对大学物理课程教学改革的思考

苏立波 李 川 许江勇 舒仕海

（兴义民族师范学院， 贵州 兴义 562400）

在长期的教学实践中发现，大学物理课程在教学过程中普遍存在有以下现象：有的学生认为大学物理内容抽象、深奥，难以掌握运用；有的学生认为大学物理就是高中的物理加数学工具微积分，没有多少新知识；也有的学生认为大学物理的内容与自己所学专业联系不大，没有多大用途，以至于学习大学物理的兴趣不高，主动性差，有厌学情绪，学习效果不佳。以上出现的问题提醒我们：大学物理作为一门重要基础课，如何在培养学生的创新能力、综合素质、知识结构方面发挥其应有作用；如何在教学内容、课程体系、教学方法等方面进行改革，以适合新世纪人才培养的需要，已成为目前高等学校研究和探讨的重要课题。

一、教学观念的改革

随着高校办学规模的迅速扩大，大学物理课程的教学质量不断面临新的挑战。一方面，大学物理课程是理工科各专业学生重要的必修基础课，物理课程的教学质量对于学生的发展空间有着很大的影响，高校的多元化发展、创新性教育的快速推进以及研究生教育都对大学物理课程教学质量提出了更高的要求。另一方面，持续扩招以来，教学对象发生了很大的变化，学生学习的积极性与主动性存在很大的差异，学生的目标追求、学习热情、学习能力、学习成绩分化严重。按照多年来形成的教学管理模式，在同一门课程的教学中，常常是不同专业的学生采用统一的教学大纲，按同一个标准授课，这种形式的教学模式并没有顾及到不同专业学生的真正需求，很难在应用能力培养方面发挥作用，无法真正做到因材施教。因此，对学生进行分层次教学是实施因材施教的积极措施和探索人才培养的有效途径。分层次教学能够真正达到“以学生为本”的教学目的，能调动学生学习的积极性和主动性，突出培养学生的创新精神和实践能力，促进学生整体素质的提高和个性的发展。

分层次教学是一种新的教学模式，更是一种新的教育理念。其指导思想是根据现有的师资力量和学生水平，在不降低教学基本要求的前提下，通过全方位、多形式的分层次教学，最大限度地调动教师和学生的积极性；针对各类人才对物理知识的要求，在力争全面提高大学物理教育质量的基础上，引导学生朝着能发挥自己优势的方向发展。分层次教学能调动广大教师的教学积极性，能充分满足不同类型学生的要求，能让学生充分发挥自己的优势和特长，使不同层次的人才在适合自己发展的人生轨道上更好更快地成长。

在具体实施过程中，一定要弄清不同专业学生的物理基础及不同专业培养计划对基础物理的需求，依据物理学与天文学教学指导委员会颁发的《非物理类理工科大学物理课程教学基本要求》，针对不同专业学生的物理基础及不同专业培养计划对大学物理的要求，采用“平台+模块”组成物理理论课程内容体系，实施分层次教学。首先选择各专业通用的力学、热学、振动和波、电磁学、光学等物理学中的经典部分作为“公共基础平台”，这部分内容占课程总学时70%左右。为体现学生物理基础及专业对大学物理的需求，在“平台”基础上又选择A、B、C三种不同“模块”。比如对电子技术、计算机科学、应用数学等专业的学生，可以选择A“模块”（占课程总学时30%），A“模块”中主要包括“近代物理”部分，制定出 A类教学大纲；对于安全工程、化学、生物、等专业，在“平台”基础上选择“近代物理（占课程总学时15%）+专业需求（占课程总学时15%）”，制定出B类教学大纲；对于高职高专，模块则选择“专业需求（占课程总学时30%），制定出C类教学大纲”。B类、C类大纲中，对“专业需求”模块，根据专业需求选择内容。比如，对电子技术等专业，加强电路计算内容；对化学、生物等专业，加强熵、焓等热力学内容。这种分层次教学方法并没有打乱原来的教学班级，不会影响正常的教学秩序和教学管理，同时对学生的心理也不会造成不利影响，反而会增强他们的学习积极性和主动性。[1]

二、教学内容的改革

大学物理是一门重要的基础课,是理工科学生的必修课,在大学基础教育中占有重要地位。教学过程中,不仅要把系统的物理理论知识讲授给学生,还应该使学生在学习过程中开阔视野、拓宽知识面、在潜移默化中学会思考和创新,这是现代化大学物理教育的必然要求。

高等学校使用的教材都完整地给出了大学物理的系统理论,对经典的定理、定律都作了精辟的描述,但对于理论的应用和对现代技术的影响、以及相关的物理学史和科学前沿却涉及很少,恰恰是这些内容在素质教育中起着非常重要的作用。因此为了体现现代化素质教育的精神,在具体的教学内容上,应注意理论系统性,但又不能因刻意地追求系统性过多占用学时,使教师没有时间和精力横向拓展教学内容,不能把更多更广的知识融入课堂里面。因此必须在传统教学内容的框架上进行改革,对教学内容的选择作出必要的跳跃。

为了体现大学物理在现代科学技术中的地位和作用,本着压缩经典内容,拓展现代内容的思路,在把基础理论中的精华和长期在新领域中起支柱作用的内容以及物理学前沿知识介绍给学生的同时,应增加物理原理在高新技术中应用的信息量。这就需要在现有的大学物理教材的基础上进行必要的补充和修改,如在力学部分增加/黑洞、宇宙/大爆炸、天体物理简介、对称性原理等等；在相对论部分增加广义相对论的简介,狭义相对论部分要介绍在爱因斯坦之前人们已经发现在惯性系中光速不变的现象；在热学部分要突出统计原理和熵,熵不仅限于热力学范畴,将源于热学的熵变为广义熵,介绍生命科学、环境科学、社会科学、信息科学中的熵；在振动部分增加振动分解的傅里叶变换、频谱分析和混沌等内容；在波动部分增加声、光多普勒效应和和孤波在通讯上的应用；在光学部分增加光计算机、光纤通讯、掺铒光纤光放大、光纤光栅及光的吸收、散射、色散、光谱分析、非线性光学等；在量子物理部分增加基本粒子简介和核物理部分,从核的结合能说明强相互作用是短程作用等。通过这样的改进和补充,可以提高学生对物理课的兴趣,开阔学生的视野,从而激发学生的学习积极性,使学生逐步认识到:大学物理学是自然科学的基础,是新技术的源泉,是认识社会所必须掌握的一门基础课程。

我校大学物理课程主要是为电子技术专业、安全工程专业、计算机科学专业、数学专业、化学专业及生物专业的本科生开设的。由于课程内容与其它课程有一定的重复,或是高中物理学过的,可以将力学中牛顿定律、万有引力场删去,质点运动学略讲,在电磁学中删减稳恒电流、电磁振荡与电磁波。这些内容的跳跃不会影响知识体系的完整性,却节约了相当的学时数,给教师留出一定的素质教育的空间。同时,又考虑到这些学生的专业方向和今后工作中对物理相关知识的需求情况,对一些章节的内容也有所取舍,或有所侧重,例如热学部分,重点涉及理想气体的微观模型、压强公式、温度的统计意义及麦克斯韦速率分布律和玻尔兹曼能量分布律,对于其它内容估计学生很少用到,故没有涉及;又如近代物理部分,对爱因斯坦的狭义相对论、经典物理的三大难题、玻尔的氢原子理论及德布罗意波与不确定关系,安排了不少的学时,进行详细讲解,因为对这些内容的学习,不仅可以把学生带到物理学的最前沿,还能使学生掌握很多新规律和新观念(如量子和量子化规律、时空的相对性、微观粒子的不确定性等等),而这些理念已经渗透到各门学科和各种领域,这将使学生在今后的学习和科研中受益匪浅。[2]

三、 教学手段的改革

大学物理课程同时承担着基础教育和素质教育的双重任务，对师范院校而言,又面临着内容多、学时少的困难。要解决这些问题,最好的方法就是采用多媒体教学。同传统教学相比较,多媒体教学在形式的灵活性、教学内容的容量以及单位教学时间的使用效率等方面都具有十分明显的优势。大学物理传统教学中,主要教学工具是粉笔和黑板,教学中展示给学生的板书比较死板,内容也受到限制。而大学物理多媒体教学中,主要教学工具则是计算机多媒体系统,它可以提供文字、图形、声音、图像、动画、视频等多种媒体信息,为科学、生动、直观、灵活和广泛深入地展示大学物理理论知识和物理内涵提供了有力的保证。

利用多媒体课件带来的课堂发展空间,适当引入一些物理学史和物理学前沿课题,对大学物理的教学内容进行一定的扩展,既能丰富教学内容、开阔学生视野、拓宽知识面,更有助于提高学生的科学素养。物理学史集中体现了人类逐步探索和认识世界的物理思维和物理历程,如果说在多媒体教学中讲大学物理理论是给学生以知识,那么讲物理学史则是给学生以智慧。学生可以从一个概念或定理的建立过程中,了解科学思维的方法和物理变革的本质,在潜移默化中教会学生如何去思考和创新。而前沿课题的引入则是以一种发展的目光来吸引学生,它相当于是给课件内容注入了新鲜的血液,把物理学的新动态和新发展介绍给学生,唤起学生对物理的爱好与向往,激发学生学习物理的兴趣。大学物理课程使用多媒体课件进行教学,知识体系更完整、内容更丰富、形式更灵活、效率更高、更具有教育性和启发性,充分体现了现代化教育的优势和大学物理课程的魅力。

为培养学生独立获取知识的能力，要求学生随堂或课后整理出条理清晰的读书笔记、每一章教学内容小结，并规定阅读一定量的校园网大学物理网络资源，写出读后心得或小论文，作为平时成绩的一部分加以记录，参加期末考核的综合评定；为培养学生的科学观察和思维的能力，一方面挖掘日常生活和自然界的物理现象，充分利用演示实验演示物理现象，使学生了解现象，获得感性认识，进而提出问题，并在教师的引导下，通过分析、综合、演绎、归纳、科学抽象、类比联想等思维加工方法，总结概括出物理规律。从物理学史资料、网络资源搜索物理学家的成长经历、趣闻轶事及名家物理漫谈等加以适当语言编辑，穿插在教学讲授的相应位置，于潜移默化中培养学生具备求实精神、创新意识和科学美感三方面的素质。

四、教学过程的改革

为了改变传统教学方式中教师为整个课堂的主体的现象,把教学的中心从教师转向学生,使学生成为教学活动的主体，在大学物理教学过程中应该加强学生与教师之间的互动。在互动式教学活动中,通过学生和教师的双向沟通交流,全员共同参与到教学活动中,共同对相关问题进行探讨,从而活跃了课堂气氛,增进了情感上的交流,调动了学生的学习的积极性,培养了学生的学习兴趣,加强了教师对学生的了解，从而提高了课堂的教学效果。[3]

在互动式教学过程中教师不断向学生提出启发性和团队合作性的问题,学生根据老师提出的问题进行思考并与班级其他成员进行讨论,在共同思考和讨论中学生的才智得到启发,视野得到拓宽,解决问题和团队合作能力得到提高。在这个过程中教师与学生彼此间进行情感交流,从而达到共识、共享、共进,实现教学相长与共同发展。在互动式教学活动中,教师的个人的知识水平和个人素养的高低对课堂教学质量有一定的影响,反过来,好的教学效果对教师个人知识水平和个人素养的提高也有一定的推动作用。互动式教学为教师和学生提供了互相学习、互相提高、共同进步的一种教学环境。教师参与互动的意识越强,学生的收获就越大,教师也会从学生的思考、提问、讨论的反馈中不断地提升自己。互动式教学要求学生全程参与到教学活动中来,间接地督促学生在课下做好课前预习、查阅相关资料,为课堂上参与讨论和学习做准备,培养了学生主动学习获取知识的能力。

互动式教学对教师自身素质的要求非常高,教师需要在课前对新课内容有个全面的认识和了解,制作适合互动式教学模式的教案。比如在狭义相对论这部分知识的教学中,知识相对来说有些抽象,这部分知识与之前的经典物理有很大的区别,相对其它知识又显得有些独立,学生不容易理解。在讲解这段知识的时候可以从狭义相对论理论产生的时代背景入手,从物理学史入手,让学生对相对论有一个直观的认识,同时也可以鼓励学生在课前查阅相关资料,向其他同学加以介绍。鼓励同学们说出自己所知道的物理学家爱因斯坦的物理成就和个人轶事。让学生感受到物理学家对真理的执着追求和不断创新的精神,在丰富教学内容的同时,帮助学生树立起学习的榜样,培养学生的创新意识和自主学习的能力。

鼓励学生走上讲台为同学们讲一堂课,将会大大提高学生学习的积极性,同时也拉近了老师和学生之间的距离,帮助师生良好互动关系的建立。例如可以选取一些课程当中专业知识不太强的章节、知识介绍性为主的章节,通过自愿报名的方式让学生参与到教学环节当中,为同学们讲授一堂物理课。为了讲好这堂课学生会去做好查找资料的工作,还会和同学们进行交流,甚至还会与老师交流,沟通能力得到提高,合作意识增强。通过这样的活动,学生体会到教师的备课和讲课的艰辛,老师也能站在学生的角度来听课,师生之间换位思考可以使教学效果得到很大的提高。也能够使学生对课程的参与意识更强,学生的学习心态变被动为主动,提高主动学习意识,真正实现课堂中“学生是主体,教师是主导”的教学理念。

在互动式教学课堂中，教师可以在传统的讲授法基础上穿插使用小组讨论、课堂辩论、案例分析、演示实验、观点交流等方法。教师可以适当减少课堂上授课时间,留出一部分时间让学生自由发挥，给学生更多的机会来表达自己的观点、展示自己的能力,促进同学之间的合作，培养学生的团队合作意识，让课堂真正成为学生的课堂。这对学生综合素质和个人学习能力的提高都是大有好处的。在保留传统大学物理教学方式的同时，利用班级组织活动让学生积极地参与到教学过程中来能起到很好的作用。例如在讲电磁学部分的自感与互感知识章节时，让自愿报名的同学提前查阅所讲内容在生活中的应用资料，做成课件，课后找时间给全班同学做专题报告。这种形式学生愿意积极参与，更重要的是让学生锻炼了许多其它能力，如：语言表达、查阅资料、团结协作等能力。

在课余时间里，教师可以利用实验室的仪器设备、场地，组织指导学生开展丰富多彩的科技创新活动。通过这些方式，不仅可以充分发挥实验室的人、财、物优势，调动广大教师、科研及实验室人员的积极性，更重要的是能够培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生的动手能力和科研实验技能。学生第二课堂创新活动可采取以下形式：专题实验研究，针对学生感兴趣的实验项目进行专题理论和实验研究；实验教具设计与制作，让学生自己动手设计制作与课程内容相关的演示实验或教具作品；参与教师科研课题研究，学生参与到教师的科研课题或科研项目中去，进行科研训练；开展多种形式的物理竞赛。

五、评价方式的改革

每到学期末，学生的压力特别大，由于期末考试的成绩决定了整个学期的学习成绩，使得学生只注重结果，而忽视平时的学习和提高。为了改变这一现状，根据大学物理教学的要求，应该将考核分成两大块处理：一是平时考核；二是期末的闭卷理论考核。平时考核包括上课出勤、课堂表现、课后作业、期中测验、小论文5项，每项20分，合计100分，实际上占总成绩的30%；期末理论考试的试卷仍以百分制的形式出现，但实际上占总成绩的70%。所以，评定学生大学物理的最后成绩的计算方法为：总评成绩＝平时成绩×30%+考试成绩×70%。

为了进一步活跃课堂气氛，激发学生的学习兴趣，每节课教师可以用十分钟作为提问时间，并告知学生回答的效果为衡量平时考核成绩的一个因素，回答正确可以加分，回答错误不扣分。这样做可以让学生充分地展现自我，彰显个性；任课教师对学生的表现进行适时的鼓励表扬，又可以进一步激发学生的学习热情，使学生变被动学习为主动学习，真正成为学习的主人。任课教师通过这种方式可以考查学生平时掌握和运用知识的情况和能力，发现学生存在的问题和理解误区，对教学情况做出及时的反馈，使“教”与“学”融为一体，从而提高教学效率和效果。

为了进一步发挥学生的研究潜能，可以让学生自由选择自己感兴趣的一个演示实验项目完成小论文。学生通过上网、查阅文献资料，经过分析、归纳、综合整理后，写成论文。通过小论文形式考核，能够培养学生吸取新知识、归纳整理知识、准确表达知识的能力。这样的考核方式使学生有一种成就感，意识到自己的不仅是学习的主人，也是研究的主人。

此外，加强课外学习考查，在教学内容上，使教学内容与素质教育有机结合。可从以下三个方面进行，第一，认识一位物理学家。要求每位学生通过查阅文献，了解一位物理学家的生平事迹。第二，结合所学专业，查找一个物理应用实例。要求写出详细的调研报告或制作成课件，并挑选部分学生上讲台演讲。第三，提出一个创新设想。要求每位同学通过大学物理课程的学习，提出一个有关物理知识应用的设想，写出详细的设计报告。结合目前高校教育改革形势的要求，大学物理教学也要积极的进行改革，以加强其基础作用，尽可能的为各专业的学生打好物理基础，提高学生的实践能力和素质，为专业人才的培养打好基础。[4]

以物理学基础为内容的大学物理课程，是高等学校理工科各专业学生一门重要的通识性必修基础课。大学物理学不仅向学生展现丰富的物理知识，更重要的是,要通过物理知识这个载体展现其中的物理思想和物理方法,而这对培养学生的科学思维能力、探究能力、创新能力和科学态度等方面有着其他学科不可替代的作用。在深化教育改革，全面推进素质教育的过程中，突出学生创新素质的培养，积极探索培养高素质创新型人才的途径和方法，是大学物理课程教学改革所要达到的最终目标。