基于学生创新能力培养的大学物理案例库建设

苏娟

摘 要 案例教学在培养学生科学思维、创新能力和研究素质等方面具有极大的促进作用。本文从大学物理案例库建设的实践经验出发，介绍了案例库建立的筛选、设计、实践、评价以及完善等环节，并通过教学案例的展示，对案例库的建设起到抛砖引玉的作用。

关键词 大学物理 案例 案例教学 创新能力

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.10.018

Construction of University Physics Case Base Based on the

Cultivation of Students' Innovative Ability

SU Juan

（School of Sciences of Southwest Petroleum University， Chengdu， Sichuan 610065）

Abstract Case teaching plays an important role in fostering students' scientific thinking， creative ability and research quality. This article from the construction of the university physics case library based on the practical experience， the establishment of case base selection， design， practice， evaluation and etc.， and through the teaching case show that the construction of case library plays a role.

Keywords college physics； case； case teaching； innovative ability

1 建设教学案例库的背景和意义

建设创新型国家要求高等学校培养出的大学毕业生必须掌握科学的思维方法，具有强烈创新意识，能够敏锐地发现问题，正确地分析问题和创造性地解决问题，是高等学校肩负的重要任务。大学物理作为理工科专业必修的公共基础课程，如何担负起培养学生创新能力的重任，应引起我们每一位物理教师的思考。

目前，世界各国都以培养和发展学生的创新能力、科学素养作为核心目标，注重科学探究、科学过程和方法的教育，在课程改革方面进行了大量的研究与探索。国内有些老师将演示实验引入到课堂教学中，采用启发式、提问式等教学方式，将理论教学与实验课程相结合，激发学生学习兴趣、培养学生创新能力。然而，这些教学改革较为分散，并未进行系统的精炼，不利于改革成果的推广。

因此，本文将探索以学生认知能力和专业背景为前提，建立适合学生探究、自主学习的教学案例库，通过合理引导、精心设计开放性问题，利用溯源法、问题设计法等教学手段，精心设计案例，充分发挥学生的主观能动性，使学生乐于探究、勇于实验、勤于思考，实现培养其创新能力的目标。

2 建立教学案例库的探索和实践

案例教学是指以大纲要求的教学目标和教学内容为基础，从案例入手，引导学生运用已掌握的物理知识和技能对案例涉及的情景、現象进行调查、分析、讨论和交流等，锻炼学生自主探索和学习的技能，从而培养学生认识问题、分析问题、解决问题的能力。

案例库的建设，需要大量的案例，分别经过案例筛选、案例设计、案例实践、案例评价、案例完善等各个环节。教学内容繁多，不可能将所有知识点都设计进入案例库。太难或太简单的内容都不适合，难以实现培养学生创新能力的目标。因此，建立案例库的首要就是有效筛选入选案例库的教学内容，结合学生的接收能力，控制案例的难易程度。

首先采取访谈、问卷调查等方式对学生的学习特征及需求进行调查和分析，了解学生的预备知识和学习需求。然后在深入研究教学内容的基础上，结合学生的专业背景、工程案例、生活经验，遵循典型性、适用性、新颖性的原则，筛选出适合学生进行自主探索的题目。

作为一所以石油化工为特色的高校，我们根据学校的专业设置、学生需求，初步确立了首批用于学生探究、自主学习的知识点。表1给出了案例库包括的相关知识点。

课堂教学是教学的基本组成部分，培养学生的创新能力的意识也应该渗透到教学过程中，而案例设计则是开展案例教学的基础和前提。教师要根据教学进度安排确立案例的教学时间，给学生充分的准备时间。案例设计过程中，教师应结合学生的认知水平、专业背景，针对不同教学内容的特征，采用开放问题设计法、溯源法、专题研究等教学形式，合理设计具有铺垫性、诱发性、过渡性、开放性问题，鼓励学生提出不同的见解，让学生自觉、主动的学习，体现“以学生为本”育人观，充分发挥学生的主观能动性，激发学生的创新精神。

案例教学可以分为课内和课外教学两种方式。对于课内案例教学，老师通过生活、自然、科学、社会中的一个实例、情景入手，通过提出问题的方式，由浅至深地逐渐引导学生利用已有的物理知识去分析解决实际问题，问题的设计要注意针对性、过渡性、开放性。学生通过阐明观点，共同讨论、争辩、分析问题，学习新的物理知识，然后通过拓展性问题分析，使学生认识到所学物理规律在实际工程中的运用，激发学生的学习兴趣。

对于课外案例教学，教师提前布置案例，对学生解决问题所需的知识提出提示和要求。学生在认真研读案例材料，自行查阅资料，深入思考的基础上，以小组形式讨论、分析、研究案例，提出解决方案，撰写报告等，让学生自主学习新知识，培养分析、解决问题的能力和团队合作精神。endprint

无论是哪种案例教学的实施方式，最终都需要对案例教学过程进行总结和评价。教师应该根据学生的课堂反应、理解程度，不断修改完善案例中的问题设置和教学流程，对案例教学实施中暴露出来的问题，应该及时修正，以取得更好的教学效果，使其具有更好的操作性，有利于案例库的推广。同时，通过将学生参与专题讨论、开放性问题讨论的表现、积极性及成果纳入对学生课堂成绩的考核中，建立对学生的创新意识、能力、积极性的激励机制，对学生的各种创新行为给予正面的激励和奖励。

总之，每个案例都要经过编写、挑选、归纳整理、实践、评价、修改完善等各个阶段。显然，案例库的建设需要授课教师投入大量的时间和精力，仅凭一己之力，是不可能做好的。应该发挥教研室广大一线教师的力量，群策群力，共同完成案例库的建设。

3 案例教学实例

教学案例一：

教学内容：相对运动，计划用1课时进行教学。

教学过程设计与分析：在讲授相对运动时，首先作为案例引入，创设情境问题，提出“假设现在在下雨，你坐在车里和站在雨中，你看到的雨是什么样的？”

学生根据生活经验，马上就能回答。继续设问“为什么两种情境中的运动的描述不一样？”学生分析得出源于参照系的不同。为了能够形象表示，引导学生利用有向线段表示雨的运动状态。当画出矢量关系后，学生能很快得到不同参照系里，同一运动的描述之间的关系，从而老师介绍伽利略速度变换法则。

设问“如果你坐在敞篷车里，如何避免不被雨淋到？”启发学生思考，根据速度变换矢量图，当车速越来越快时，雨相对于车的速度与车行驶方向的倾角越大，被雨淋湿的可能性越小。

给出雨中行驶的汽车的具体参数，分析不被雨淋湿应该考虑哪些因素。通过数学建模，引导学生提出风向、雨速、遮挡物的形状面积、降雨强度等因素对淋雨量的影响。

该案例主要采用问题设计法，通过不断地提出问题，帮助学生分析问题，阐述自己的认识与观点，在师生共同讨论、分析的基础上解决问题，从而培养学生的探究、思考的兴趣和能力。

教学案例二：

（1）教学内容：力矩，积分，计划用1课时进行教学。

（2）教学过程设计与分析

课前布置问题：水坝的墙体厚度和迎水面的形状与蓄水量有关，水坝的稳定性也是另一大问题，你能给出一个物理上的模型设计吗？学生通过上网查询资料，了解常见水坝的设计形式以及工作原理。

课堂上，让学生主动介绍自己调查分析的结果，带领学生循序渐进地回答下述三个问题。（1）水深对坝体底部力矩的计算。（2）在水量一定的情况下，坝体迎水面的形状对坝体底部的力矩影响是什么？（3）如何增强坝体的稳定性？

学生各抒己见，分析水坝的受力特点。由液体压强公式可知，水坝的拦水面受到的压强与水的深度成正比。因此，计算水坝受到的压力不能简单为压强乘以受力面积。假设水坝横截面为梯形，迎水面的坡度为，根据力的分解，水对迎水面的压力可以等效成对竖直截平面的压力。设拦水坝的宽度为，水深为，引导学生将水坝沿着深度方向选取面积元，利用积分求解水对坝体的压力。

分析水对拦水坝的压力的作用效果：（1）使水坝整体沿水流方向向下游平移；（2）使水坝沿坝外立面底部端点转动。根据力矩公式，为力臂，为变力，计算水对拦水坝的力矩作用。 显然该力矩对拦水坝有倾覆作用，而坝体由于自身重力产生的力矩将反抗其倾覆。为保证坝体的稳定性，须满足，分析重力矩。为下游面外沿底端距坝体重心的距离，增大和可以增强坝体的稳定性。

鼓励学生积极思考，提出合理的坝体设计：（1）采用混凝土结构，增加坝体重力；（2）坝体修成沿下游面加宽，增大体积同时增加力臂；（3）拦水坝断面较厚，迎水面无倾覆危险，可采用直上直下形式，背水面采用自上而下加厚形式，防止坝体平移，同时降低对坝基的压强，增加坝体的垂直稳定性，提高坝体对水的抗渗透能力。

该案例主要采用专题讨论、提问法，通过学生事先进行自我学习、资料调查，然后针对原理分析，提出不同的模型，并不断讨论完善，锻炼了学生的创新思维。

4 结束语

教学案例库的建立，便于教师在教学设计中有据可依，利于教师在课堂教学中，有机融合多媒体、板书、网络教学等手段，提高大学物理课程教学质量，进而培养学生创新能力、科学思维能力及自主解决问题的能力。

基金项目：西南石油大学教改项目“大学物理为载体培养学生创新能力的课堂改革与实践”

参考文献

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[2] 冯翠菊，李海玲.大学物理案例教学科学性探析[J].华北科技学院學报，2012.9（4）：99-101.

[3] 周雨青，张玉萍，董科.大学物理教学中引入“案例教学”模式的实践[J].中国大学教学，2011（10）：52-54.endprint