理論與實驗融合下的大學(xué)物理課程教學(xué)

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摘要：為適應(yīng)具有創(chuàng)新意識的應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求，在理論性強(qiáng)的大學(xué)物理課程教學(xué)過程中需充分借助實驗教學(xué)，展示基礎(chǔ)理論在專業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用。通過協(xié)調(diào)和融合物理實驗與理論課程教學(xué)進(jìn)度，增加課堂演示性實驗和多媒體展示環(huán)節(jié)，在互動式教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生對物理現(xiàn)象的觀察思考，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了理論聯(lián)系實際的思維能力，能夠為后續(xù)的專業(yè)發(fā)展提供良好的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理課程；課程建設(shè)；實驗教學(xué)；融合

在“雙一流”建設(shè)和新工科建設(shè)背景下，應(yīng)用型本科院校面臨轉(zhuǎn)型發(fā)展的迫切需求，致力于培養(yǎng)適應(yīng)社會和行業(yè)發(fā)展需要、具有創(chuàng)新意識的應(yīng)用型高級專門人才。大學(xué)物理課程是一門理論性很強(qiáng)、又具有鮮明實踐性特色的基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和專業(yè)技能的人才方面具有關(guān)鍵性作用。大學(xué)物理課程的教學(xué)目標(biāo)在于使學(xué)生理解自然現(xiàn)象和物理規(guī)律，激發(fā)對科學(xué)的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。借助于實驗演示和操作，不但能幫助學(xué)生準(zhǔn)確理解物理概念和規(guī)律，而且在培養(yǎng)和提高學(xué)生觀察能力、動手能力、分析問題和解決問題的能力方面具有顯著優(yōu)勢[1]。因此在理論課程之外單獨開設(shè)了物理實驗課程，用于提高和鞏固學(xué)生對大學(xué)物理知識體系的學(xué)習(xí)成效。近幾年，圍繞著大學(xué)物理課程基礎(chǔ)教學(xué)改革和一流課程建設(shè)，大學(xué)物理課程教學(xué)一線的教育工作者開展了大量探索和研究。在大學(xué)物理理論和物理實驗教學(xué)過程中采取了改革措施，促進(jìn)了教學(xué)效果的提升[2-4]。為了更好地落實教育部倡導(dǎo)的“大學(xué)應(yīng)以本科教育為根本”的時代內(nèi)涵，近年來我校不斷開展教學(xué)改革與探索，在大學(xué)物理課程教學(xué)方面采取了理論與實驗交叉、課堂與課下融合的教學(xué)模式。在教學(xué)改革實踐中，理論與實驗融合模式是將大學(xué)物理與物理實驗兩門差別顯著的課程從教學(xué)大綱、教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)人員和考核方式等方面進(jìn)行全面系統(tǒng)設(shè)計，在教學(xué)活動中堅持理論聯(lián)系實際、實踐輔助理論的思想，加強(qiáng)理論授課與實驗操作環(huán)節(jié)的互動融合，推動物理基礎(chǔ)課程教學(xué)質(zhì)量的全面提升[5]。

1大學(xué)物理課程教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1教學(xué)基礎(chǔ)條件方面

大學(xué)物理課程和物理實驗課程的教學(xué)過程各自分為兩個學(xué)期完成，共安排了5個理論學(xué)分和2個實驗學(xué)分。由于大學(xué)物理課程的理論性強(qiáng)、知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜，教學(xué)過程學(xué)時安排緊張，主要以講授書本知識為主，對書本之外的相關(guān)知識和研究前沿擴(kuò)展較少。部分學(xué)生修完課程之后仍可能存在一些認(rèn)識誤區(qū)，認(rèn)為大學(xué)物理課程僅是高中物理的重復(fù)和復(fù)雜化，而沒有意識到大學(xué)物理在專業(yè)課程及專業(yè)發(fā)展中的基礎(chǔ)作用和重要應(yīng)用。學(xué)時不足限制了教學(xué)內(nèi)容和方法的改革空間，難以全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，不能滿足后期的強(qiáng)理論性課程的學(xué)習(xí)需求。物理實驗設(shè)備儀器數(shù)量較少，在實驗安排過程中經(jīng)常存在沖突，導(dǎo)致一些實驗項目安排在晚上或周末進(jìn)行。物理實驗設(shè)備硬件陳舊，缺乏全面維護(hù)，影響了學(xué)生的實驗操作體驗和學(xué)習(xí)積極性。為了爭取實驗室使用時間，也為了保證學(xué)生能有大量連片的空余時間，會在周末集中性安排實驗課程。實驗授課趕進(jìn)度，教師和學(xué)生都疲于實驗操作。由于實驗教學(xué)時間安排受到限制，物理實驗與相關(guān)理論授課過程存在不協(xié)調(diào)的情況，實驗過程的具體現(xiàn)象難以有效輔助學(xué)生對物理理論和抽象規(guī)律的理解與認(rèn)識，影響了教學(xué)質(zhì)量的提升。

1.2師資與學(xué)生素質(zhì)方面

目前我院從事物理教學(xué)的專任教師共7人，負(fù)責(zé)全校近兩千人的物理課程教學(xué)工作，既承擔(dān)大學(xué)物理理論課程的授課，也要全程負(fù)責(zé)物理實驗的指導(dǎo)和操作。教師教學(xué)任務(wù)重，難以充分協(xié)調(diào)安排理論授課和實驗教學(xué)的進(jìn)度，導(dǎo)致教學(xué)過程理論與實驗存在脫節(jié)的現(xiàn)象。由于師資緊張，在實驗室管理方面缺乏專門人員，教師對實驗室儀器設(shè)備進(jìn)行維護(hù)的時間較為緊張。因此，在教學(xué)過程中，課堂講解和進(jìn)度安排需要照顧到少數(shù)學(xué)生物理基礎(chǔ)薄弱的情況。此外，實驗操作過程中部分學(xué)生動手能力不足，也在一定程度上影響了整個實驗項目的進(jìn)度和安排。

2理論教學(xué)與實驗教學(xué)充分融合的教學(xué)模式

2.1教師對理論授課與實驗授課的統(tǒng)一安排

在實際教學(xué)過程，物理教研室不斷進(jìn)行探索和嘗試，交流經(jīng)驗、統(tǒng)一認(rèn)識、協(xié)調(diào)安排。教師人人都參與理論和實驗教學(xué)活動，因而在理論和實驗課程的進(jìn)度融合上具有較高的主動性和自主意愿，這對大學(xué)物理課程理論教學(xué)與實驗教學(xué)的改革成效有很大益處。在理論課堂和實驗教學(xué)過程，教師之間通過互相觀摩學(xué)習(xí)和公開課形式，提升自身教學(xué)能力。在安排教學(xué)任務(wù)時，一個班級的大學(xué)物理理論課程和實驗課程由同一位主講教師完成教學(xué)，這保證了兩門課程的教學(xué)主體統(tǒng)一、進(jìn)度安排統(tǒng)一，使教師能夠靈活處理理論與實驗教學(xué)活動的切換和銜接。這也為物理課程知識體系的教學(xué)連貫性提供了制度保障。

2.2理論教學(xué)與實驗課程進(jìn)度安排交叉融合

集中性進(jìn)行物理實驗的操作和學(xué)習(xí)，往往難以發(fā)揮實驗過程的體驗性教學(xué)優(yōu)勢[6]。在教學(xué)改革過程中，探索將物理實驗分批次安排在相關(guān)理論教學(xué)周次前后，如在同一周或兩周內(nèi)，即實現(xiàn)大學(xué)物理實驗與理論教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度的同步。理論與實驗的具體進(jìn)度根據(jù)實際情況安排，既可理論教學(xué)內(nèi)容先行，也可先進(jìn)行實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。對于非常抽象的物理規(guī)律，如利用霍爾效應(yīng)測磁場，實驗教學(xué)適當(dāng)安排在相應(yīng)的理論教學(xué)之前，能夠促使學(xué)生主動預(yù)習(xí)和自學(xué)相關(guān)理論知識，了解實驗背景、實驗設(shè)計思想、實驗測試步驟等內(nèi)容。這樣的教學(xué)安排提高了學(xué)生的積極性和主動性，使其嘗試用具體的實踐活動分析理論問題，在實驗過程主動思考、發(fā)現(xiàn)問題，并促進(jìn)對相關(guān)理論知識要點的學(xué)習(xí)和理解。

2.3利用課堂演示性實驗提高理論教學(xué)效果

大學(xué)物理課程的教學(xué)過程相對而言比較枯燥，而把理論教學(xué)與實驗項目結(jié)合起來，利用課堂時間增加一些演示性實驗環(huán)節(jié)，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣與積極性。在物理實驗課程安排的實驗項目之外，可根據(jù)知識體系和重難點選取一些具有可操作性的實驗項目穿插在理論課程的課堂教學(xué)過程中，由教師完成基本實驗操作，借助于具體演示過程解釋一些抽象的物理現(xiàn)象和規(guī)律定理。演示性實驗需要在理論知識基礎(chǔ)上進(jìn)行論證設(shè)計，具有實際可行性。如選取錐體上滾、等離子放電球?qū)嶒?，采取課堂演示和探究性教學(xué)，提升理論教學(xué)效果。在教學(xué)過程中，適當(dāng)安排學(xué)生進(jìn)行實驗流程的操作實踐，以互動教學(xué)方式引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生觀察和思考，既能活躍課堂氣氛，增加學(xué)習(xí)興趣，又培養(yǎng)了學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識時理論聯(lián)系實際的思維能力，有助于學(xué)生養(yǎng)成善于發(fā)現(xiàn)問題的良好習(xí)慣。

2.4利用多媒體資源開展多元融合的理論教學(xué)

物理實驗項目需要投入較多的人力和時間，而且受到儀器設(shè)備和場地限制，因此在理論課程的課堂教學(xué)過程中難以進(jìn)行大規(guī)模的演示性實驗教學(xué)，這種情況下可以充分利用多媒體資源進(jìn)行課堂教學(xué)。選取和制作一些生動具體的視頻、動畫增強(qiáng)學(xué)生對物理規(guī)律的理解和認(rèn)知，如角動量守恒原理可以利用花樣滑冰、跳水等貼近生活的事例解釋。此外，對部分物理實驗的操作過程進(jìn)行錄像，在理論教學(xué)過程進(jìn)行播放和回顧，能夠提高學(xué)生對物理實驗操作的重視，也強(qiáng)化了學(xué)生對理論規(guī)律和實驗現(xiàn)象之間關(guān)系的認(rèn)識，有利于對基礎(chǔ)知識的融會貫通。對于一些理論知識的重點和難點，教師在課余制作微課小視頻，學(xué)生可進(jìn)行復(fù)習(xí)觀看，加深對相關(guān)知識的理解和掌握。

3大學(xué)物理教學(xué)的理論與實驗融合模式的內(nèi)涵與發(fā)展

大學(xué)物理課程作為一門基礎(chǔ)課程在理工科專業(yè)人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮著非常重要的作用。提升物理基礎(chǔ)課程教學(xué)成效是新工科建設(shè)提出的時代要求，而理論教學(xué)與實驗教學(xué)深度融合的教學(xué)模式為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、化解理論難點、強(qiáng)化實踐應(yīng)用提供了重要的路徑。大學(xué)物理課程教學(xué)的理論與實驗融合模式繼承了理論聯(lián)系實際的唯物主義思想，教學(xué)活動“以學(xué)生為中心，以互動教學(xué)為抓手”，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加強(qiáng)教師的教學(xué)能力培養(yǎng)。融合教學(xué)的實踐結(jié)果表明，學(xué)生對理論基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)熱情較高，改善了基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量，為本科教學(xué)改革提供了思路，為實現(xiàn)創(chuàng)新性應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。

4結(jié)語

大學(xué)物理課程的理論教學(xué)與實驗教學(xué)需要有機(jī)融合，解決理論知識枯燥難懂、實驗操作缺乏應(yīng)用背景的問題。通過制度管理和協(xié)調(diào)安排，將物理實驗與理論課程教學(xué)進(jìn)度交叉融合，利用課堂演示性實驗和多媒體資源輔助理論教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在互動式教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生對物理現(xiàn)象和規(guī)律的觀察與思考，培養(yǎng)其理論聯(lián)系實際的思維能力，能夠為后續(xù)的專業(yè)發(fā)展提供良好的理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者：楊圓 肖沛 林季資 趙越 單位：江蘇科技大學(xué)蘇州理工學(xué)院公共教育學(xué)院