提高学生学习兴趣及参与度的《大学物理》课程教学改革

    摘 要：本文对高职微电子技术专业《大学物理》课程进行以提高学生学习兴趣及参与度为目的的课程教学改革。教学改革具体从调整教学内容结构、融入物理学史知识、变更实验内容三方面着手，构成知识框架-历史发展-核心知识-知识应用-配套实验的教学实施模式，在课程教学改革中突出兴趣引导，重视过程高于结果。

    关键词：大学物理;学习兴趣;参与度

    中图分类号：G642.0 ?文献标识码：A

    一、课程基本情况

    （1）课程定位及目标。《大学物理》是我校微电子技术专业一门基础课程，其任务是：让学生能够构建起物理思维模式，对物理学的整体内容有所了解，尤其重点在于静电、磁场、电磁效应几个方面，为学生今后进行电类专业课程学习打下良好的基础。本门课程是进一步学习本专业其他专业课程的基础。

    （2）课程现状及问题。《大学物理》课程在实际的教学过程中，最常见的问题就是学生对学习本门课程没有较高的兴趣，只是迫于学业压力而进行常规学习。而学生没有学习兴趣的原因也就是教学过程中所存在的问题。目前《大学物理》课程遇到的最大的问题有这么几个方面：第一，课程理论性较高，学生学习时感到比较枯燥、难以理解。第二，课程内容与实际生活缺乏直接联系，学习过程比较抽象。第三，现有实验内容陈旧，难以激发学生的学习兴趣。第四，课程内容广泛，在有限的课时之内难以将物理问题为学生进行详尽讲解。基于以上的一些问题，目前《大学物理》课程的现状就是：老师滔滔不绝、学生不知所云;老师蜻蜓点水、学生所学寥寥;课程内容老生常谈、所学知识与我无关;物理知识包罗万象、学期结束只得皮毛。

    （3）教材使用及建設。《大学物理》课程目前使用的教材是《大学物理基础》，这本教材是由苏州大学出版社出版、《大学物理基础》编写组编撰的。这本教材适用于高职高专学校使用，属于高等职业教育规划教材。其内容涵盖力与运动、热力学、振动与光学、电磁学、近代物理五个部分，属于传统物理教学的五大领域。与高中物理相比，其知识结构建立在微积分的数学基础之上，与本科物理相比难度上又有所降低。目前课程使用的扩充性材料包括：《物理（工）》《物理学史》《西方科学史》，这些补充材料没有作为教材或者补充教材面向学生发放，但教师在授课过程中进行了使用。目前课程没有专门的实践性教学场所，课程内容中所涉及的实验内容一部分在理论课堂中进行，一部分在其他专业实验室中进行。

    基于课程基本情况，为了解决课程存在的问题，我们在课程教学内容及教学实施过程进行了改革，以提高学生兴趣及参与度。

    二、课程教学内容改革

    《大学物理》课程的改革主要针对目前课程教学过程中存在的一些问题，主要改革方面为以下三个方面：调整课程内容结构、融入物理学史知识、变更实验内容。在这三个方面改革的基础之上，全面改变《大学物理》课程教学过程的实施，真正做到寓教于乐，用兴趣激发学生的学习热情。

    （1）调整课程内容结构。《大学物理》课程所涉及的物理知识非常广泛，普通本科院校的理工类专业学生通常需要2个学期130左右课时的学习才能够全部学习完成。目前我校微电子技术专业只在第一个学期开设《大学物理》课程，并且课时为32学时。学生在一个学期32个课时的条件下是很难全部将物理知识进行了解掌握的。因此在课程内容方面，我们对《大学物理》课程进行重大改变：去除热力学、振动与光学两大部分，削弱力与运动在课程中所占比例（12课时），将大部分课时投入于电磁学部分（16课时）。由于近代物理部分在传统物理教学中所占比例已经不是很大，因此在这里不做重大更改（2课时）。课程开始时需要进行数学知识补充（1课时），再留有部分机动时间（1课时），这样就形成了崭新的《大学物理》课程内容结构。

    （2）融入物理学史知识。《大学物理》课程最大的问题集中在学生在学习的过程中感觉枯燥无味，提不起兴趣。从初中开始进行物理学习，经过高中对物理学习的高考标准流水线处理，进入大学之后，学生很难对物理学的各种定律、公式提起任何兴趣。如果想提高物理教学的效果，必须要让学生由被动学习转为主动学习，这个转变能否成功，就取决于学生是否对这门学科有兴趣。物理学科实际上是非常有意思的一门学科，物理学的知识渗透在我们日常生活的各个方面，物理学的发展也经历了许多神奇的历程。在传统的物理教学过程中，教师只重视传递给学生怎样的知识，而不重视告知学生这些知识的来历。即便在一些教科书中有对物理学史的涉及，也只是略微带过而已。我国早有物理教育学家指出，在物理教学的过程中应适当加入物理学史的知识。了解物理学发展历史是对物理学知识的一种尊重，更是对物理学科学严谨精神的传承。同时，对物理学史的增加，要与学科知识相结合起来。本门课程在改革的过程中将热学和光学部分删除，重点强化电磁学部分，因此在物理学史介绍的过程中也以电磁学方面物理学史知识为重点，以代表性的科学家为主线，将物理学史知识与学科知识有机结合起来。在对物理学史的介绍过程中，一方面要介绍物理学家所取得的各种成果，另一方面更要介绍物理学发展的曲折过程，以及伟大的物理学家在推进物理学发展过程中所贡献的力量、所经历的磨难。让学生从物理学发展历史之中，学习一种为科学献身的精神，学习一种不畏艰辛努力向前的姿态，学习一种认真严谨、一丝不苟的生活态度。对物理学史知识的引入，利用文学方法手段处理，再增添一些故事性成分，增强其可读性和可听性，可以极大的提高学生的学习兴趣，只有把学生的学习兴趣牢牢抓住，才能在教学的过程中取得成功。否则即便是能够在期末考试中得到满分的学生，如果没有兴趣，这样的教育也是一种失败。

    （3）变更实验内容。《大学物理》的传统实验我们在这里不再赘述，如果要想建立一个能够承担全部大学物理课程实验的实验室，需要学校方面有较大的投入，包括资金投入和人力投入。对于高职高专学校，其《大学物理》课程的设置并不是为培养研究型人才的，而是要为后续的技能型人才培养课程体系提供基础，因此投入这样的全套物理实验室也是没有必要的。因此在我校的《大学物理》课程实施过程中，我们将传统物理课程实验也进行了改革。利用现有实验条件，开设不需要复杂设备的物理实验，尤其开设一些由学生自己动手准备实验材料的物理实验，如“自由落体运动的研究”、“重力加速度测定”等等实验。这些实验虽然比较传统，但在实施的过程中由学生自己组织实验材料，突出学生的自主性。尤其需要注意的是，物理实验由原来的验证性为主，要力争转向探究性转变，激发学生的自主学习兴趣。因此在实验课程的设置方面，就要尽量避免“标准答案”的出现。例如在“重力加速度测定”实验中，测定无锡地区重力加速度，学生使用不同的测量方法，进行大量数据的采集，最终得到自己的实验结果，无法比较谁的结果是正确或错误的，只能评判谁的方法更优化更准确。《大学物理》课程中实验环节与传统实验课程的不同之处还要突出一点，就是数据的处理。在物理学史发展过程中，任何一条定律的提出或证明，都是建立在大量的测试数据的基础之上的。因此实验课程不能只以学生学会怎样“做”为目标，而要让学生在大量数据测量的过程中，充分体会物理学研究的神圣性和严谨性，通过对同一简单实验的反复测量，来学习物理学家在研究物理问题时的态度和精神。同时结合一年级计算机课程的学习，让学生学习使用计算机软件对海量数据进行系统化处理，对各个学科的知识进行融会贯通。

    三、课程改革实施过程

    经过改革后的课程在具体的实施过程应呈现出这样的一个模式：知识框架介绍→历史发展过程→核心知识讲解→相关物理知识应用→配套实验环节（存在实验内容的部分）。而其中在介绍“历史发展过程”和“核心知识讲解”这两个过程往往是相互套嵌进行的，也就是一边讲解历史发展过程，一边讲解当时的物理学家是如何对这些物理知识进行分析总结的。下面以“质点运动学”课程为例进行简单介绍：

    （1）知识框架介绍。介绍质点运动学研究的主要对象：质点、平动、转动。质点的概念是如何被物理学家引入的，平动和转动的区别，现实生活中常见的平动现象和转动现象。

    （2）历史发展过程。古希腊时期开始对物理学中的运动问题进行研究，伽利略时代将物理学研究引入正轨，伽利略对质点运动学的重要贡献以及他为何两次进入罗马遭到截然相反的对待。牛顿对运动学的系统研究，牛顿、胡克、哈雷等人在运动学发展过程中做的贡献以及他们终身的争论。运动学中非常重要的万有引力定律是如何又一个小小的打赌而引起发现的，苹果究竟有没有掉到牛顿的头上。

    （3）核心知识讲解。利用微积分的方法分析质点运动过程中位移、速度、加速度的关系（牛顿早年与胡克的通信内容）;常见的运动是如何进行平动、转动分类的（开普勒如何在谷地的基础之上进行天体运动规律探索）;最常见的一种匀加速运动——自由落体运动（从伽利略的比萨斜塔实验到牛顿三定律的提出）;质点运动学的总规律——牛顿三定律（牛顿出版《自然哲学的数学原理》）。

    （4）物理知识应用。早期知识应用：冥王星的发现（原有行星运动轨道与真实运动轨道的区别）;近代知识应用：莱特兄弟的飞机飞行如何发现牛顿经典力学在高强度引力条件下的局限性、爱因斯坦如何以相对论原理全面超越牛顿经典力学。

    （5）配套实验环节。开展假想实验，要求学生自己收集相关资料，研究自己从多高的高度开始自由落地降落在地面上时会引起骨折。学生要自己收集人体骨骼强度、韧性资料，计算骨骼支撑能力与体重的关系。配套進行木棒（让学生用空笔管代替）捆绑石块从高出下落实验，捆绑石块重量由学生根据自身体重与骨骼关系确定。

    四、课程改革主要创新点

    在《大学物理》改革的过程中，我认为主要的创新点有以下几点：

    （1）突出兴趣引导。兴趣是最好的老师，学生有兴趣学习才能达到最好的教育效果。在《大学物理》授课的过程中，我们利用讲解物理学史的机会，将物理学知识融入一个个小故事之中，娓娓道来，让学生融入其中。在实验环节，突破传统实验，在物理原理知识不变的情况下，设计与学生实际相关的实验，让学生感到做实验的乐趣所在。

    （2）重视过程高于结果。在学生学习的过程中，教师重视学生的学习过程，关注他们在学习时的参与程度，利用学生的兴趣所在把学生的精力牢牢控制在课堂之中，而对于学生根据自身情况所完成的作业、实验，不设置标准答案。重视过程考核，逐步减轻结果考核所占比重。

    参考文献：

    [1]魏巍.高职“大学物理”教学中存在的问题和改革策略[J].科教导刊（上旬刊），2018，（01）：94-95.

    [2]丁兰.高职《半导体器件原理》课程项目式教学改革探索[J].高教学刊，2015，（22）：151-152.

    作者简介：魏巍（1980—），男，河北石家庄人，硕士，副教授，教务处副处长，主要从事电子与液晶显示技术研究。