“讨论——启发式”教学方法在大学物理教学中的应用探究

张新廷，刘 雷，唐利娟，杨福江，王飞飞，林 娟

（山东农业工程学院 基础课教学部，山东 济南 250100）

大学物理是我校设施农业科学与工程等16个本科专业开设的学科基础教育课。本课程一方面要求学生掌握必要的物理知识，从而为学习后续专业课程打下基础；另一方面培养学生科学的思维方法并提高学生分析问题解决问题的能力。山东农业工程学院开设的大学物理课程和学校的“农业工程特色”结合起来，融入科技前沿和现代农业的相关元素，是农业工程类专业的学科基础课程。

传统的大学物理课程教学一般采用课堂讲授教学法，即按照知识内容的先后顺序进行课堂讲授，这种教学方法是典型的教师主导，学生被动接受的过程[1]。 近几年，由源于加拿大教师技能培训的BOPPPS教学方法被应用到大学物理课堂教学中[2,3]，该方法重视了教学过程的质量控制，提高了教学效率，但是该方法模式固化并对教师的教学准备提出了更高的要求。

为全面落实立德树人根本任务，针对学校提出的“农工融合”的专业发展定位、应用型人才培养目标和以学生为中心的教学理念，探索在大学物理教学中采用“讨论-启发式”教学方法，该方法让学生在学习大学物理基本规律的基础上，结合工程应用实例展开讨论，达到深入参与分析问题和解决问题的过程，从而进一步提高应用型人才培养质量。

下面将以“电磁振荡”一节为例，探究该方法的具体应用过程。

1 讨论-启发式教学方法

启发式教学：“启发”一词源于《论语·述而》不愤不启，不悱不发，举一隅不以三隅反也”[4]；讨论式教学：以学生为主体，让学生积极参与教学的全过程，在学习过程中发现问题，提出问题，通过讨论进而解决问题[5]。课堂上采用启发式教学，在学生遇到困难时采用启发性指导，是培养学生思维能力的有效方法，教师不是直接的教授知识，而是通过启发学生自己进行思考，从而帮助学生构建大学物理知识框架。

按照培养学生创新思维能力，教师引导学生学习方向，帮助学生解决学习中遇到的问题这一基本思路。苏格拉底说：“最有效的教育方法，不是告诉他们答案，而是向他们提问”[6]，问题可以调动学生主动思考的积极性，通过提问让学生学会如何思考和解决问题。通过把启发式和讨论式教学方法有机的融合起来，合理设计课堂教学，启发学生主动学习新的知识，引导学生课下查阅参考资料，积极准备，课上认真参与讨论，并贯穿整个课堂教学，从而将知识的深化与拓展和农业工程相关的应用实例有机结合起来，形成教师全程主导的闭环学习过程，达到提高教学质量的目的。

为了进一步激发同学们的主动思考，领略自然界和谐统一的迷人魅力，在学习大学物理课程中相似的内容时，我们往往采取类比的学习方法[7-10]。例如，在学习“电磁振荡”这一节时，我们首先回顾机械振动的重点内容，引导学生总结简谐振动的运动方程、描述简谐运动的基本物理量、周期性特点和简谐振动的能量，从而为与电磁振荡的运动方程、描述电磁振荡的物理量类比做好铺垫。

讨论-启发式教学是两种方法的融合运用，以学生为中心，重在课堂教学设计，发挥大学生学习的主观能动性，以学生自主性探讨式学习为手段，目的在于教学目标的达成，以期获得较好的教学效果，无形中使学生由传统的被动学习转变为主动学习。下面将以大学物理“电磁振荡”这一节为例，呈现讨论-启发式教学的运行过程。

2 充分分析教学内容

充分分析教学内容是上好一堂课的前提，根据本节课的重点和难点，在分析教学目标的基础上，充分了解学生的知识储备和个性特点，在教学内容中设置启发点，并安排在主要知识点或基本计算方法介绍后，凝练讨论问题，培养学生综合应用和引申知识设计问题的能力。

“电磁振荡”这一节的主要内容是电磁振荡电路和无阻尼自由电磁振荡电路及其能量[9,10]。该节既与已讲述的振动的相关内容有联系，两者都具有周期性的特点，又在物理原理上有显著的区别，振动主要讲述机械振动的位移和速度的周期性变化，而电磁振荡主要讲述电流和能量的周期性变化，电磁振荡不属于机械振动的范畴，但是却可以借鉴机械振动的规律采用类比法来描述。

通过分析课堂教学内容，如何引导学生对电磁振荡抽象概念的理解，拓展与振荡信号产生相联系的应用型案例是本次课堂教学设计的切入点。目前学校学生的学习特点是学生学习认真但是活跃度不够，所以在学习物理学基本原理时，融入在物理学在工程技术和高新技术等方面的应用材料。在例题选择方面，结合工程实际，选择一些在工程中经常出现、同时又涉及物理基本原理的题目，真正做到物理教学与工程实际有机结合。既扩大了与专业相关的知识点，又增强了学生在遇到问题时的探索欲和参与性。因此，本节引用在智慧农业设备中常用的时钟信号电路作为应用案例之一[11]。

3 教学过程的设计

教学过程分为三个阶段，分别为课前准备、课堂授课、过程评价。

图1 讨论——启发式课程设计流程图

3.1 课前准备

3.1.1 以学生的学习成绩和个性划分小组，目的是促进小组内部讨论的活跃度和参与度，每个小组的人数不宜过多和过少，一般以3-5人为宜。

3.1.2 教师给出讨论题目，学生深入查找资料。准确合理确定讨论内容是该方法成功与否的关键所在，讨论题目设置的好，学生讨论的热情就高，求知欲则强；反之难度过高或过低，知识的关联性不强，会影响课程的效果，课程的挑战度达不到要求，授课的高阶性就无从谈起，既不能充分调动学生的积极性，又不能满足学生产生探索知识的强烈欲望。根据这一原则，本节课选用超外差式收音机的调谐电路、反相器组成的RC振荡电路作为讨论题目。调谐电路本身就是一个LC电路，收音机电路中用来选频，这个问题贴近实际，又与本节内容密切相关；RC电路是便于集成，产生低频振荡信号的电路，而LC振荡电路常用来产生高频振荡信号；通过对例题的分析与思考，提高了学生分析和解决问题的能力。

题目选定后，学生根据问题，课下查找资料，该环节既是自主学习的过程，同时也是分工协作的过程。

3.2 课堂授课过程

授课过程中教师既是主讲者又是主导者，既是导演又是演员。教师既要备好课，做好导演的策划工作，又要把握好课堂，当好演员。

3.2.1 合理设置启发点。

本节中根据内容的不断深入，课堂讲授过程设置三个启发点，分别是电磁振荡与机械振动的区别与联系？如何进行电磁振荡电路分析？电磁振荡电路如何实现电磁波的发射？设置这些启发点的目的是让学生带着问题去听课，最后根据所学知识分析和解决这些问题。

3.2.2 兴趣内容导入。

教学内容的引入经常采用前述知识回顾、科学实验和历史人物事件等作为切入点。本节中从物理学家麦克斯韦到赫兹，自然过渡到赫兹的电磁波验证实验，在1886年，德国物理学家赫兹根据麦克斯韦的电磁理论设计了电磁发生器和探测器[12]，利用敞开的LC电磁振荡电路验证了电磁波的存在。由此引出本节要讲的电磁振荡电路的内容，引入内容的选择自然而有吸引力。与此同时，可以进一步说明在科学研究中，要大胆创新，在创新的过程中，可能会遇到各类质疑，最终还是需要实验来证明。由此可见，实践是检验真理的标准。人们对新事物的认识是循序渐进的，其中充满了曲折，因此需要坚持不懈，精益求精，追求卓越，时刻做好准备，才可能实现梦想。

3.2.3 理论讲解，知识拓展。

知识讲解过程的重点在分析电流与电荷变化规律的数学表述，并以类比法与弹簧振子的运动方程和描述简谐运动的物理量相对比，引导学生掌握以数学关系确定运动关系的方法，并为电磁振荡电路能量的讲解做好铺垫。

拓展内容选择晶振电路和RC电路。晶振电路是常用智能芯片的时钟电路，应用范围广；RC电路可以产生低频方波信号，该电路方便集成。应用实例选择超外差式收音机的调谐电路，该电路是典型的LC电磁振荡电路。其中RC电路既是知识拓展内容又是本节的应用讨论内容。

3.2.4 分组讨论，个别点评。

本文以RC振荡电路为例来分析讨论过程是如何设计和开展的。

3.2.4.1 划分小组，明确分工

讨论课的参与人数一般以不超过三十人为宜，因为课堂时间有限，每一问题组内讨论时间不超过15分钟，课堂发言和班级集体交流时间不超过十分钟，其中包含了教师引导和课堂效果评价。所以需要根据学生的特点合理划分学习小组 （课前完成），明确小组长，提前做好问题的细化分工和主导发言人选，既保证大家充分参与，又要参与竞争，期望在各个小组评价中获得好的效果。

3.2.4.2 给出阶梯问题，设定时间，小组讨论。

给出由浅入深的问题，引导大家探讨正确的结论，每一问题都设定合理的时间，一般是1～2分钟时间，最后小组汇总形成问题回答纲要。引导性问题可以是教师给出，也可以是小组内讨论形成，具体需要根据问题的难易程度确定。

3.2.4.3 小组讲解，分组评论。

任选两个小组，小组中选择一位同学对所设问题进行讲解，由其他小组进行点评，最后给出评价。

3.2.4.4 深刻理解相关原理，现场评分。

在讨论中，同学们互相提问和讨论，深刻理解其中所蕴含的物理原理和逻辑，根据回答和讲解的清晰和正确程度，公开给出评分结果。

3.2.4.5 知识延伸，课下拓展。

表1 小组评价表

对知识的理解每位同学都有一个深浅问题，一部分同学能深刻理解，而另一部分同学可能理解的比较肤浅。同时每一个知识点都不是孤立存在的，都有其前后的联系，进一步拓展知识点，融会贯通，有助于调动学生学习的积极性，激发学生进一步自发学习的兴趣。

3.3 课堂评价

在讨论过程中，要根据小组讨论表现给出学习评价，教师根据评价结果综合评定学生课堂成绩。质量评价的目的在于激发学生的学习积极性，合理评价学生的学习效果,以充分发挥其引导、激励的作用。

评价依据从四个方面给出，分别是课前准备、发言态度、讨论过程和综合效果分别给出ABC的评价成绩，教师按照优良等级给予综合评价，评价表（范例）如表1所示。

4 课程评价结果分析

以我校2020级机械电子工程专业1班为例，发放小组评价表，收回有效评价表30份，问卷调查结果如表2所示。

表2 评价结果统计

对机械电子工程专业学生开展 “讨论-启发式”教学方法改革调查，由调查结果可以看出，83.3%的学生在课前做好充分的准备，全部学生都通过进行了全面的资料查阅，文档整理较为规范，小组成员的分工清晰合理。课上小组代表发言准备较充分，能够很好根据各自小组准备的材料表达自己的观点，小组讨论环节过程可以做到分析合理，逻辑性强。各小组通过充分的课前准备对RC振荡电路相关知识进行了延展。

整体来看，对机械电子工程专业学生开展“讨论-启发式”教学方法改革，达到了较好的教学效果。学生课前进行预习和思考，课堂上参与讨论、发言，使学生真正成为课堂的一部分。大学生的智力水平较高，具有较强的分析问题、思考问题、综合分析和概括能力，因此学生课前通过自学来准备资料，调动了学生参与物理探究的积极性、主动性和创造性，加深学生对物理知识的理解和对问题的思考，提高了学生自主学习的能力。小组讨论式的课堂模式提高了学生的课堂参与度和竞争意识。基于问题的启发式教学，通过课前准备和小组讨论使学生真正学会如何思考问题并解决问题，使对大学物理知识点的理解更加透彻，能够融会贯通到在工程和农业的应用中。把专业应用实例加入到课堂授课内容中，通过启发和讨论融合的方法让学生把理论和应用实际相连接，是对大学物理课堂教学进行有效的延伸和拓展，有利于学生物理思维能力的培养和发展，真正发挥物理学在专业能力培养中的作用[13,14]。

5 结论

文章详细介绍了“讨论-启发式”教学方法在大学物理教学中的运用过程，并以“电磁振荡”一节为例给出了该方法的具体教学流程，依据应用型人才培养目标和教学内容特点设计了该方法的教学效果评价表，给出了评价分析实例。通过此教学方法的改革，调动了学生参与物理探究的积极性、主动性和创造性，加深学生对物理知识的理解和对问题的思考，提高了学生自主学习的能力及专业应用能力，从而进一步提高应用型人才培养质量。“讨论-启发式”教学方法的探讨对大学物理教学方法改革具有一定的参考价值。