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        新時代工科大學(xué)物理新課堂模式的探索與實踐*

        2022-05-06 11:19:12周雪楊旭
        智庫時代 2022年19期
        關(guān)鍵詞:物理改革課程

        周雪 楊旭

        (重慶工商大學(xué)人工智能學(xué)院)

        大學(xué)物理課程作為理工科專業(yè)的通識性基礎(chǔ)必修課,幾乎涉及所有理工科專業(yè),是高等院?;A(chǔ)教育的重要組成部分[1-3]。新時代背景下,各項新技術(shù)飛速發(fā)展,對理工科人才的要求也越來越高,當(dāng)代專業(yè)技術(shù)人才的發(fā)展趨勢可以概括為:專業(yè)性更強、應(yīng)用性更強、創(chuàng)新性更強[4,5]。為應(yīng)對時代發(fā)展趨勢,大學(xué)物理教育也要與時代接軌、與專業(yè)接軌,提升專業(yè)特色、應(yīng)用特色和創(chuàng)新特色。目前,傳統(tǒng)大學(xué)物理教育通常存在以下問題:首先,知識的更新速度慢,存在教學(xué)內(nèi)容多年不變的問題,創(chuàng)新性不足;其次,大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容與各專業(yè)的對接不足,對各工科專業(yè)采用同一套教學(xué)內(nèi)容,沒有針對不同專業(yè)進(jìn)行教學(xué)重點內(nèi)容的區(qū)分,專業(yè)針對性不足;此外,傳統(tǒng)大學(xué)物理課程授課主要講授書本知識,通常不會聯(lián)系實際應(yīng)用,導(dǎo)致應(yīng)用創(chuàng)新性不足。針對上述問題,在大學(xué)物理的課程改革中應(yīng)注意授課內(nèi)容的更新、聯(lián)系當(dāng)前的應(yīng)用實際,提升課程的應(yīng)用性、創(chuàng)新性,且還需結(jié)合各專業(yè)的具體需求,對授課側(cè)重點進(jìn)行針對性調(diào)整[6]。

        授課模式方面,大學(xué)物理課程的開設(shè)時間較早,通常從本科一年級下學(xué)期開始,且開設(shè)時間較長,通常分上下冊教學(xué),教學(xué)過程持續(xù)一學(xué)年。這一時期正處于學(xué)生學(xué)習(xí)模式和生活模式從中學(xué)向大學(xué)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期,是學(xué)生培養(yǎng)獨立思維意識、養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)習(xí)慣以及樹立正確價值觀的關(guān)鍵時期[7]。目前,大學(xué)物理的授課通常采用傳統(tǒng)的授課模式,以老師講授為主,授課形式單一,課堂比較枯燥,學(xué)生很容易被游戲、手機等娛樂形式吸引,導(dǎo)致課堂聽課效率較差。為解決這一問題,目前,“對分課堂”“翻轉(zhuǎn)課堂”“多元化課堂”“科教一體化課堂”等多種形式的課堂模式改革正在各大高校進(jìn)行廣泛的探索與研究階段[8-12]。因此,在大學(xué)物理的教學(xué)過程中,進(jìn)行教學(xué)模式改革,改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式,采用互動性教學(xué)模式,提升課堂的趣味性、活躍度,引導(dǎo)學(xué)生積極參與課堂、獨立思考、自主學(xué)習(xí),提升課堂學(xué)習(xí)效率,是大學(xué)物理課程改革的重要目標(biāo)[13,14]。同時,在授課過程中,也可以通過結(jié)合實時熱點、引入榜樣楷模背后的故事,培養(yǎng)學(xué)生的愛國意識和民族自豪感,樹立正確的價值觀。

        一、大學(xué)物理課堂模式改革的重要性

        (一)大學(xué)物理課堂模式改革有利于對培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣

        大學(xué)物理是所有理工科均需開設(shè)的通識性基礎(chǔ)必修課,在本科教學(xué)體系中,大學(xué)物理課程通常在本科一年級下學(xué)期開始開設(shè),持續(xù)一學(xué)年,因此,大學(xué)物理課程具有開設(shè)時間早、課程周期長、學(xué)生受眾廣的特點。大學(xué)物理課程的開設(shè)時間正是學(xué)生學(xué)習(xí)模式和生活模式從中學(xué)向大學(xué)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期,也是學(xué)生培養(yǎng)獨立思維、樹立正確價值觀的關(guān)鍵時期。在中學(xué)的學(xué)習(xí)模式下,同學(xué)們通常不用過多思考,知識點由老師反復(fù)總結(jié)和強調(diào),解題思路比較固定,同學(xué)們通常養(yǎng)成了“按套路做題”的習(xí)慣,缺乏獨立思考的意識;這些問題的苗頭通常都出現(xiàn)在本科一年級至二年級階段,故本科初期對于學(xué)生思維模式的轉(zhuǎn)變與良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成至關(guān)重要。因此,充分利用大學(xué)物理課堂時間,對課堂模式進(jìn)行改革探索,提升課堂活躍度、參與度,這對學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)至關(guān)重要。

        (二)大學(xué)物理課堂模式改革有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

        大學(xué)物理課程包含了力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、原子物理及量子力學(xué)基礎(chǔ)等多學(xué)科的基礎(chǔ)內(nèi)容,知識覆蓋范圍廣,是學(xué)生打基礎(chǔ)的關(guān)鍵課程。然而,許多同學(xué)進(jìn)入大學(xué),沒有了高中老師和家長的催促,產(chǎn)生了懈怠心理,加之現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)直播、短視頻、自媒體等娛樂形式發(fā)展迅速,年輕人很容易沉迷于游戲、手機當(dāng)中,對學(xué)習(xí)失去興趣。傳統(tǒng)的授課過程只關(guān)注知識的講授,比較枯燥,學(xué)生的注意力容易分散,學(xué)習(xí)積極性不高。因此,針對大學(xué)物理課程教學(xué)過程中通常存在的授課形式單一、填鴨式教學(xué)、課堂不活躍、授課效率較低等問題,在大學(xué)物理授課過程中,進(jìn)行課堂模式改革,改變傳統(tǒng)的課堂模式,在知識的講授過程中,穿插時事熱點、人物事跡、前沿技術(shù),充分利用新聞、短視頻等靈活的授課形式,實現(xiàn)“寓教于樂”,可以充分活躍課堂氣氛,提高學(xué)生的課堂積極性與參與度,對加強知識的理解、提升授課效果具有促進(jìn)作用。同時,也可以提升同學(xué)們的責(zé)任感和使命感,讓同學(xué)們主動學(xué)習(xí),增強學(xué)習(xí)的自主性,提升課堂學(xué)習(xí)效果。

        (三)大學(xué)物理課堂模式改革有利于促進(jìn)學(xué)生的專業(yè)知識的學(xué)習(xí)

        大學(xué)物理課程涵蓋了大部分物理學(xué)的基礎(chǔ)知識,理工科學(xué)生學(xué)好大學(xué)物理,對后續(xù)專業(yè)課程和知識的學(xué)習(xí)和理解有很大的幫助。例如機械專業(yè)的學(xué)生,大學(xué)物理的力學(xué)、熱學(xué)部分是后面專業(yè)課程的基礎(chǔ);通信、測控專業(yè)的學(xué)生,大學(xué)物理中的電磁學(xué)部分是專業(yè)知識的基礎(chǔ)。因此,對大學(xué)物理課堂模式進(jìn)行改革探索,提升大學(xué)物理的學(xué)習(xí)效率,對各工科專業(yè)的專業(yè)知識學(xué)習(xí)具有促進(jìn)作用。

        二、大學(xué)物理課堂模式改革的方案探索

        (一)注重課堂教學(xué)內(nèi)容的拓展,塑造創(chuàng)新課堂

        由于大學(xué)物理的知識點復(fù)雜、繁多,傳統(tǒng)的大學(xué)物理課堂授課內(nèi)容通常固定乏味、一成不變,大都以書上的知識點為主,有時甚至數(shù)年不進(jìn)行知識的更新、拓展。學(xué)生聽起來都是物理的理論原理,會感到枯燥,容易失去學(xué)習(xí)興趣。而實際上,很多最新科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都是基礎(chǔ)物理原理的應(yīng)用和創(chuàng)新,因此在授課時,對課程內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊辏Y(jié)合對應(yīng)的物理知識引入最新的科技發(fā)展和創(chuàng)新技術(shù),不但可以提升課堂效果,還可以開拓學(xué)生的眼界,提升學(xué)生的科學(xué)視野。因此,在課堂授課過程中,緊密聯(lián)系當(dāng)前的時事熱點,讓學(xué)生了解最新的技術(shù),以提升課堂吸引力、學(xué)生參與度,提升課堂學(xué)習(xí)效率。例如,在講授力學(xué)部分質(zhì)點動力學(xué)時,會分析航天器的三種宇宙速度,這里可以聯(lián)系我國目前的航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,比如2021年,我國神舟十二號載人飛船順利發(fā)射,將聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員送入太空,其運載火箭長征二號F遙十二運載火箭在此前基礎(chǔ)上共進(jìn)行了109項技術(shù)狀態(tài)更改,將可靠性從指標(biāo)要求的0.97提升到0.9894,再次刷新了自身紀(jì)錄,這背后是無數(shù)航天工作者們辛勤的汗水和努力。同時,這里可以結(jié)合“對分課堂”“翻轉(zhuǎn)課堂”等創(chuàng)新課堂模式,將知識點介紹完成后,通過神舟十二號載人飛船的順利發(fā)射,引出三種宇宙速度,給學(xué)生充分的時間自主學(xué)習(xí)、推導(dǎo)三種宇宙速度,引導(dǎo)學(xué)生們進(jìn)行自主思考、探索,也可以通過短視頻、微視頻,讓同學(xué)們在較短的時間內(nèi)了解航天技術(shù),航天科技的發(fā)展離不開物理學(xué)知識和工程技術(shù)的發(fā)展,很多學(xué)生們看起來炫酷的科技,都是以物理理論作為基礎(chǔ)的,只有學(xué)好物理,打好基礎(chǔ),才能在以后的專業(yè)學(xué)習(xí)和技術(shù)應(yīng)用中取得突破。讓學(xué)生們意識到基礎(chǔ)知識的重要性,使學(xué)生們熱愛物理,以扎實的物理知識為基礎(chǔ),尋求突破創(chuàng)新。

        (二)梳理各專業(yè)的教學(xué)側(cè)重點,塑造專業(yè)課堂

        目前,許多學(xué)校的大學(xué)物理課程是統(tǒng)一授課,不同專業(yè)、不同班級不做區(qū)分,這給授課和考核帶來了便利,但是對不同專業(yè)的學(xué)生對后續(xù)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)是不利的。大學(xué)物理作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)課程,包含了力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、原子與分子物理、量子物理基礎(chǔ)等多種物理學(xué)科的基礎(chǔ)知識,是各專業(yè)學(xué)生進(jìn)行后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。然而,不同的專業(yè)所需的基礎(chǔ)物理知識并不相同,比如通信專業(yè)學(xué)生可能對電磁學(xué)、光學(xué)部分的知識要求較高,才能較好的學(xué)習(xí)后續(xù)信號處理方面的知識,而機械類專業(yè)的學(xué)生可能對力學(xué)、熱學(xué)部分的知識要求比較高,統(tǒng)一的授課標(biāo)準(zhǔn)和模式無法滿足各學(xué)科專業(yè)的專業(yè)需求。因此,針對授課班級專業(yè),適當(dāng)梳理大學(xué)物理的授課側(cè)重點,對專業(yè)學(xué)習(xí)需要的知識加強學(xué)習(xí),為專業(yè)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ),塑造更專業(yè)的大學(xué)物理課堂。

        (三)聯(lián)系當(dāng)前技術(shù)及研究熱點,塑造應(yīng)用課堂

        在課堂授課過程中,應(yīng)聯(lián)系最新的技術(shù)和應(yīng)用,使學(xué)生們了解物理,熱愛科學(xué),引導(dǎo)應(yīng)用型創(chuàng)新課堂模式??梢越Y(jié)合“科教一體化”教學(xué)模式,將我國最新的科學(xué)技術(shù)及重大應(yīng)用引入課堂,讓學(xué)生了解知識點的應(yīng)用和科技發(fā)展之間的關(guān)系。例如,在講授光學(xué)圓孔衍射部分時,可以引入我國“天眼”技術(shù),“天眼”直徑500米,是目前世界最大的單口徑射電天文望遠(yuǎn)鏡,可接收110億光年外的微弱信號,是我國在天文、航天領(lǐng)域的重大突破。那么,為什么要建造如此“大”的望遠(yuǎn)鏡呢?這就取決于光學(xué)儀器的分辨率,學(xué)習(xí)了圓孔衍射知識后,同學(xué)們就會知道光學(xué)儀器的分辨率,與儀器的孔徑成正比,與光波的波長成反比。因此,在進(jìn)行天文觀測時,為提高分辨率,可以采用孔徑很大的望遠(yuǎn)鏡,這也是我國“天眼”口徑大的原因。這樣,先由科學(xué)技術(shù)應(yīng)用,讓同學(xué)們了解科學(xué)、了解應(yīng)用,再引入問題,引導(dǎo)學(xué)生自主思考、討論、學(xué)習(xí),最后由老師揭曉答案,講解相關(guān)知識點。采用這樣的教學(xué)模式后,學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯提高,課堂效果也明顯變好。同時,在授課過程中要注重理論聯(lián)系實際,在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)膽?yīng)用拓展,塑造以應(yīng)用為導(dǎo)向的大學(xué)物理課堂。

        (四)豐富授課形式與授課手段,塑造活躍課堂

        當(dāng)代各項網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展,學(xué)生的娛樂方式更加多樣化,給高等教育帶來了新的挑戰(zhàn)。但同時,這也是新的機遇,高等教育過程中,授課過程可以充分利用這些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段,讓課堂模式更加多樣化、更具吸引力。授課過程中,可以利用短視頻、微視頻等方式,將科技進(jìn)展、名人事跡、科學(xué)原理等在較短的時間內(nèi)展示給學(xué)生,尤其是一些物理原理比較復(fù)雜、難懂的知識點,口述很難讓學(xué)生理解,比如波動光學(xué)部分光的衍射的相關(guān)知識,書本上的推導(dǎo)和老師的講授很難讓同學(xué)們對光的衍射有透徹的理解,傳統(tǒng)的授課方式中甚至很多同學(xué)到期末考試復(fù)習(xí)時對光的衍射都不理解。這里,就可以采用短視頻的形式,對知識點進(jìn)行視頻的講解,配合圖像的原理剖析,能讓學(xué)生們對知識點一目了然,有直觀的認(rèn)識,對知識的理解和學(xué)習(xí)十分有幫助。同時,在授課過程中,也可以利用移動客戶端、群組分組討論、知識問答、問卷調(diào)查等多種形式,與學(xué)生互動探討,比如,遇到重點難點知識,可以及時開展知識問答、問卷調(diào)查,了解學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的掌握情況,以便及時調(diào)整課程內(nèi)容和課程進(jìn)度。在應(yīng)用性較強的知識點或易于發(fā)散探討的知識點,可以開展分組討論、知識調(diào)研,引導(dǎo)學(xué)生自主探索、學(xué)習(xí),豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容,拓展科學(xué)視野,提升學(xué)習(xí)興趣。與傳統(tǒng)的講授方式相比,這些方式可以提升學(xué)生的課堂參與度,活躍課堂氛圍,拓展學(xué)生的知識面,塑造活躍課堂。

        三、大學(xué)物理課堂模式改革的實施效果分析

        (一)課堂模式改革后學(xué)生成績顯著提高

        以重慶工商大學(xué)的大學(xué)物理授課為實例,我們進(jìn)行了對比研究。在19級機械自動化專業(yè)的大學(xué)物理下冊課程授課中未進(jìn)行課堂模式改革,采用了傳統(tǒng)的講授式課堂授課方式,而在20級自動化專業(yè)的大學(xué)物理下冊的課程中實施了課堂模式探索和改革,并對兩個教學(xué)班級的課堂情況進(jìn)行了對比分析。首先,由于大學(xué)物理下冊主要內(nèi)容為電學(xué)和光學(xué)部分,物理知識相對復(fù)雜枯燥,19級機械自動化專業(yè)的學(xué)生在課堂中注意力相對不夠集中,課堂活躍度和學(xué)習(xí)的積極性較差,而實施了課堂模式改革的20級自動化專業(yè)的大學(xué)物理課堂更活躍,學(xué)生注意力更集中,學(xué)習(xí)積極性相對較強。圖1所示為兩個班級的期末課程成績對比圖。如圖1所示,從期末成績來看,實施課程模式改革后20級的課程通過率提升約6.9%,平均分提高5.08分,說明,課堂模式改革后確實能夠提升課堂效率,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

        圖1 課堂模式改革前后大學(xué)物理課程成績對比

        (二)課堂效果更好,學(xué)生參與度提升

        我們也對開展課堂模式改革的20級自動化專業(yè)學(xué)生的課堂感受進(jìn)行了問卷調(diào)查,結(jié)果顯示,96.8%的同學(xué)感覺課堂模式改革后課堂效果更好,通過大學(xué)物理課程,學(xué)生們拓寬了知識面和科學(xué)視野,課程的參與度和活躍度更強,學(xué)生們覺得課程有意思,學(xué)習(xí)積極性也有所提升,這也是課程通過率提升的主要原因。總體上講,課堂模式改革后,學(xué)生對大學(xué)物理課堂的滿意度更高,授課效果更好。

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