shí)指點(diǎn)和答疑。

以上過程經(jīng)過多年實(shí)踐和檢驗(yàn)，使學(xué)生的學(xué)和教師的教完美結(jié)合，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)收獲的不僅僅是知識(shí)，更多的是解決問題的能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力、語(yǔ)言表達(dá)的能力和自信心的提高。

三、實(shí)行“剝洋蔥式教學(xué)”和“系統(tǒng)教學(xué)法”，使高中物理與大學(xué)物理緊密銜接［3］

在新高考背景下，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在某些專業(yè)中部分學(xué)生物理是零基礎(chǔ)。在這樣的現(xiàn)狀下，如何實(shí)施和保障教學(xué)效果成為一個(gè)難題。

根據(jù)建構(gòu)主義理論，新知識(shí)是在舊知識(shí)的基礎(chǔ)上構(gòu)建加工的過程，教師適當(dāng)補(bǔ)充基礎(chǔ)，把知識(shí)整合至系統(tǒng)化、模塊化，使教學(xué)內(nèi)容成為一個(gè)整體，教師的講解猶如剝洋蔥層層展開，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從定性到定量運(yùn)算，變教材內(nèi)容為教學(xué)內(nèi)容，簡(jiǎn)講復(fù)雜推導(dǎo)或換算，以下是具體措施及實(shí)施。

（一）鼓勵(lì)學(xué)生補(bǔ)充基礎(chǔ)

鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)高中物理知識(shí)或較容易的內(nèi)容，教師把每次課堂教學(xué)需要自學(xué)的知識(shí)用列表的形式總結(jié)出來，在學(xué)習(xí)通或其他平臺(tái)有相應(yīng)的學(xué)習(xí)資料或視頻，鼓勵(lì)學(xué)生預(yù)習(xí)，并把預(yù)習(xí)中的難點(diǎn)及疑點(diǎn)記錄下來，反饋給老師，在教學(xué)中建立良好的師生交流通道，實(shí)時(shí)反饋，調(diào)整教學(xué)。使教學(xué)過程成為一個(gè)良好的循環(huán)系統(tǒng)。

教師也可在課堂中適當(dāng)補(bǔ)充基礎(chǔ)知識(shí)，做好銜接和補(bǔ)充。如光的干涉中補(bǔ)充光的折射定律、折射率、光速等基本知識(shí)，再引入光學(xué)核心知識(shí)，結(jié)合醫(yī)學(xué)應(yīng)用作為拓展，使知識(shí)系統(tǒng)化、條理化，前后聯(lián)系呼應(yīng)成為一個(gè)整體，易于學(xué)生接受掌握，并且教師設(shè)計(jì)好主線，使系統(tǒng)化知識(shí)在主線下脈絡(luò)分明，重點(diǎn)突出。通過多年的教學(xué)實(shí)踐，該方法在課堂教學(xué)中效果很好。

（二）整合教學(xué)內(nèi)容，分層教學(xué)

《大學(xué)物理》教學(xué)內(nèi)容整體抽象，數(shù)學(xué)運(yùn)算推導(dǎo)眾多。實(shí)行分層次的“剝洋蔥式教學(xué)”使學(xué)生更容易認(rèn)知和接受。以振動(dòng)和波動(dòng)為例：

首先講解振動(dòng)的定義，演示動(dòng)畫，直接根據(jù)動(dòng)畫講解振動(dòng)的三要素及振動(dòng)方程（沒有數(shù)學(xué)推導(dǎo)），讓學(xué)生對(duì)振動(dòng)的情景有直觀的認(rèn)識(shí)。這是第一層。

第二層提出問題：振動(dòng)的受力及動(dòng)力學(xué)方程，針對(duì)問題求解，結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)自然得到動(dòng)力學(xué)規(guī)律及方程，并深層次理解了振動(dòng)要素的本質(zhì)含義。

第三層，結(jié)合前面講解的運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解振動(dòng)的速度、加速度及合成分解、復(fù)雜振動(dòng)等。

以上是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，層層深入、引導(dǎo)思考、系統(tǒng)教學(xué)的一個(gè)簡(jiǎn)單舉例。當(dāng)然也適合其他學(xué)科的教學(xué)。

（三）教學(xué)內(nèi)容的適當(dāng)整合，變教材內(nèi)容為教學(xué)內(nèi)容

大多數(shù)教材內(nèi)容及順序大同小異，教師可以適當(dāng)改變順序，使教學(xué)內(nèi)容更條理化、系統(tǒng)化、內(nèi)涵化。如仍然以振動(dòng)和波動(dòng)教學(xué)為例，可分為四個(gè)系統(tǒng)：

一是上面講解的振動(dòng)為一個(gè)小系統(tǒng)。

二是波的產(chǎn)生、波的物理量及關(guān)系作為一個(gè)小系統(tǒng)。

三是把波動(dòng)方程、波的干涉、駐波、波的衍射作為一個(gè)小系統(tǒng)。

四是把振動(dòng)的能量、波的能量、波的強(qiáng)度、波的衰減、聲波及超聲波作為一個(gè)系統(tǒng)。

以上每一個(gè)系統(tǒng)都是條理性及遞進(jìn)性較強(qiáng)，環(huán)環(huán)相連，學(xué)生利于理解及整合。通過多年的教學(xué)實(shí)踐及課堂觀察，效果良好，學(xué)生比較喜歡。教師講解也水到渠成。

在整體教學(xué)中教學(xué)順序也可適當(dāng)調(diào)整，如運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、剛體力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)作為一個(gè)系統(tǒng)，而電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)作為一個(gè)整體。把振動(dòng)及波、波動(dòng)光學(xué)作為一個(gè)整體。使學(xué)生對(duì)大學(xué)物理有一個(gè)由易到難的、系統(tǒng)化掌握的過程，這樣知識(shí)之間更容易實(shí)現(xiàn)融會(huì)貫通。

（四）適當(dāng)刪減，重點(diǎn)突出

《大學(xué)物理》不同專業(yè)的特點(diǎn)及側(cè)重點(diǎn)有所不同，實(shí)際教學(xué)中需要把物理學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)與專業(yè)結(jié)合，適當(dāng)調(diào)節(jié)教學(xué)內(nèi)容，如化學(xué)類專業(yè)的后續(xù)課程《物理化學(xué)》中用到大量熱學(xué)知識(shí)，但本教材中熱學(xué)內(nèi)容很少，適當(dāng)補(bǔ)充了熱力學(xué)定律的知識(shí)及應(yīng)用。重點(diǎn)講解熱學(xué)中三大定律、光學(xué)、激光及X 射線、原子物理學(xué)等內(nèi)容，既體現(xiàn)了物理學(xué)的奧妙，又為后續(xù)課程打下了基礎(chǔ)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

在教材中繁瑣復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以簡(jiǎn)講，而對(duì)于基本概念、理論、應(yīng)用則重點(diǎn)要求。

（五）關(guān)注科學(xué)前沿，在教學(xué)中聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)習(xí)興趣［4］

ETA 理論的應(yīng)用認(rèn)知階段，是大學(xué)物理與現(xiàn)代科技的密切結(jié)合在運(yùn)動(dòng)學(xué)中穿插導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)軌跡及射程，在電磁學(xué)中穿插磁約束、人工智能、信號(hào)處理、超導(dǎo)技術(shù)等前沿知識(shí)，在波動(dòng)光學(xué)中穿插X 衍射技術(shù)、納米技術(shù)等等，并把前沿科技與專業(yè)聯(lián)系起來，提高學(xué)生興趣及查閱資料能力。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行參加實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新及科技創(chuàng)新大賽。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)總結(jié)中積極鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案及測(cè)量方法進(jìn)行創(chuàng)新。也可以鼓勵(lì)學(xué)生查閱相關(guān)資料，以小文章的形式總結(jié)前沿科技，提高學(xué)生查閱文獻(xiàn)能力。

以科技前沿作為課堂教學(xué)的引入，可以提出問題或埋下伏筆，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在求知欲，例如在光學(xué)中以激光應(yīng)用引入，以地球的范艾倫輻射帶引入磁場(chǎng)教學(xué)，在電學(xué)中以電子顯微鏡引入，在原子核物理中以原子彈及氫彈引入等等。［5］

四、利用線上教學(xué)資源實(shí)行混合式教學(xué)［6］

充分利用線上資源，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)時(shí)間和空間上的延伸，促進(jìn)了知識(shí)的加深和擴(kuò)展。利用超星等平臺(tái)鼓勵(lì)學(xué)生線上學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)、提出問題，結(jié)合線下教學(xué)解決難點(diǎn)、重點(diǎn)，并適時(shí)測(cè)試進(jìn)行反饋，鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)與課堂教學(xué)結(jié)合。彌補(bǔ)學(xué)生欠缺的知識(shí)，使學(xué)生有目標(biāo)、有計(jì)劃地學(xué)習(xí)，具有長(zhǎng)久的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。

五、學(xué)生調(diào)查及教學(xué)滿意度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

（一）在教學(xué)中，分別對(duì)對(duì)比班及實(shí)驗(yàn)班（二者為平行班級(jí)）的滿意度及隨堂測(cè)試結(jié)果如圖1及圖2 對(duì)比。

圖1 對(duì)比班與實(shí)驗(yàn)班滿意度對(duì)比

圖2 對(duì)比班與實(shí)驗(yàn)班平時(shí)測(cè)試成績(jī)對(duì)比

（二）對(duì)不同年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行物理選擇及滿意度縱向比較。選修物理的學(xué)生逐年下降，但對(duì)本學(xué)科的滿意度提升，平均分也提高。如表1 所示。

表1 不同年級(jí)期末滿意度及成績(jī)對(duì)比

六、結(jié)論及不足

通過具體的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法改革，改革前及改革后學(xué)生的調(diào)查問卷比較及總結(jié)，得到如下結(jié)論：

1.改革后學(xué)生對(duì)課堂興趣、滿意度、平均分在實(shí)施改革后都提高了。

2.通過調(diào)查問卷及課堂反映，改革后對(duì)教學(xué)內(nèi)容的滿意度提高，教學(xué)內(nèi)容整合符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，效果良好，在調(diào)查中學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)了“簡(jiǎn)潔，重點(diǎn)突出，例題輔助”的愿望。

3.教學(xué)方法改革受到學(xué)生認(rèn)可。調(diào)查問卷中學(xué)生肯定了討論式教學(xué)、探究式教學(xué)的方法，具體過程需要規(guī)范化且靈活調(diào)節(jié)，以后會(huì)繼續(xù)探討完善。

4.學(xué)生學(xué)習(xí)物理的主要困難有兩個(gè)：一是基礎(chǔ)的參差不齊，二是主動(dòng)學(xué)習(xí)能力不足，不會(huì)解決應(yīng)用性題目，加強(qiáng)引導(dǎo)，鞏固內(nèi)化，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，是教學(xué)中的關(guān)鍵。學(xué)生有自主學(xué)習(xí)的期望及興趣，只要教師引導(dǎo)得當(dāng)，可以順利實(shí)施。

5.教師的專業(yè)能力及綜合能力備受學(xué)生期待，重視物理學(xué)與專業(yè)內(nèi)容的結(jié)合，提高教師專業(yè)水平及教學(xué)水平是關(guān)鍵。

不足之處：

1.教學(xué)資源及平臺(tái)不夠完善。

2.成課后的鞏固及反饋欠缺。

3.教師需通過學(xué)習(xí)及進(jìn)修等途徑提高物理學(xué)專業(yè)知識(shí)的融合，提高專業(yè)技能及教學(xué)技能。

本教學(xué)成果可以用于其他課程教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容的整合方法、ETA 教學(xué)理論的應(yīng)用、討論及探究法的應(yīng)用等。