大學(xué)物理多元課堂教學(xué)方法的實踐與探索

侯利潔 劉興來 崔文麗 楊 艷 王建邦

(中北大學(xué)理學(xué)院,山西 太原 030051)

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大學(xué)物理多元課堂教學(xué)方法的實踐與探索

侯利潔 劉興來 崔文麗 楊 艷 王建邦

(中北大學(xué)理學(xué)院,山西 太原 030051)

根據(jù)教育部本科專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量評估指標(biāo)體系,要求在課程建設(shè)中,積極改進(jìn)教學(xué)方法與手段,采用啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)方法.本文探討在大學(xué)物理課堂教學(xué)中,根據(jù)不同章節(jié)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生實際,采用上述先進(jìn)的教學(xué)方法以提高教學(xué)質(zhì)量的實踐與探索.通過實踐,有效地轉(zhuǎn)變學(xué)生由接受性學(xué)習(xí)方式到多樣化學(xué)習(xí)方式,同時教師由注入式的教學(xué)行為到啟發(fā)式、討論式的教學(xué),提高大學(xué)物理課堂教學(xué)質(zhì)量.

大學(xué)物理；多元課堂教學(xué)；探索

目前,課堂教學(xué)方法改革[1]是我國高等學(xué)校本科教學(xué)改革最“接地氣”的一環(huán).正如教育部周遠(yuǎn)清所指出的“沒有什么時候比現(xiàn)在對教學(xué)方法改革的要求更為迫切、更為強(qiáng)烈了”“教學(xué)方法的大改革,可能是今后深化教學(xué)改革、質(zhì)量大提高的一個切入點和突破口”.牛津大學(xué)的那句話說得好： “導(dǎo)師在學(xué)生面前噴煙,直到把學(xué)生心里的火把點燃”,課堂教學(xué)中,教師如何“在學(xué)生面前噴煙”,點燃“學(xué)生心里的火把”,把教材中“冰冷的美麗”的知識點,轉(zhuǎn)化為課堂上學(xué)生“火熱的思考”？本文探索靈活運(yùn)用各種教學(xué)方法來提高大學(xué)物理課堂教學(xué)質(zhì)量的實踐與探索.

1 學(xué)生課前預(yù)習(xí)與參與式方法

學(xué)生是否主動參與課堂教學(xué),是保證上課效果的關(guān)鍵.但學(xué)生要主動參與而不是被動接收,關(guān)鍵是要做到課前預(yù)習(xí),帶著預(yù)習(xí)中對教學(xué)內(nèi)容的了解與問題來到課堂,才有可能主動參與老師設(shè)計的各種教學(xué)環(huán)節(jié).對于側(cè)重介紹物理實驗的知識點,學(xué)生通過預(yù)習(xí)可以掌握一部分內(nèi)容,這時采用學(xué)生參與式的教學(xué)方法容易獲得成功.例如,光電效應(yīng)的實驗現(xiàn)象與規(guī)律,學(xué)生對教材[2]上的陳述并不難理解,且學(xué)生有普朗克能量子量子化的概念和相對論的基礎(chǔ),加之?dāng)?shù)學(xué)處理也不復(fù)雜,這時讓學(xué)生上講臺,或簡介本節(jié)主要知識點,或在黑板上提出預(yù)習(xí)中存在的問題,之后教師根據(jù)學(xué)生的陳述或表述,組織課堂討論.討論中教師不必總是站在講臺上面,而站在學(xué)生的旁邊或后面,或聽學(xué)生表述見解,或做學(xué)生的助手,或成全他們陳述想表達(dá)的觀點、看法,不怕這些觀點、看法是否很準(zhǔn)確,不怕這些陳述不十分完整,教師及時的“點撥”,往往能引起學(xué)生們的高度關(guān)注,達(dá)到預(yù)想不到的效果。引導(dǎo)、組織學(xué)生參與課堂教學(xué)時,教師可靈活采用多種方法,一是教師以點名方式組織全體學(xué)生參與討論；二是讓學(xué)生到講臺上回答其他學(xué)生發(fā)問或教師的提問；三是教師挑選出問題,讓學(xué)生自由起立回答；四是教師在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上,補(bǔ)充、點撥與小結(jié)相關(guān)問題的物理思想、物理方法、物理概念與物理規(guī)律.由于預(yù)習(xí)是學(xué)生參與課堂教學(xué)的基礎(chǔ),我?；づc環(huán)境學(xué)院13級一位學(xué)生說“從不預(yù)習(xí)的我逐漸學(xué)會了預(yù)習(xí),或許,這也是我一年來最大的收獲了”.她從切身體會中總結(jié)了預(yù)習(xí)的5點好處:(1)上課不再盲目,做到有的放矢.特別是老師上課方式[3],不預(yù)習(xí)直接聽很費力,效果不佳.(2)預(yù)習(xí)時就找出問題,而后分析研究問題,解決不了的寫在提問紙上[4],后來分析能力也慢慢提高了,大腦里的問號才不會越積越多.(3)提高了能力.一方面是自學(xué)能力,由被動學(xué)到自學(xué)是一個很大的提高,剛開始的一個禮拜的確感到有點吃力,但最后自學(xué)變成了一種習(xí)慣,不預(yù)習(xí)心里就不踏實,與其這樣,干脆選擇提前預(yù)習(xí),讓上課變得快樂一點；另一方面便是提煉能力,兩節(jié)的內(nèi)容要在10分鐘內(nèi)講完,隨便預(yù)習(xí)一下只能照著課本念書,因此語言必須簡煉,不能拖泥帶水.(4)主動預(yù)習(xí)后,課堂積極回答問題,進(jìn)入了一個良性循環(huán),信心增強(qiáng).(5)抓緊了時間,一周23節(jié)大課,所以只能利用周六日的時間來預(yù)習(xí).我校信息工程學(xué)院13級的一位學(xué)生也這樣說：“我認(rèn)為對我影響最大的是預(yù)習(xí).”

2 例題、習(xí)題的討論式方法

除在學(xué)生預(yù)習(xí)基礎(chǔ)上組織學(xué)生參與式教學(xué)方法外,有的教學(xué)內(nèi)容側(cè)重在特定物理過程中理解與應(yīng)用物理知識點,例題與習(xí)題就是這類知識點的典型.圍繞形式化的例題或習(xí)題,可以在課堂上組織學(xué)生討論、爭辯、做答案.例如,在學(xué)習(xí)半導(dǎo)體摻雜能級計算[5]時,有一道習(xí)題是,已知GaAs的相對介電常數(shù)εr=10.4,若取m*=0.07me,me為電子的靜止質(zhì)量,試確定GaAs中施主的電離能.在批改學(xué)生作業(yè)時,發(fā)現(xiàn)學(xué)生就這道題畫出3種不同的原理圖,但3種圖都不規(guī)范.如第一種圖在半導(dǎo)體價帶中未標(biāo)出空穴(價帶不是滿帶),第二種圖是以氫原子結(jié)構(gòu)圖原封不動表示類氫原子(5價原子不同于氫原子),第三種圖是以原子能級圖代替固體能帶圖.我們抓住這個習(xí)題,在上課時請這3位學(xué)生在黑板上分別畫出各自的圖,然后組織全班學(xué)生討論.每張圖有何缺陷？正確的原理圖是什么？通過對3幅圖的討論,教師了解了學(xué)生,學(xué)生了解了自己.我們發(fā)現(xiàn)在課堂討論中,安排一定時間選幾個有代表性解法(無論正確與否)的學(xué)生,到黑板上畫圖或?qū)懝奖硎鏊麄兊南敕ㄅc算法,然后,或讓計算正確的學(xué)生當(dāng)場講解,或組織學(xué)生結(jié)合自己的作業(yè)本討論,哪是正確,為什么？哪是錯誤,為什么(控制好時間,點到為止)？只要問題突出,組織得法,可以說,課堂上學(xué)生的注意力、思維、興趣達(dá)到極至.

3 深度思考與探究式方法

在學(xué)習(xí)原子核的結(jié)合能時有學(xué)生問:一個自由質(zhì)子與一個自由中子結(jié)合成氘核時質(zhì)量數(shù)守恒,如何理解這一過程還有質(zhì)量虧損？這是一個很有深度的問題,按常規(guī)應(yīng)由教師回答,但教師沒有直接回答,而是以師生問答方式組織學(xué)生參與討論.教師首先問什么是質(zhì)量數(shù)？學(xué)生都能回答.接著問什么是質(zhì)量數(shù)守恒？學(xué)生也能從一個自由質(zhì)子與一個自由中子結(jié)合成氘核核反應(yīng)方程中找到答案.什么是質(zhì)量虧損？學(xué)生也能順利地從教材中找到答案.然后問出現(xiàn)質(zhì)量虧損是否質(zhì)量不守恒？教材中已指出如果考慮到一個自由質(zhì)子與一個自由中子結(jié)合氘核時放出的γ光子的動質(zhì)量,此系統(tǒng)反應(yīng)前后總質(zhì)量是守恒的.在此基礎(chǔ)上回到學(xué)生提出的上述問題,引導(dǎo)學(xué)生回顧相對論中靜質(zhì)量、動質(zhì)量、總質(zhì)量的概念,之后告訴學(xué)生注意質(zhì)子與中子的質(zhì)量數(shù)只是靜質(zhì)量的整數(shù)表述,是靜質(zhì)量的近似描述,質(zhì)量數(shù)守恒只表明核反應(yīng)前后核子數(shù)的整數(shù)關(guān)系,而核子質(zhì)量整數(shù)(質(zhì)量數(shù))之外的那一部分,在核反應(yīng)中因核子相互作用而發(fā)生了變化,這一變化就是質(zhì)量虧損的原因,也是核子有無相互作用的表現(xiàn).學(xué)生提出的類似問題還很多,要不要在課堂上組織學(xué)生進(jìn)行探究、能不能組織學(xué)生在課堂上探究呢？我們的看法是,即使在地方院校大學(xué)物理課程層面上,應(yīng)該多給學(xué)生提供探究式學(xué)習(xí)的機(jī)會.理由很簡單,通過學(xué)生自己的思考與實踐,用同樣的方法處理不同的問題,發(fā)現(xiàn)其中的差異并解決之,會起到事半功倍的效果.如在激光原理那一章,介紹了如何描述自發(fā)輻射與受激吸收的概率之后,將受激輻射的概率描述交由學(xué)生來做.學(xué)生說： “我不斷地體驗到了其中的樂趣”.

4 抽象思維與啟發(fā)式方法

廣義的啟發(fā)式是一種教學(xué)原則,以上介紹的參與式、討論式與探究式諸方法中都離不開貫徹啟發(fā)式教學(xué)原則.狹義的啟發(fā)式是一種教學(xué)方法,它也是廣大教師在教學(xué)改革中關(guān)注的教學(xué)方法之一.在大學(xué)物理中不乏需要應(yīng)用幾何、代數(shù)、分析的數(shù)學(xué)語言處理相對抽象的知識點；不乏需要從微觀角度分析宏觀物理現(xiàn)象機(jī)理的知識點；不乏需要從物質(zhì)的不同層次的相互作用、運(yùn)動與結(jié)構(gòu)中來認(rèn)識事物的知識點；不乏需要從在特定物理過程中理解普遍物理規(guī)律的知識點,對這類知識點,教師的講述要相對多一點,講授時間要相對長一些,采用啟發(fā)式教學(xué)法比較合適.例如,磁場安培環(huán)路定理、位移電流假設(shè)、狹義相對論、薛定諤方程、描述氫原子的3個量子數(shù)和晶格振動等內(nèi)容.教師講授多一點并不等于“灌輸”而是在“問中教,教中問”[6]；教師講得多一點并不等于一講到底,而是學(xué)生在“問中學(xué),學(xué)中問”；教師講得多一點并不等于事無巨細(xì),面面俱到而是圍繞核心內(nèi)容,突出重點、分散難點,一切要著眼調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)與探究的積極性.不過,啟發(fā)式最重要的環(huán)節(jié)是提問.例如,一維無限深勢阱問題是量子物理中一個典型問題,求解過程簡單,所采用的數(shù)學(xué)方法也并不復(fù)雜.但為了引導(dǎo)學(xué)生理解一維無限深勢阱[2]模型的提出以及模型的意義,教師問：為什么要將金屬中自由電子的勢能模型化？引導(dǎo)學(xué)生理解教材中先取勢能的平均值然后令勢能平均值為零的理由,以及電子不能輕易逸出金屬(不考慮冷發(fā)射).為了讓學(xué)生把握求解步驟,教師問：為什么要把一維定態(tài)薛定諤方程中Ψ(x)前的常系數(shù)令為k2？為幫助學(xué)生自己破解這一問號,教師指出該方程中數(shù)學(xué)上有將該常數(shù)取平方的理由,當(dāng)學(xué)生已看到該常數(shù)恒為正的性質(zhì)后,教師順勢問為什么只能用k2而不能用別的符號呢？當(dāng)學(xué)生看到非相對論的動量-能量關(guān)系后,他們對這一問題也就明白了,也就容易理解隨后的能量量子化概念了.接下來在由方程的通解求特解過程中,教師問:在由方程的通解求特解過程中,為什么說方程的邊界條件是Ψ(0)=0及Ψ(a)=0?為什么要用歸一化條件確定常數(shù)A等等.同樣采取教師在“問中教,教中問”,學(xué)生在“問中學(xué),學(xué)中問”的方式.教的最終目的應(yīng)該是為了“學(xué)”.有學(xué)生說：“通過一個學(xué)期的鍛煉,漸漸養(yǎng)成了自學(xué)的習(xí)慣,這不僅是知識的獲取過程,更是自主能力培養(yǎng)的過程,學(xué)習(xí)大學(xué)物理的方法同時我也可以運(yùn)用到其他科目的學(xué)習(xí)”.

5 結(jié)語

有師者云:有施教之功,貴在引路,妙在開竅.長此以往“乃為善教者也”.

[1] 教育部高等學(xué)校大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會.關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)基礎(chǔ)物理教學(xué)改革創(chuàng)新的倡議[J].中國大學(xué)教學(xué),2014,(11):4-6.

[2] 王建邦,張旭峰,楊軍,等.大學(xué)物理學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014:120-123.

[3] 侯利潔,劉興來,崔文麗,等.采用多種方法提高大學(xué)物理課堂教學(xué)質(zhì)量的實踐與探索[J]//2014年全國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育學(xué)術(shù)研討會論文集.物理與工程S1,2014:65-66,69.

[4] 楊艷,劉興來,胡俊麗,等.大學(xué)物理教學(xué)中師生一對一問答的實踐與探索[J].物理與工程,2013,23(2):49-50.

[5] 王建邦,趙瑞娟,侯利潔,等.大學(xué)物理解題思路、方法與技巧[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014:187.

[6] 侯利潔,劉興來,崔文麗,等.“教中問、問中教;學(xué)中問、問中學(xué)”的課堂教學(xué)方法的實踐[J].物理與工程,2013,23(1):62-63.

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PRACTICE AND EXPLORATION OF MULTIVARIATE CLASSROOM TEACHING METHODS IN COLLEGE PHYSICS

Hou Lijie Liu Xinglai Cui Wenli Yang Yan Wang Jianbang

(School of Science,North University of China,Taiyuan,Shanxi 030051)

According to the quality evaluation index system of the Ministry of Education about the undergraduate professional talents training,it is required to improve teaching methods and means actively,and use the heuristic,inquiry,discussion,participation type teaching method during the construction of curriculum.This paper discusses how to explore of the foregoing diversity of teaching methods to improve teaching quality in the classroom teaching of university physics,according to the different sections of the teaching contents and students’ practical.Through practice,we try to effectively change the students from reception learning to a variety of learning methods,and change the teachers from the injection teaching type to the heuristic,discussion-based teaching type in order to improve the quality of classroom teaching of university physics.

university physics;multivariate classroom teaching;exploration

2015-03-31

山西省教育教學(xué)改革項目(J213052)，中北大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究項目.

侯利潔，女，講師，主要從事大學(xué)物理及大學(xué)物理實驗教學(xué)研究工作，研究方向為凝聚態(tài)物理.applegirl36@126.com