馬 晴，李耀宗，華雪俠

（咸陽師范學院 物理與電子工程學院，陜西 咸陽 712000）

大學物理是理工科非物理專業(yè)的基礎(chǔ)課程，它不僅為學生學習專業(yè)知識奠定學科基礎(chǔ)，還使學生在科學素養(yǎng)、探究性學習能力和創(chuàng)新思維等方面得到培養(yǎng)。錢彥等在對中美高等教育物理課程教學的對比和啟迪研究中提到，目前國內(nèi)大學物理的教學目標、課程設置、教材內(nèi)容與結(jié)構(gòu)、教學方法、考核方式等與教育發(fā)達國家相比還存在很多問題。[1]如果嚴格按照教學大綱的目標實施教學，固有模式使學生不能很好地與現(xiàn)代科技聯(lián)系在一起自主學習；理論教學與實驗教學的分離，會導致學生的動手能力欠缺；教材內(nèi)容按力、熱、電磁、光、近代物理的傳統(tǒng)分類，在經(jīng)典理論所占比例較大的情況下，不利于物理學與其他學科之間的交叉，容易形成大學物理學“無用”的錯覺。

隨著科學技術(shù)和社會發(fā)展的進步，在應用型人才培養(yǎng)模式的大背景下，對大學物理課程教學的改革、思考、探究等從未間斷，文獻[2-14]對目前大學物理教學現(xiàn)狀（生源質(zhì)量、教學大綱、教材內(nèi)容、教學手法、課時量、學生學習積極性、社會就業(yè)等方面）進行了剖析，呼吁大學物理教學必須大膽革新，優(yōu)化和調(diào)整教學模式和教學方法。馮林等[3]認為批判性思維教學可以促進學生的全面發(fā)展，趙言誠等[4]從作業(yè)的自主設計入手，避免了學生抄襲作業(yè)的現(xiàn)象的發(fā)生，同時也可回避70%與高中相似的物理內(nèi)容，使學生感覺到大學與中學在物理問題分析方法和表述的區(qū)別，并提出教師要轉(zhuǎn)變觀念，改變教學模式和教學方法，最大限度的發(fā)揮大學物理的作用。

“問題驅(qū)動”法教學是以學生為中心，以教師引導學生解決問題為主線的教學模式，極大地發(fā)揮了學生的主觀能動性。針對目前的大學物理教學現(xiàn)狀，為保證教學質(zhì)量，最大限度地激發(fā)學生的學習興趣，充分調(diào)動學生學習的積極性，培養(yǎng)學生探究性學習習慣，實現(xiàn)應用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標。筆者結(jié)合咸陽師范學院大學物理課程教學的實際，在教學模式、教學方法、教學手段及教學內(nèi)容方面進行改革探索，將“問題驅(qū)動”法運用在大學物理的教學過程中，通過多年教學實踐，發(fā)現(xiàn)學生學習大學物理的積極性、興趣、自主性、社會適應性等均有明顯提高。

1“問題驅(qū)動”法教學及其特點

課堂教學是教學的主要形式，所以將課堂教學方法的改革作為教學改革的重點之一，并借鑒國內(nèi)外多所大學和學院相關(guān)課程的教改經(jīng)驗，[5-7]發(fā)現(xiàn)“問題驅(qū)動”法教學能較好地適應學生實際及大學物理課程的特點。

“問題驅(qū)動”法教學以客觀問題為主線，按照提出物理問題、構(gòu)建物理學基本概念和模型、設計解決問題途徑、引導學生解決問題運用合理的方法、并總結(jié)出物理學基本規(guī)律的順序?qū)嵤┙虒W。其特點是：（1）“問題驅(qū)動”法中教師圍繞解決實際問題組織教學，讓學生在完成問題的過程中學習新知識和新技能，培養(yǎng)學生的綜合能力；（2）“問題驅(qū)動”法教學的目標明確，內(nèi)容實用，能使學生感受到學有所用；（3）“問題驅(qū)動”法教學可以提高學生的主動參與意識，激發(fā)學生學習興趣。

2“問題驅(qū)動”法教學設計

為實現(xiàn)大學物理課程的教學目標，要求教師必須轉(zhuǎn)變教學理念，從傳統(tǒng)的以“知識”為主要目標的教學理念向以“能力”為主要目標的教學理念轉(zhuǎn)變。教師在課堂教學中要營造物理學探究問題的情景，讓學生體驗物理學發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題的過程，使學生了解物理學與自然、生活、社會發(fā)展的關(guān)系。根據(jù)大學物理課程的特點和課程教學面臨的困難，筆者經(jīng)過多年的教學研究與實踐，在課堂教學中應用“問題驅(qū)動”法教學。為了有效提高教學效果，特提出如下原則：

（1）在生活實際、生產(chǎn)實踐、物理現(xiàn)象、科學實驗等學生熟悉或?qū)W生感興趣的領(lǐng)域中，發(fā)現(xiàn)和總結(jié)與課程教學內(nèi)容密切相關(guān)的問題，如熱學中的相變——雨滴的形成過程。

（2）從普遍性的問題導入教學單元及各章的教學內(nèi)容，以較具體的問題導入各節(jié)次的教學內(nèi)容。通過問題使學生了解教學單元及章、節(jié)的研究目的和任務。如拉車、騎車、汽車在路上行駛等力學問題，引入力與運動及其關(guān)系。

（3）以問題的準確化、簡單化導入章節(jié)內(nèi)容涉及的概念與模型。如點電荷、質(zhì)點、剛體、彈性體、流體等理想模型。并概括出物理學模型既可以是系統(tǒng)對象模型，也可以是過程或條件模型。

（4）圍繞物理問題的表述導入數(shù)學方法。如不同形狀的帶電體產(chǎn)生電場與點電荷產(chǎn)生電場的關(guān)系等問題。在物理學研究中，注意實驗、歸納、推理演繹、對稱性、類比、假設與猜想等方法的特點、區(qū)別及應用條件，從而體現(xiàn)出方法論在物理學探究中的獨特地位。

（5）針對不同的物理現(xiàn)象，設計不同層次的探究形式，如討論、提問、設疑等中間環(huán)節(jié)，最大限度地讓學生參與到教學過程中，獲得探索、失敗、成功的情感體驗，體現(xiàn)學生在教學過程中的主體地位，如落體偏離、摩擦力產(chǎn)生原因等問題的討論。

（6）根據(jù)解決問題時提出的限制條件，明確所得結(jié)論（規(guī)律或公式）的適用范圍和條件。如能量均分定理、牛頓運動定律等。物理學規(guī)律及表達形式均有一定的適用范圍和使用條件，這往往使學生不能通過有效分析解決實際問題，教師應在教學中重視這一現(xiàn)象。

（7）以例題體現(xiàn)物理學規(guī)律的應用及意義。如消防員將不同半徑壓扁的圓柱帶子從有傾角的斜坡上滾下并自動解開會與哪些因素有關(guān)？帶子全部展開需要的時間與什么有關(guān)？生動、具體、趣味、實用性的例題，能激發(fā)學生對物理學規(guī)律探究的欲望，加深對物理學規(guī)律的理解，體驗物理學規(guī)律的實用性與意義。

（8）以課堂訓練檢測學生對教學內(nèi)容的掌握程度，如通過課后思考題的分組討論，教師可了解學生對教學內(nèi)容的掌握程度，了解學生的知識水平及差異，有利于因材施教。

（9）以新問題導入下一節(jié)課的內(nèi)容，布置預習任務及作業(yè)題。為了提高課堂教學的效率，克服教學課時不足的實際情況，督促學生課后預習非常必要，同時也培養(yǎng)了學生的自主學習習慣。

3“問題驅(qū)動”法教學的實施案例與分析

下面以靜電場能量1節(jié)教學為例，介紹“問題驅(qū)動”法教學的具體實施步驟。該節(jié)教學目標是掌握靜電場的能量分布及其探究方法，為導入主要內(nèi)容首先設計了“真空中帶電體系中相互作用勢能分布于哪里？”的問題。計算真空中兩個點電荷系統(tǒng)的勢能，它應等于將一個點電荷從無限遠處移到系統(tǒng)中電場力做功的負值，即

顯然，當q1,q2一定時，We與r有關(guān)，可見這個能量存在于點電荷外部的電場中。當r改變，空間電場分布發(fā)生變化，導致電荷之間的相互作用勢能也隨之改變，所以電場能量分布在電場之中。

一個例子不足以得到普遍性的結(jié)論，再來分析真空中均勻帶電球面的電場能，它應是將無限分散的電荷均勻聚集在半徑為r的球面上外力克服電場力做的功，即

此處r為均勻帶電球面的半徑，電場分布在球外空間。r變小，說明電場分布區(qū)域變大，反之，r變大，電場分布區(qū)域變小，仍然說明電場能與電場分布的空間相關(guān)，隨電場分布的變化而改變。

當r→0時，均勻帶電球面模型轉(zhuǎn)化為點電荷模型，（1）（2）兩式所得結(jié)論一致。

既然電場能存在于電場之中，為進一步探索電場能量分布遵從的規(guī)律，那么“靜電場能量分布規(guī)律與電場分布存在什么關(guān)系？”即要探討能量密度與電場強度的關(guān)系。為計算方便，以學生較為熟悉的平行板電容器中的均勻電場為例，在真空的情況下，引導學生計算平行板電容器充電后存儲的電能，即電源移動電荷克服電場力做的功，可得

為了揭示電場能量密度與電場強度的關(guān)系，進行變量代換，即用電場強設E及電容器極板間體積V為變量，則得

因為電容器存儲的電場能存在于電容器兩極板之間的電場之中，且為均勻分布，則能量密度為：

式（5）再次表明，電場能不僅分布在電場中，而且電場能的分布規(guī)律與電場的分布規(guī)律密切相關(guān)。上述結(jié)論是否具有普遍性？可以再計算均勻帶電球面產(chǎn)生的非均勻電場的能量密度加以驗證，從而將由特殊電場分布得出的結(jié)論推廣到一般情況。另外，以能量密度這個物理量為對象進行討論，一方面使學生看到，能量密度不僅是計算靜電場能的一種方式，更揭示出電場的物質(zhì)性，從而加深對靜電場的認識。

對于電介質(zhì)中的靜電場的能量密度問題，仍然可以仿照上述過程，通過類比方法得出

此結(jié)果還可推廣到任意電場分布及時變電場。正是因為電場具有能量，地面才能接受到太陽輻射的能量，植物才能進行光合作用。

綜上所述，該節(jié)課在兩個具體問題的引導下，通過特殊電荷分布模型，計算了電場能及能量分布關(guān)系，給出了電場能的分布區(qū)域后與電場的關(guān)系。既給出了電場能量的定量計算方法，也說明了其物理本質(zhì)，在問題的解決過程中也體現(xiàn)出物理學認識物質(zhì)世界的基本方法。同時在教學過程中，營造了發(fā)現(xiàn)和探究物理問題的情景，培養(yǎng)了學生解決物理問題的能力，體現(xiàn)了以學生為主體、以教師為主導的教學理念。

4結(jié)論

“問題驅(qū)動”法教學就是通過精心設計的各類問題，可使新教學內(nèi)容的導入合理、自然，激發(fā)學生的學習興趣。由于教學活動在不同層次問題的驅(qū)動下，基本圍繞解決問題分階段、分步驟進行，研究目標明確，引導學生主動思考，從而降低了學習難度，提高了課堂學習的積極性。

“問題驅(qū)動”法教學的基礎(chǔ)是發(fā)現(xiàn)和提出問題，由于大學物理課程教學內(nèi)容與生活實踐、自然現(xiàn)象、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系密切，只要在已有知識的基礎(chǔ)上勤于思考、善于類比，不難找到與各章、節(jié)內(nèi)容相適應的問題?！皢栴}驅(qū)動”法教學的實施過程也是問題的探究過程，通過客觀問題的提出、建立對立模型、具體分析、選擇實施方案，最終獲得解決的過程。在此過程中，培養(yǎng)學生探究性學習習慣，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。在“問題驅(qū)動”法教學的基礎(chǔ)上，如果配以實際演示、電腦模擬和多媒體課件等多種教學手段，可大大增加學生對物理規(guī)律的直觀認識，增大課堂教學的信息量，有利于教學效率的提高和教學效果的進一步改善。

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