大学物理课程教学质量提升措施探索

2022-11-10毛红敏程新利李静妮

科技视界 2022年21期

李阳毛红敏程新利李静妮柳军

（1.苏州科技大学天平学院，江苏苏州 215009；2.苏州科技大学物理科学与技术学院，江苏苏州 215009）

0 引言

大学物理作为理工科大学生的一门基础必修课程，所包含的基本概念、理论和方法，对提高大学生的科学素养具有重要的作用。所谓物理——“格物致理”也，大学物理课程带领学生领略自然万物的本质及规律，实现科学与人文的兼备和协调发展，为学生认识和改造世界打好物理基础。由此来讲，针对大学物理课程的基础性和必要性，有必要对大学物理教学措施进行改革探索与实践。提升大学物理教学质量，既符合“以学生为中心”的课堂教学要求，更顺应了新时代本科教育发展的潮流。文章从大学物理课程教学的特点出发，就大学物理课程教学质量提升措施作分析研究，为创新型人才的培养作贡献。

1 大学物理教学现状分析

当前，尽管大学物理教学在不断发展，但是在实际教学过程中还存在着一些问题，具体可归纳如下。

1.1 大学物理课程的学时被大幅压缩

高校在课时分配时，考虑到优势学科与专业需要更高的投入产出比，而这必然需要更多的课时设置和师资投入，因此在时间有限的情况下，通常会选择压缩如大学物理这样的公共课的课时。

1.2 课程难度相对较大

初步进入大学，学生面临着角色的转换，从被动学习到主动学习的习惯和态度转变上需要一定的时间，而且在课程学习中也需要一段适应期。大一第一学期刚学完高等数学，紧接着第二学期就开始学习大学物理，容易让学生感觉困难，影响他们的学习积极性。

1.3 课堂理论内容较多，缺乏与实际生活相关的元素

物理教学多以理论性较强的基础知识为主，在教学设计中很多教学者没有考虑到带领学生从课本走向生活，既未形成理论联系实际的纽带，更缺乏与其他专业课程之间的联系，难以吸引学生兴趣。

1.4 物理课程教学枯燥，思政元素引入偏少

由于物理课程中包含大量公式推导及证明，使得物理学习变得相对枯燥，而且教师未充分重视打造思政课堂，没有深入挖掘物理知识中所包含的思政元素，导致上课氛围没有得到充分调动，难以开展多元教学。

2 提升大学物理教学质量的有效举措

笔者在承担大学物理教育教学改革研究项目中，致力于大学物理课堂教学质量的提升，在实际教学中不断摸索，总结了以下有效措施。

2.1 打造“兴趣”课堂和“情境”课堂

（1）将物理带入生活、人文艺术与人生哲理中。例如，创设提问神州飞船翱翔太空，相对于地球做匀速直线运动的神州飞船宇航员看来，地球上如果正在进行一场精彩的足球赛的话，那它是否还是90 min？如果不是，那应该是大于还是小于90 min 呢？背后的原因是什么？再比如提问诗圣杜甫的诗句“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅”体现了其胸怀天下、为百姓疾呼的情怀，那么为什么秋风会卷起房屋上的茅草呢？通过实事案例引发学生的兴趣与思考，能够增强学生的学习热情。

（2）调整教学内容，更多地注重与实际生活相结合，化枯燥为有趣生动。例如，笔者在讲到动量定理时，以“小小的一只飞鸟为何会引起严重的飞机事故”“超速和超载为何会引起严重的交通事故”为引，向学生展示动量定理在实际生活场景中的应用。再比如笔者讲到电磁感应定律时，向学生介绍三峡水电站的发电机组及其运行原理，正是运用了电磁感应定律。讲到光学仪器的分辨率时，则介绍位于贵州的“中国天眼”——全球最大的500 m 口径球面射电望远镜，其观测范围已经能到达银河系百亿光年之外的宇宙边缘，将成为全球探索宇宙波的希望。举例说明大学物理与日常生活密不可分，从而激发学生的好奇心，化被动接受为主动学习。

（3）课堂创设问题情境。在大学物理教学中，通过抛出问题引发学生思考，促使其运用物理思想和方法解决实际问题。例如，在讲授波动光学部分的薄膜干涉内容时，笔者引入情景问题：魔术师表演的七彩泡泡非常漂亮，而且能够展现出非常绚烂的色彩，让人目不暇接，那么请学生思考这样一个问题：为什么在阳光下会呈现七彩颜色呢？这可以引导学生将物理与实际生活联系起来。学生带着“如何解释七彩泡泡现象”这一问题进入薄膜干涉的学习，将实际问题抽象成物理模型，应用光程差这一关键物理量对此进行有效的分析，引导学生充分理解光的干涉知识。

（4）在教学中引入物理学史及物理前沿科学进展。物理学的发展是一个循序渐进，一环扣着一环，在螺旋中前进的过程。教师跟着物理学史讲授知识，适当补充一些重要的发展前沿，有助于学生更加深入地理解基础理论知识。例如，引力波的成功探测离不开引力波天文台的支撑，通过对“宇宙涟漪”的精准探测和反复确认，证实了浩瀚宇宙中引力波的存在，并获得了2017 年诺贝尔物理学奖。而引力波天文台的建造以及引力波的探测原理正是源于迈克耳孙干涉仪的启发。迈克耳孙在1907 年获得诺贝尔物理学奖，谁能想到他所做的杰出贡献又可以在100 年以后发挥重要的作用？笔者在讲述迈克耳孙干涉仪章节时穿插这一科技前沿，大大激发了学生的学习动力。

2.2 加强大学物理与其他专业课程内容的联系和衔接

大学物理作为多专业的基础课程，能够为学生专业学习打下基础，因此需要在教学过程中结合各专业特点制订教学计划。针对学生的不同专业，实现学科之间的信息交流，针对性地培养学生沟通协作和解决问题的能力，让学生更好地理解所学内容。例如，笔者对于化学专业，重视讲授热学与光学内容，让学生与所做的化学实验相结合；自动化专业多补充电磁学知识，为复杂的专业知识学习打下基础；数学专业多注重引用实例说明数理不可分割，感受数学在万物运行之理中的美妙；计算机专业讲解物理学发展引发的两次工业革命和信息技术革命，体会物理在高性能计算机发展中的重要作用。通过加强大学物理与其他专业课程内容的联系，让不同专业的学生都能感受到大学物理课程对自己专业学习的重要作用，从而让他们更加主动地学习。

2.3 采取多种课堂教学方法，提升教学质量

（1）采取线上、线下教学相结合方式，进行混合课程设计，培养学生的自主学习能力。随着互联网技术的快速发展，教育已经跟网络密不可分，越来越多的教学已经搬到网络上，包括在线精品课程建设和慕课分享等。尤其是在当前新冠肺炎疫情的背景下，线上、线下混合式教学逐渐成为课堂教学的重要手段。因此，适当借助灵活的多媒体技术，合理地在课堂中穿插科普短片、Flash 动画等，以直观形象的画面呈现复杂的物理知识，能够增强学生的直观感受。大学物理教学表现得活泼生动，既能吸引学生的注意力，又能让课堂变得丰满，从而提升课堂学习效率。教师需要在课前做更多的准备，课中注重对学生在学习方法上的指导，充分调动学生的主观能动性。

（2）课堂师生角色转换。随着教学目的、教学方法的扩充和革新，教学评估手段也应有所调整和变化。在最后的成绩组成部分，不能仅仅依靠单一的试卷考查，可以考虑“平时成绩+课堂展示+创新论文+笔试”这样的组合。平时成绩包括出勤率以及课堂参与情况；课堂展示包括学生小组对于学习内容的深入展示并加入自己的独特思考，在这一部分可以适当地把课堂交给学生，让学生扮演老师的角色，以教促学；创新论文则需要学生通过文献查阅等方式，介绍目前物理领域的新进展和新发现，阐释其中包含的基本物理原理和基础物理知识，挖掘基础物理的重要性。这样的评估手段，既能考核学生的基础知识，又能培养学生的科学素养和创新能力。

（3）采取多种课堂互动措施，比如开展学生分组讨论、让学生围绕某个知识点发表看法，并找出与现实生活相关的例子等。例如，笔者在教学过程中讲到偏振片时，让学生分享最近自己所看的3D 电影，并回想看3D 电影时需要借助什么工具。学生异口同声需要戴上一副3D 眼镜才能看到立体效果，进而讲到偏振3D 眼镜的工作原理，从而让学生理解偏振片的作用。学生在点滴学习中日益增强存在感，体现出“以学生为中心”的教学思想。以动量定理为例，学生在学习之后不仅明白了为什么“小小的一只飞鸟会引起严重的飞机事故”“超速和超载会引起严重的交通事故”，更能够举一反三，明白了乘坐汽车时系好安全带——“生命带”的重要性，真正做到学以致用。

（4）在课后巩固知识采取分组互助的方式。为了进一步提升学习效果，可以让学生自主选择分组，以团队的方式共同学习、互相帮助。笔者在教学过程中让学生结对成立了“帮扶”小组，让学习成绩较好的学生主动帮助基础相对薄弱的学生。同时鼓励学生树立主人翁精神，充分调动所有学生的积极性。由老师引导，学生自主讲述已学内容。也可设置小组作业，在团队协作中学生通过必要的资料查询、思考演算等来加深对知识的理解与应用，进而培养其团队意识。

2.4 挖掘思政元素，打造思政课堂

在2016 年12 月的全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记指出：“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”。而对于大学物理这一重要的基础课程而言，其包含的思政元素非常多，因此打造思政课堂尤为重要。让大学物理包含的思政元素如春风细雨浸润学生的心田，从而让学生从内心深处喜欢上物理。例如，笔者在讲牛顿第三定律时，通过力的作用是相互的，延伸到中国传承至今的儒家思想。儒家著名思想家孔子曾经说过“己所不欲、勿施于人”，这恰好与力的作用相契合。正因为“力的作用是相互的”，所以强行施加于别人的不利影响也终将会作用到自身，这是不可取的。同样，学生在学完牛顿第三定律后能够举一反三，明白为什么“以卵击石、螳臂挡车”不可为，从而进一步理解量力而行的道理。再如，动量守恒定律与火箭原理关系紧密，而我国在火箭技术领域有重大成就，可挖掘出我国航空航天事业飞跃式发展等思政素材。神舟十三号将三名航天员送往我国天宫空间站执行为期6 个月的任务，彰显了“我们的征途是星辰大海”的气魄！而这离不开牛顿三大定律和万有引力定律的运用。让学生明白学好物理，既能培养情操、提升素养，也能认识世界、改造世界。