基于学科竞赛的大学物理课程教学改革研究

智春艳 刘金秋 邱文旭 赵朝军

一、大学物理课程教学中存在的问题

大学物理是每位理工科专业学生的一门必修基础课。物理教学不仅是物理概念和知识的传授，同时也要让学生了解物理学的发展史，理解物理学的意义和作用，使学生发现物理学引人入胜的魅力[1]，最终在培养学生的物理素质、科学素养、思维能力、分析问题和解决问题的能力方面发挥基础性的作用。因此，课程教学团队应具备较高的业务水平和综合素养，打造独具特色的课程教学体系，以满足21世纪培养创新型人才的需要。

纵观目前高校大学物理课程教学的现状，虽然大学物理课程非常重要，但该课程存在教学知识点繁多、内容枯燥乏味、难以深入讲解等诸多问题，学生普遍认为大学物理课程知识比较难学。且受到社会上急功近利思想的影响，学生认为该课程对考研、专业课程的学习帮助有限，因而对大学物理课程的重视程度大大降低，更无兴趣可言。另外，大学物理课程教学模式枯燥单一，教学观念陈旧，课堂教学大多数是以教师为主体，以讲授为主要的授课形式，学生只是被动接受，学生在学习活动中的主体作用被忽略，学习方法和学习能力的培养被忽视。这样一来，本身基础差、底子薄弱的学生极易对大学物理产生厌学情绪，随之产生不良的课堂反馈，导致教师的教学活动受到影响，课堂不受学生喜爱，从而形成恶性循环[2]。此外，大多数高校将大学物理和大学物理实验两门课程分开教学，且有不同的任课教师，这会造成课程知识关联性较差，学生对实验原理的理解和掌握程度不够，不知道为什么要这么做，以及这么做会产生的现象是什么，对理论知识的实际应用又知之甚少，理论和实践相互独立。传统的教学模式和教学理念已经无法满足新时代大学物理课程教学的需要，因此，必须对物理教学进行改革。

二、大学物理课程教学改革的方向

自科教兴国战略提出以来，高校教学改革逐渐成为一种趋势。目前，大学物理课程改革的方向主要体现在三个方面：第一，教学手段和方法的改革，比如引入多媒体教学代替传统的板书教学[3]，以达到丰富课堂内容的效果；第二，教学内容的改革，比如增加一些具有趣味性、贴近生活的教学设计，以提高学生的学习兴趣，深化学生对课堂知识的理解和掌握，培养学生解决实际问题的能力；第三，教学理念的改革，课堂教学不仅要教会学生知识，更要让学生了解知识被发现的背景和过程、理论的推导过程、相关人物的故事等[4]。教学改革的形式比较多样化，而改革的目的都是努力把素质教育贯彻到教学活动中来，以实现培养创新型人才的目标。然而，目前的物理教学仍然存在一些问题。物理是和人们的生活息息相关的，所以教学改革应思考如何将物理知识渗透到学生的日常生活中。物理作为一门实践性的学科，课堂上的教学实践是远远不够的，教学改革应思考如何将大学物理和大学物理实验教学相结合。

近年来，随着“大众创业，万众创新”时代的到来，创新型人才也越来越被企事业单位重视。作为培养学生科学素养的大学物理课程，如何在培养学生的创新能力、综合素质等方面进行改革以适应新时代人才培养的需要，已成为目前各高校研究和探讨的重要课题[5]。物理教师必须认真设计大学物理课程的教学过程，才能不断推进大学物理教学的改革和创新。

三、大学物理课程教学改革模式

以西安工商学院为例，其坚持“高端化、国际化、个性化”发展战略，以培养具有一定跨界发展能力的高素质应用型人才为目标。为了满足学校的培养目标和发展方向的需要，大学物理课程正在向双语化、个性化、小班制教学的方向发展。同时，物理教学既要满足学生个性化的发展，又要满足社会发展的要求，让学生能够学有所用。基于西安工商学院的学生培养目标和学生的现状，全体物理教师积极探究了大学物理课程教学改革的新模式。

近年来，大学物理教学立足于提高学生的实践创新能力，从学科竞赛方面进行大学物理课程教学改革。物理教研室积极主办了物理科技创新大赛和大学物理实验操作技能大赛，学科竞赛强调理论联系实际，让枯燥的理论知识变得生动有用，借助于学科竞赛，使学生发现问题和解决问题的能力得到提高。在理论和实验教学的双环节中，以竞赛为依托进行教学设计，建立了有效的“以赛促教、以赛促学、学赛结合”的教学模式，建立了大学物理和大学物理实验课程有机结合的教学模式，建立了学科竞赛和教学改革互动的模式。

四、基于学科竞赛的大学物理课程教学改革措施

物理科技创新大赛是物理学科的一项重要比赛，大赛以“激励、创新、实践”为主题，旨在提高学生的动手实践能力和应用物理知识解决实际问题的能力，在实践中不断激发学生对物理知识进行探究，从而使学生爱上思考、爱上物理、爱上科技制作。西安工商学院自2019年以来已连续举办了三届竞赛，学生积极参赛、大胆尝试，勇于创新，已设计制作了上千件与力学、热学、光学、电磁学等知识相关的科技作品，作品丰富多样，新颖美观，具有创意。学生参与三届物理科技创新大赛的获奖情况如表1 所示，三届竞赛中的部分获奖作品如表2 所示。

表1 学生参与物理科技创新大赛获奖情况

表2 物理科技创新大赛部分获奖作品

举办科技创新大赛有助于激发学生学习大学物理课程的兴趣，锻炼学生的动手实践能力，培养学生的团队意识和科技创新精神。对比近三年竞赛的学生参与情况可以看到：参加大赛的学生总数逐年增加，参赛作品的数量逐年增加，参赛作品的水平逐年提高。学科竞赛在推动教学改革方面效果显著，通过对竞赛的总结和反思，结合学生的现状，西安工商学院大学物理课程进行了五个方面的教学改革。

一是制定多样化的课程考核方式。在传统的课程考核过程中，期末考试对学生最终的评价起着决定作用，学生的学习过程被忽略。大学物理课程针对这一点进行改革，通过灵活多样的考核方式，加强对学习过程的评价，把过程评价和结果评价相结合，实现课程考核的多样化和全面化。在课程设计上，积极把学科竞赛、小制作和项目答辩等内容考核引入过程评价中。课程考核对于学生而言具有导向作用，学科竞赛、小制作等活动能够引起学生足够的重视，有助于学生发散思维，增强动手实践能力。课程考核对于教师而言也具有导向作用，教师要不断自我革新、进行课题研究才能胜任学生的导师。

二是使用云班课智能教学助手。物理学具有严密优美的理论体系，在人文精神方面有着深厚的沉淀和内涵，在思维方式上有严密的逻辑性。开设大学物理课程不仅要传授物理知识，也要对学生进行素质教育、方法教育。掌握物理分析问题的思维方法，接受科学精神和科学方法的熏陶，可逐步培养学生独立思考、尊重客观事实、勇于批判的科学精神。借助于现代化的教学软件——云班课智能教学助手，课堂教学可采用灵活多样的教学手段。课前发布预习任务，课堂教学以互动式教学模式展开，课堂互动充分调动学生学习的积极性，使学生成为课堂的主体。为了实现良好的互动，教师必须做足功课，不仅是备知识、备内容，更要备教法、备设计，无形中增加了教师的工作量。云班课智能教学助手中不仅有举手发言、头脑风暴、测试、投票问答等丰富的课堂活动，更有强大的运行后台，能完成对学生参与各类教学活动的监督评价，学生参与所有活动的数据都在后台显示，教师也可以导出全部数据，实现过程性评价。这样的课堂，学生不再会觉得枯燥乏味，反而会增添学习的激情。

三是课堂采用项目制教学。项目制教学是以项目为主题展开课堂教学，项目名称由全体物理教师共同研讨决定，对不同专业开设不同项目。项目制教学设有课堂教学、学生制作和学生答辩三个环节。在课堂教学环节，教学内容方面打乱教材章节的先后顺序，由教师选出与项目相关的知识点进行讲解。在学生制作环节，采用以学生为主体、教师为导师的模式，翻转课堂，让学生成为课堂的主体，自主讨论和研制新作品，提高学习效率。学生分为几个小组，小组成员协作完成一件小作品，或设计出一个方案。在这个过程中，学生能够逐渐深化对理论知识的理解，学生的动手能力和整合知识的能力也能够得到提高。同时，该环节可以营造大学生积极参与科技创新活动的浓厚氛围，有助于培养学生的创新精神、探索意识和实践能力。在学生答辩环节，实行“把课堂还给学生”的模式，学生将制作的成果予以展示，这个过程采用学生自导、自演、自评的方式。答辩可以锻炼学生利用PPT 有条理地讲述自己想法的能力，有助于提高学生组织能力和语言表达能力，以及针对研究的问题进行辩证的能力。同时，项目制教学还可以培养学生的创新精神和团队协作精神，启发思维，开阔视野，为学科竞赛打下坚实的基础。

项目制教学是一次大胆的尝试，按照比例，教师可将所带班级分为项目制教学班和非项目制教学班，这样有助于比较不同模式下的教学效果。实践表明：项目制教学对学生的考核更为全面，有助于突出学生在学习中的主体地位。目前，物理教师还在不断地优化项目制教学，使其更加合理化、人性化，这样项目制教学才能向更多的班级推广。

四是大学物理课程和大学物理实验课程有机结合。物理是一门实验学科，因此，本文探究了大学物理理论教学和实验教学有机结合的模式。为此，项目制教学班的大学物理课程和大学物理实验课程应由同一个教师担任。同时，项目制教学的主题选择应以实验室为依托，大部分主题应和实验内容相关。一方面，学生制作作品可以利用大学物理实验室的资源，如基础工具和一些简单器材等；另一方面，实验室可以增设一些相关的开放性实验。同时，实验室作为学生开展研究活动的场地，可实行全天开放措施，这样也方便教师指导学生，进行演示实验等，实验室的利用率也会大大提高。这种模式有助于实现大学物理和大学物理实验课程的有机结合，实验教学和理论教学相辅相成，成为一个不可分割的整体。

五是建设大学物理课程素材库。指导学生完成竞赛作品，需要教师不断地学习成长、刻苦钻研、自我革新、自我完善，提升专业素养和科研能力。教师在指导竞赛的过程中，可丰富经验、积累案例，可以将这些科学研究和教学研究的成果融入课程教学中。对于物理科技创新大赛，教师可制作完成作品的图片集和视频集。对于项目制教学，教师可编写讲义集和习题集，建设一个个素材库。在教学中，教师可随时从素材库中调取需要的内容。素材库的建立，可以丰富教学资源，学科竞赛可以有效推动教学改革。

大学物理是一门十分重要的基础课，大学物理教学需要不断创新，以满足学校的培养目标和发展方向的需要。基于学科竞赛，本文建立了大学物理课程和大学物理实验课程有机结合的模式，建立了学科竞赛与教学改革互动的模式。学科竞赛可使大学物理教学得到改革，教学质量得到不断提高。