主动学习导向的大学物理课堂教学改革与实践

杜 允, 袁晓平 

（ 杭州电子科技大学信息工程学院，浙江杭州311305）

[摘  要]文章立足教学对象的实际情况，在超星平台自建了大学物理网络课程(MOOC)，通过“线上”和“线下”的融合，实现了混合式课堂教学模式。该模式摒弃了传统大学物理教学“满堂灌”的弊病，缓和了大学物理课时缩水和教学内容扩容之间的矛盾，推动了基于“六让原则”的教学模式、教学内容、教学方式、教学评价等方面的改革。通过精心的教学内容安排和精巧的教学环节设计，创新了教学模式，实现了讨论式、引导式、讲授式等多种教学方式的相结合，提高了学生学习的兴趣和主动性，提升了课堂教学效果。

[关键词]主动学习；独立学院；教学模式；教学方法

[基金项目]2018年，杭州电子科技大学信息工程学院，浙江省高等教育“十三五”第一批教学改革研究项目“主动学习导向的《大学物理》课堂教学模式改革”（jg20180472）。

[作者简介]杜允（1981- ），女，安徽宿州人，博士，杭州电子科技大学信息工程学院讲师，从事大学物理和大学物理实验教学研究工作；袁晓平（1979- ），女，江苏无锡人，北京师范大学博士，杭州电子科技大学信息工程学院副教授，从事大学物理和大学物理实验教学工作.

[中图分类号]：G 420   [文献标识码]   A    

大学物理是高等学校理工专业的一门重要的基础课程，该课程不仅让同学们掌握物理学本身的理论和方法，而且还能培养创新精神、思维能力以及动手能力，因而它在独立院校应用型人才培养中起着无可替代的作用^[1]。

本文拟对传统教学模式进行改革，从教学内容改革、教学方式改革、教学评价改革等方面，摸索出一套在新时期行之有效的方案，期望能摒弃传统大学物理教学教学模式单一的弊病，提高学生学习主动性，提高课堂教学效果，从而提高大学物理课堂的教学质量，进而使这门老牌课程焕发出新的生机^[2]。本文拟利用“超星”平台完成大学物理MOOC 建设，利用 MOOC 丰富传统课堂教学资源、教学内容，为同学们自主学习提供适合的资源储备。本文拟通过 MOOC 的引入支持大学物理课程的翻转课堂，通过让学生课前提前观看 MOOC 视频、完成 MOOC 中的小测试，在课堂中基于小组学习讨论与真实生活相关联的问题，实现翻转课堂，引导学生自主学习^[3]。本文拟通过弱化共推导，引入实验、生活现象、物理学史、近代物理等教学内容，期望减少物理基础薄弱带来的负面影响，激发学生兴趣，培养学生观察现象、发现问题、解决问题的能力，引导学生能领略到大学物理中“力、热、光、电磁”等内容在现代生活中鲜明的应用实例，潜移默化地让学生认识到大学物理课程的重要性和实用性，提高学生学习大学物理的主动性^[4,5]。最后，随着大学物理教学内容和教学方式的与时俱进，本文拟建立更加合理的评价体系和管理体系，使考核能真正反映学习过程和学生掌握物理知识的水平^[6]。

一、大学物理教学存在的问题及原因分析

大学物理作为高等学校理工专业的一门重要基础课程，目前的教学状况是，学生预习教材看不懂，上课听不懂课下习题不会，学了后面忘了前面，上课不抬头，下课不写作业，还时常缺课^[7]。究其原因主要有以下几个方面：

1.大学物理课程的“高门槛”与学生数理基础薄弱的矛盾。大学物理的课程特点是理论性强、概念抽象、公式繁杂、对学生的高中物理基础及微积分的应用能力要求很高。而独立学院的学生入学成绩比一本、二本的低，物理基础不够扎实，特别是随着“3+X”高考的推进，越来越多学生高考不会选择物理，物理“零基础”的同学越来越多。再有学生大一刚学习微积分，微积分还没理解就用来解决大学物理问题对学生来说更是难上加难。2.大学物理课时缩水和教学内容扩容的矛盾。在独立学院的转型和发展期,大学物理越来越被忽视,课时大量减少，以我院为例，大学物理两学期理论课共计80课时，内容却涵盖了力学、电学、磁学、光学、量子力学和相对论，在较短的教学课时内，经典物理的内容都不能完全讲完，课程内容无法深入，更谈不上引入演示实验、物理学史、近代物理等能引起学生兴趣的扩展内容。3.“主动学习”的要求与“被动学习”的态度的矛盾。对于刚刚经历激烈高考的大学生，他们没有了升学压力，再加上社会上急功近利的风气，使他们对大学物理有畏难厌学情绪，学习很被动^[8]。正如西安交通大学王树国校长所言，“被动的学习毫无意义，在你的心里不会留下任何点滴痕迹，因为你是被动的，根本没有感觉，主动的学习才会融入其中，因为你知道为什么学，你想学，你要学”。4.传统的教学模式难以激发学生的兴趣。除了2020年上学期疫情期间采用线上教学，目前我院大学物理的教学主要采用线下教学，但无论线上还是线下的教学模式都主要以传统讲授法为主，即教师讲、学生听，教师是主角，这种模式虽然在保证教学进度方面占优势，但缺少师生互动、很多概念学生难以领会、忽视了学生作为学习主体的能动作用。5.教学评价体系和学生管理不科学。我院大学物理课程大班化上课，最终成绩主要由平时作业成绩+考试成绩组成，缺乏过程评价、大班化教学再加上学生自觉性差，以至于学生重应试、抄作业、旷课、上课玩手机等现象比较普遍，不能达到学生“学了——学会了——会学了”的教学效果。

针对以上问题及其成因，我们将立足于独立学院学生的实际情况对大学物理课程的教学模式、教学方式、教学内容、教学评价等方面进行改革，期望能创新教学模式，探索新的教学方式和与之相匹配的教学评价、管理体系，从而提高学生学习主动性，提高课堂教学效果，进而提高大学物理课堂的教学质量。

二、教学理念与改革思路

在本次改革过程中，教学理念上我们坚持以学生为主体的“六让原则”，即能让学生自学的让学生自学、能让学生触摸的让学生触摸、能让学生观察的让学生观察、能让学生提问的让学生提问、让学生表达的让学生表达、能让学生思考的让学生思考。

教学思路上我们坚持“线下”和“线上”教学相融合的混合式课堂教学模式，讨论式、引导式、讲授式等多种教学方式相结合，通过教学环节的精巧设计实施以上教学理念、教学模式和教学方式，具体教学环节包括课前平台预习、课堂实验、演示实验、课堂讨论、课堂提问、课堂在线测试等。改革思路具体如图1所示。

图1 教学改革思路简图

三、教学模式的改革

鉴于“满堂灌”教学模式的太过单一，而翻转课堂的教学模式对学生基础和自觉性要求过高，本课程选择了“线下”和“线上”教育相融合的混合式课堂教学模式进行探索和实践。根据学生的水平和特点，我们通过超星平台建设本课程，建设内容主要包括自制视频、习题库建设、课件以及配套习题册习题与答案。视频内容在录制过程中，我们将知识点更加的细分，把每个知识点控制在10分钟左右。鉴于视频为我们自己录制而且视频比较短，后期的修改和维护比较方便，如果某知识点需要修改，重新录制或剪接也很方便。关于习题库建设，因超星平台对主观题存在识别、批改困难，故习题多设计成选择题，但足以满足课堂内容巩固和课堂小测试之用。目前，超星平台能使三本学生特别是高考没有选择物理的那部分同学，利用MOOC及习题库随时随地展开预习、复习、练习等。通过合理的教学设计，我们有效、有度的融合了“线上”和“线下”教育，使课堂有更多时间进行师生面对面交流讨论。

图2 混合式课堂教式学模

“线上”和“线下”结合的教学实施如2图所示，以单缝衍射这一课为例，课前要求学生完成上节课等厚干涉的配套习题并在依据平台自对答案，要求学生通过线上的视频和课件自主学习，对上一次的薄膜等厚干涉内容和本次课程的衍射内容分别进行复习和预习。课堂上，我们首先通过在线测试检测上次课的内容，对课后练习或课堂测试没有掌握的知识，让学生提问，老师负责答疑解惑，然后师生共同对上次课的内容进行总结，让学生进一步深入把握知识点和重难点。其次，通过“线上”学习，学生基本了解了这次课的新内容，特别是对单缝衍射和圆孔衍射的实验现象和结果等有了很直观的认识，会对这些现象提出一些自身感兴趣的问题，比如“单缝衍射形成明暗条纹的条件是什么，怎么划分半波带、为什么级数越大明纹越暗”等。因此，在线下，教师可结合学生的线上学习情况，先对学生提出的问题进行归纳并分类，将提出相近问题的学生归为一组，让每组分析讨论问题的共性，逐步引导学生得出问题的正确解答。在学生一一得出的解答中，教师加以提炼，最后归纳出该节内容的知识点、重难点^[9]。

四、教学内容的改革

“线上”和“线下”教育的融合缓和了大学物理课时缩水和教学内容扩容之间的矛盾，使老师们课堂有时间进行课堂内容的改革。教学内容的改革主要包括以下几个方面：

（一）注重内容巩固与前后衔接　

一周一次大学物理课，学生很容易把上周知识忘记，或者学得片面化、孤立化，因此我们在教学内容上注重巩固复习、衔接过渡，比如上劈尖和牛顿环等厚干涉的学习之前，我们会对上次课的薄膜等倾干涉进行线上课堂测试、提问、讨论进行复习和巩固，然后会问学生为什么叫上面的薄膜干涉为等倾干涉，如此类推等厚干涉怎么定义，然后过渡到当下等厚干涉的内容上来，此课结束的时候，教师引导学生总结劈尖和牛顿环的相同和不同之处，进而对杨氏双缝、等倾干涉和等厚干涉整个干涉内容进行总结，让学生思考这几种干涉形成明暗纹的条件的共同之处在哪里？区别在哪里？整个过程尽量让学生感受到知识的系统化，能让学生总结让学生总结，能让学生思考让学生思考，不越俎代庖。  　

（二）简化公式推导　

教学内容上我们依然坚持按照教学大纲的要求进行教学，但会考虑到学生的具体情况，因材施教，重点培养学生的物理思维能力，对传统的经典物理知识的公式推导进行简化。以薄膜等倾干涉为例，我们重点讲解“为什么形成这种薄膜干涉？形成明暗纹的条件是什么？两束反射光的光程差包括那两项？半波损失造成的光程差什么时候加半个波长？真实的路程造成的光程差具体是图形中哪两段光程之差”，而对光程差的具体公式推导进行简述。

（三）融各种实验到理论教学课堂

一是让每位同学在课堂上直接动手去做实验，自己去触摸，自己观察实验现象、提出问题、解决问题，整个过程学生是学习的主体，学生积极性高。比如讲解单缝衍射内容时，给每个学生两只铅笔，用两只铅笔做狭缝，对着日光灯，学生直接可以观测到实验现象，学生会提出很多问题，比如“看到了什么？怎么看？形成明暗条纹的条件是什么？为什么中间的条纹又宽又亮”，学生对自己观察到的现象和寻找答案很感兴趣，老师引导学生分析问题和解决问题,培养了学生归纳总结物理规律的能力,从而达到良好的教学效果。二是用简单的实物进行演示实验，比如用绳子演示横波、用教室门演示定轴转动。三是采用数字媒体进行实验演示。如果上述实验不方便或者没有条件进行，重点内容或者难于理解的内容，我们尽量采用数字媒体进行实验的演示，比如劈尖干涉、牛顿环干涉就可以用flash动画显示整个干涉过程。演示实验画面感强，方便学生理解物理概念和规律的内涵。

（四）将课程实验与理论教学有机结合

独立学院教师资源比较紧凑，我们大学物理老师同时也是大学物理实验老师，老师们熟悉实验室里的每一个实验，根据我们老师的特色，我们尽量安排两门课程的内容能够同步进行或者实验先一步进行，比如将实验课“声速的测量”与理论课“简谐振动的合成”同步进行，学生在示波器上很容易看到同频率相互垂直的简谐振动合成后的轨迹，容易看到相位差不同轨迹会在正椭圆、斜椭圆、直线变化，而理论课会告诉学生为什么会形成正椭圆、斜椭圆、直线，理论和实验相互补充，让学生既看到现象又了解本质，既培养学生的形象思维又培养学生的抽象思维。

（五）加入物理学史、生活现象与近代物理

以聊天的方式加入一些物理学史^[10]，比如1817年菲涅尔参加法国科学院举办的衍射问题征文大赛，半波带理论备受争议，泊松亮斑的故事，可以活跃课堂，也可以让学生深入体会从实验现象到理论解释是一个曲折的过程，提升学生的学习兴趣，唤起同学的求知欲，让物理学家的思维方式、坚韧执着的精神影响学生，潜移默化的进行思政教学。

我们会引导学生应用课堂所学知识去解释生活中的物理现象，比如怎么解释地球两极美丽的极光现象、怎么解释肥皂泡上的彩色条纹、怎么解释3D电影等等，引导学生能领略到大学物理中“力、热、光、电磁”等内容在现代生活中鲜明的应用实例，潜移默化地让学生认识到大学物理课程的重要性和实用性，提高学生学习大学物理的积极性、主动性。

大学物理经常给学生一种很系统但很老旧的感觉，所以除了在绪论课我们会告诉学生物理有很多新科技之外，在讲到具体章节我们也会尽量加入相关的近代物理，比如在讲带电粒子在电磁场中的运动的时候，引入扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)磁聚焦实现放大的原理，在讲普通光源发光原理的时候引入激光发光的原理，在讲光栅衍射的时候引入X射线衍射(XRD)和低能电子衍射(LEED)的工作原理等等，让学生了解最新最前沿的物理，让我们的大学物理课程焕发新机。

五、教学方式的改革

通过以上教学模式和教学内容的改革，我们实现了讨论式、引导式、讲授式等多种教学方式的相结合。以“单缝衍射、圆孔衍射”这一课为例，多种教学方式具体结合如图3所示。

图3 教学环节中教学方法的应用

这一次课我们设计了课前线上预习、课堂线上测试、课堂实验、课堂讲授等14个教学环节，在不同环节采用了不同的教学方式，充分调动了学生的积极性和主动性，创新了教学模式。

六、教学评价和学生管理方式的改革

教学模式、教学内容、教学方法的改革须有合适的教学评价和学生管理方式与之相匹配才会有所成效，这就需要改变学生传统线下课程的考核评价和学生管理方式。

教学评价方面我们强调过程性，所以平时成绩占比较重，占总成绩40%，笔试占60%。为了利用评价机制的辅助功能更好的把MOOC用起来，平时成绩方面我们强调线上和线下的融合，所以平时成绩包括“线上”自主视频学习、线上测试、出勤、习题册+平时表现四项，分别占平时成绩的15%、15%、30%和40%。通过超星平台，我们可以实时追踪学生线上视频、测试、出勤情况并对学生的学习效果进行分析。另外，超星平台可以自动记录、计算学生的线上各项成绩，允许批量导入线下成绩，也允许老师进行个别修改，老师获得平时成绩方便并可批量下载。

学生管理方面我们坚持“不以规矩，不能成方圆”，我们希望杜绝或者减少学生旷课、上课玩手机、拖拖拉拉的现象，因此，作为上面教学评价考核的补充，学生管理方面我们还有以下几方面的要求：

（1）重罚缺勤。缺课一次平时分扣10分,不设下限，“缓坡式”加分“悬崖式”扣分，并且缺课超过1/3取消本学期考试资格。（2）习题册作业不允许漏交和迟交，少交一次扣5分，迟交一次扣2分。（3）不允许迟到早退，迟到早退一次扣2分。（4）课堂上老师允许的时间以外不允许玩手机，否则没收保留一个礼拜。

关于教学评价和学生管理的具体细节，我们会在第一周公布给学生们，如果有异议，我们允许二周内反馈，合理意见我们会考虑并采纳。

七、教学效果

通过以上教学模式、教学内容、教学方式、教学评价等方面的改革，我们的教学效果得到了明显提高，主要体现在以下几个方面：（1）从学生的课堂反应和问卷调查看，学生认可我们的课堂，上课抬头率高、互动积极，认为我们的线上资源有助于他们预习、复习、巩固等。（2）从学生考试结果看，不管横向与平行班比较还是纵向与改革前班级比较，改革班学生及格率、卷面平均成绩均大大提高。（3）从学生对教师的评价看，学生对教师改革后更加认可。（4）从同行评价看，同行认可，2019年，作为学院公开课之一，我们进行了线上和线下结合的示范教学演示，专家和老师们一致认为，我们授课过程中教学目标明确、重点突出，课堂组织形式灵活，教学方法手段新颖，课堂互动频繁，有效调动了学生课外学习的积极性和课堂教学的参与性，课堂整体氛围好。同年，大学物理课程入选浙江省本科院校“互联网+教学”示范课堂。

八、结论

根据学生的水平和特点，因地制宜，因材施教。我们通过超星平台自建MOOC。以此有效、有度的融合了“线上”和“线下”教育，实现了混合式课堂教学模式。该模式摒弃了传统大学物理教学“满堂灌”的弊病，缓和了大学物理课时缩水和教学内容扩容之间的矛盾，使老师们课堂有更多时间进行教学内容、教学方法的改革。课堂实验、物理学史、近代物理等教学内容的引入或改革，再加上教学环节的精巧设计，以及整个过程能让学生自学的让学生自学、能让学生触摸的让学生触摸、能让学生观察的让学生观察、能让学生提问的让学生提问、能让学生表达的让学生表达、能让学生思考的让学生思考，最终实现了讨论式、引导式、讲授式等多种教学方式的相结合，提高了学生学习的兴趣和主动性，提升了课堂教学效果。而过程性、“线上”和“线下”结合的教学评价机制为以上改革提供了有力的保障和激励约束。

[参考文献]

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［4］ 贾光瑞,秦朝朝.大学物理课堂教学方法探究[J].新乡学院学报.2014,31(6):69-70,73.

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［8］ 张晓波,吴艳,郑莹莹,祝华,崔灿. 基于"四让原则"的大学物理教学改革与实践[J].物理与工程2013年增刊 .2013:162-164.

［9］ 曾显葵.线上与线下的融合——MOOC环境下大学物理课程的教学实践[J].教育观察(上半月).2018,7(11):133-135.

［10］杜允. 如何让大学物理课堂充满生机[J].物理与工程2016年增刊,2016:98-100.

Reform and Practice of Active Learning Oriented College Physics Classroom Teaching 

Yun DU¹, Xiaoping YUAN²

(1. Hangzhou Dianzi University Information Engineering School, Hangzhou, China;2.Hangzhou Dianzi University Information Engineering School, Hangzhou, China)

Abstract:Based on the actual situation of the teaching object, this paper built the College Physics Online Course (MOOC) on the Chaoxing platform, and realized the hybrid classroom teaching mode through the integration of "online" and "offline". This model abandons the disadvantages of traditional college physics teaching, alleviates the contradiction between the shrinking of college physics class hours and the expansion of teaching content, and promotes the reform of teaching mode, teaching content, teaching method and teaching evaluation based on the "six let principle". Through careful arrangement of teaching content and exquisite design of teaching links, the teaching mode is innovated, and the combination of discussion, guidance, teaching and other teaching methods is realized, which improves students' interest and initiative in learning and improves the effect of classroom teaching.

Key words: active learning; independent college; teaching mode; teaching method