基于“跨情境融合”的大學物理立體化教學體系構建

一、傳統(tǒng)大學物理教學中存在的問題

（一）學生對基礎理論理解不足

筆者觀察到，在傳統(tǒng)大學物理教學中，學生普遍對基礎理論理解不深刻。大學物理課程中涉及的電磁學波動方程、量子力學波函數(shù)等抽象概念，往往需要較強的數(shù)學推導能力和物理直覺作為支撐。但筆者注意到，部分學生因數(shù)學基礎薄弱或缺乏對物理模型的具象化認知，容易陷入機械記憶公式而忽略物理本質的誤區(qū)。例如，在電磁波傳播理論講解中，學生雖能復述波動方程形式，卻難以建立方程參數(shù)與物理現(xiàn)象的動態(tài)關聯(lián)。這種重形式、輕內涵的教學模式，導致學生對知識理解浮于表面，影響后續(xù)專業(yè)領域的遷移應用。

（二）學生創(chuàng)新能力發(fā)展受限

筆者發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)教學模式對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在明顯制約。以力學教學為例，教師多強調牛頓定律的數(shù)學表達與題型套用，學生也習慣通過背誦公式應對標準化考核。這種方式雖能提升學生的解題熟練度，但會弱化學生對定律適用條件和物理本質的深入思考。當面對實際工程問題時，學生常因缺乏對物理原理的融會貫通而難以提出創(chuàng)新的解決方案。更值得關注的是，傳統(tǒng)課堂較少設置開放性探究環(huán)節(jié)，這種單向知識傳遞模式客觀上抑制了學生批判性思維和創(chuàng)造性解決問題能力的形成。

（三）物理知識與專業(yè)應用脫節(jié)

筆者在調研中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)教學模式存在理論教學與專業(yè)實踐銜接不暢的弊端。以熱力學第二定律的教學為例，學生雖能掌握熵變的計算方法，但當涉及能源系統(tǒng)優(yōu)化等工程實際問題時，往往無法有效建立理論模型與實際場景的對應關系。筆者注意到，教材案例多集中于理想化模型推導，缺乏針對不同專業(yè)需求的差異化教學設計。這種通用型培養(yǎng)模式導致機械類專業(yè)學生難以將熱力學理論應用于熱機設計，而材料類專業(yè)學生也無法將固體物理知識與材料研發(fā)有效結合，導致出現(xiàn)知識應用斷層。

二、基于“跨情境融合”的大學物理立體化教學體系構建的優(yōu)勢

（一）提升學生的自主學習能力

基于“跨情境融合”的大學物理立體化教學體系通過構建多層次的教學情境，顯著提升了學生的自主學習能力。在傳統(tǒng)教學模式中，學生往往被動地接受知識，缺乏主動探索和思考的機會?！翱缜榫橙诤稀苯虒W體系通過課前、課內、課后三個階段的情境設計，鼓勵學生在不同情境中主動參與學習過程。

課前，教師通過云平臺推送預習內容和探究課題，學生通過自學自測，初步掌握基本概念和原理，形成對物理知識的初步認知。課中，教師依據(jù)課程的進度安排學生進行專題報告、集體討論和即時互動。課后，學生通過完成作業(yè)和研究報告，參與創(chuàng)新拓展項目和科普活動，以此深化并拓展知識領域。例如，在講授電磁學時，教師可利用“導體靜電荷按曲率分布”實驗引導學生觀察電荷在不同形狀導體上的分布情況，并鼓勵學生提出疑問，探索解決方法。這樣不僅能夠激發(fā)學生的學習熱情，還能提高其批判性思維和問題解決能力。

（二）促進知識與專業(yè)應用的結合

基于“跨情境融合”的大學物理立體化教學體系通過重構教學內容，將物理知識與專業(yè)應用緊密結合，解決了傳統(tǒng)教學中物理知識與專業(yè)應用脫節(jié)的問題。教學內容體系的重構以聯(lián)系相關產業(yè)和科技前沿為兩翼，旨在開發(fā)出能夠體現(xiàn)大學物理在實際生活、工程技術、科學研究中應用的案例。課程結構分為五大板塊：力學、光學、熱學、電磁學、近代物理，每部分內容進一步細分為基礎理論介紹、知識的實際運用、擴展學習三個環(huán)節(jié)。

例如，在力學教學中，教師結合機械工程專業(yè)的需求，設計“機械振動與波動”的探究課題。學生通過實驗和數(shù)據(jù)分析，掌握振動和波動的基本原理，并將其應用于機械系統(tǒng)的設計和優(yōu)化。這種教學模式不僅增強了學生對物理知識的理解，還提高了他們將物理知識應用于專業(yè)領域的能力，實現(xiàn)了物理學習與專業(yè)學習的有機結合。

（三）強化能力培養(yǎng)與思政目標的實現(xiàn)

大學物理“跨情境融合”的立體化教學模式通過優(yōu)化教學目標，增強了學生能力培養(yǎng)與思政教育的效果。與側重于知識傳授的傳統(tǒng)教學方式不同，該體系在原有知識框架的基礎上，融入了物理學在生活中的實際應用實例，以及前沿科學研究的案例分析。這種教學方法不僅引導學生形成科學的世界觀，還特別強調對中國科技成就的學習，激發(fā)學生的自信心。

例如，在近代物理教學中，教師通過“量子力學與信息技術”的案例，引導學生探討量子力學在信息技術中的應用，并結合中國在量子通信領域取得的成就，激發(fā)學生的民族自豪感。這種教學模式不僅培養(yǎng)了學生的科學思維和創(chuàng)新能力，還發(fā)揮了課程思政功能，促進了學生的全面發(fā)展。

三、基于“跨情境融合”的大學物理立體化教學體系構建

（一）重構教學內容體系：三階遞進與產學研結合

在基于“跨情境融合”的大學物理立體化教學體系中，教學內容的重構是重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)教學內容以知識傳授為主，缺乏與專業(yè)應用和前沿科技的結合，導致學生難以將物理知識與實際工程問題聯(lián)系起來。因此，教學內容體系的重構應以三階遞進為框架，結合產學研需求，將抽象的物理問題形象化、生活化。

具體而言，教學內容應分為物理基礎、知識應用和知識拓展三個模塊。物理基礎模塊側重于核心概念和理論的教學，確保學生掌握物理學的基本框架；知識應用模塊則通過引入工程技術和生產生活中的案例，幫助學生將理論應用于解決實際問題；知識拓展模塊則聚焦于物理學的前沿進展和科學研究，旨在激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和提升科研能力。

例如，在電磁學教學中，物理基礎模塊可涵蓋電場、磁場的基本概念和定律；知識應用模塊則引入“高壓帶電作業(yè)”和“靜電屏蔽”等實際工程案例，幫助學生理解電場在工程中的應用；知識拓展模塊則可通過介紹量子電動力學的前沿進展，引導學生探索電磁學的未來發(fā)展方向。

（二）創(chuàng)建跨情境教學模式：三課一體與能力培養(yǎng)

跨情境教學模式作為立體化教學體系的關鍵實施路徑，通過“基礎認知一知識建構一拓展創(chuàng)新”的三階段進階設計，構建了貫通式能力培養(yǎng)框架。安徽三聯(lián)學院物理教研室以量子物理學為示范載體，通過“走進量子世界”學術沙龍這一特色實踐平臺，將理論教學與科研訓練有機融合，探索出具有學科特色的跨情境育人新模式。在基礎認知培育階段，教研室通過設計“量子力學發(fā)展脈絡”“波粒二象性理論沿革”等主題文獻研讀項目，構建自主探究式學習情境。學生在系統(tǒng)性文獻梳理中完成量子理論基礎框架的自主建構，為后續(xù)深度學習儲備必要的概念體系。知識深化建構階段則采用翻轉課堂與研討式教學相結合的模式，教師通過設置“量子傳感技術原理”“量子加密通信應用”等典型案例，引導學習共同體開展協(xié)作探究。在分組匯報、觀點辯論等多元互動中，學生逐步實現(xiàn)從經(jīng)典物理思維向量子力學范式的認知轉型。在創(chuàng)新實踐拓展層面，教研室著力打造的“走進量子世界”學術沙龍成為知識遷移的核心場域。馬書炳博士的“量子科技前沿演進”專題報告，通過解析量子糾纏理論發(fā)展、量子隧穿工程應用等前沿議題，構建起連接課堂知識與科研實踐的知識橋梁。在教研室主任王平主持的產學研對話環(huán)節(jié)中，師生針對“量子計算機硬件研發(fā)瓶頸”“量子密鑰分發(fā)產業(yè)化”等現(xiàn)實命題展開思辨研討。這種沉浸式科研情境的營造，有效培養(yǎng)了學生運用跨學科知識解決復雜工程問題的實踐能力。該教學模式通過三重認知場域的梯度化設計，形成了完整的教學閉環(huán)：基礎認知階段實現(xiàn)知識要素的輸人與內化，知識建構階段完成思維能力的深化與重構，創(chuàng)新拓展階段達成科研素養(yǎng)的外顯與轉化。

（三）構建多維評價體系：知識、能力與思政相結合

傳統(tǒng)大學物理教育的評價方式側重于知識掌握情況的測試，這種方式難以全面反映學生綜合能力的進步。因此，構建一個更為全面的教學評估體系顯得尤為重要?！翱缜榫橙诤稀苯虒W體系建議采用“三維三結合”的方法論，即從知識、技能及思想品德三個層面來全面衡量學生的學習效果。

例如，筆者在力學課程教學中，以“三維三結合”評價體系為指導，設計了為期八周的教學單元。在知識維度，針對“牛頓運動定律”模塊，筆者采用“三步遞進式”教學法：首先，通過生活案例導入（如汽車急剎車時安全帶的作用），組織學生進行受力分析；其次，在實驗室開展斜面滑塊實驗，要求實時記錄加速度與作用力的關系；最后，布置橋梁承重設計的課后作業(yè)，結合慕課平臺的章節(jié)測試，形成過程性評價數(shù)據(jù)。筆者在期末考試中特別設置開放式應用題，如“運用牛頓定律分析嫦娥五號地月轉移軌道設計原理”，檢驗學生的知識遷移能力。在能力培養(yǎng)方面，筆者圍繞“機械能守恒定律”主題開展項目式學習，將32名學生分為6組，要求完成“校園節(jié)能設施優(yōu)化方案”：第一階段開展文獻調研，建立動能-勢能轉化數(shù)學模型；第二階段實地測量教學樓電梯運行能耗，利用Tracker軟件（一款視頻分析和建模軟件）分析運動數(shù)據(jù)；第三階段設計改進方案。最終通過15分鐘答辯展示和8000字研究報告進行綜合評價，重點考查學生的數(shù)據(jù)處理、工程思維和團隊協(xié)作能力。思政教育應貫穿教學全過程，在“物理學發(fā)展史”模塊中，筆者設計了三個特色環(huán)節(jié)：首先，在課堂引入牛頓《自然哲學的數(shù)學原理》寫作背景，組織學生討論“科學探索與國家發(fā)展的關系”；其次，開展“經(jīng)典力學與東方智慧”主題辯論，引導學生對比《墨經(jīng)》中的力學思想；最后，要求學生結合“兩彈一星”工程案例，撰寫2000字反思報告《物理人的時代使命》。出勤管理采用“課堂貢獻值”制度，將提問質量、小組互助等納入考核。期末統(tǒng)計顯示，學生主動發(fā)言率較傳統(tǒng)模式提升了40% 。這種多維評價體系使教學目標具象化，實現(xiàn)了知識應用、實踐創(chuàng)新與價值引領的有機統(tǒng)一。

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[4]余耿華，謝桂英，潘蘇東，等.指向高階思維的“玩中思·研中學”物理教學探索[J].中學物理教學參考，2024（1）.

基金項目：安徽三聯(lián)學院校級重點教研項目\"大學物理課程教學中課程思政的探索與研究”，項目編號：23zlgc108。

（作者單位：安徽三聯(lián)學院）