與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合的工科大學(xué)物理小班化探索

李文萍， 李　華， 吳　堅(jiān)

(北京航空航天大學(xué) 物理科學(xué)與核能工程學(xué)院， 北京 100083)

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與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合的工科大學(xué)物理小班化探索

李文萍， 李華， 吳堅(jiān)

(北京航空航天大學(xué) 物理科學(xué)與核能工程學(xué)院， 北京 100083)

摘要：針對(duì)工科大學(xué)物理在小班化進(jìn)程中的師生角色轉(zhuǎn)換和課時(shí)不足等問(wèn)題，分析了教師角色、教學(xué)內(nèi)容和模式，并結(jié)合高校培養(yǎng)目標(biāo)，從物理理論和實(shí)驗(yàn)的關(guān)系著手，提出一種將兩者融為一體的課程模式，經(jīng)由多角色教師團(tuán)隊(duì)、“全”和“精”的教學(xué)內(nèi)容和開(kāi)放的教學(xué)模式，搭建起理論和實(shí)驗(yàn) “承上啟下”的橋梁。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的具體實(shí)踐表明，這種小班化教學(xué)效果明顯。

關(guān)鍵詞：小班化教學(xué)； 大學(xué)物理； 物理實(shí)驗(yàn)； 多角色； “新”教師； 開(kāi)放體系

一、引言

在全球化的今天，要實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)，就必須大力發(fā)展高等教育，通過(guò)建設(shè)世界一流大學(xué)來(lái)不斷提升國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力，通過(guò)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才和產(chǎn)出原創(chuàng)性成果來(lái)增強(qiáng)國(guó)家硬實(shí)力和軟實(shí)力。現(xiàn)在在校的大學(xué)生是未來(lái)真正沖刺實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)的一代人，提高他們的創(chuàng)新水平和綜合素質(zhì)是當(dāng)前高等教育的基本目標(biāo)。物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運(yùn)動(dòng)形式、相互作用的自然科學(xué)。它的基本理論滲透在自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，是其他自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。以物理學(xué)基礎(chǔ)為內(nèi)容的大學(xué)物理課，是高等學(xué)校各專業(yè)學(xué)生一門重要的必修基礎(chǔ)課。工科大學(xué)物理在培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立科學(xué)的世界觀、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)等方面，具有其他課程不可替代的重要作用。

為了保證物理理論的思想性、邏輯嚴(yán)密性、準(zhǔn)確性和系統(tǒng)性，工科大學(xué)物理內(nèi)容多、任務(wù)重，是一門比較難教也難學(xué)的課程。眾多物理教學(xué)工作者在實(shí)踐教學(xué)中不斷總結(jié)，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式上都取得了很大的進(jìn)展。[1—4]然而，近幾年隨著社會(huì)的發(fā)展和大學(xué)生數(shù)量的增加，工科大學(xué)物理課堂上學(xué)生人數(shù)偏多，很難實(shí)現(xiàn)大范圍的師生互動(dòng)，從而影響了工科大學(xué)物理的教學(xué)效果。蓬勃發(fā)展的小班化教學(xué)逐漸成為工科大學(xué)物理工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。小班化教學(xué)更能適應(yīng)素質(zhì)教育的深入開(kāi)展，在培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)性以及創(chuàng)新和實(shí)踐能力方面，有著大容班級(jí)無(wú)可比擬的優(yōu)越性。因此，小班化教學(xué)不僅在中國(guó)小學(xué)和中學(xué)的素質(zhì)教育中發(fā)揮著重要作用，而且在大學(xué)專業(yè)課中蘊(yùn)含著強(qiáng)大的生命力。[5—6]然而，工科大學(xué)物理與大學(xué)階段的專業(yè)課在課程特點(diǎn)、學(xué)生群體、師資力量和培養(yǎng)目標(biāo)上都不盡相同，很難直接借鑒大學(xué)專業(yè)課在小班化教學(xué)中積累的經(jīng)驗(yàn)。另外，作為校級(jí)公共課，工科大學(xué)物理在小班化進(jìn)程中面臨嚴(yán)峻的課時(shí)不足的問(wèn)題。

二、工科大學(xué)物理小班化教學(xué)

就教學(xué)的形式而言，小班化是指按學(xué)生人數(shù)較少的教學(xué)班組織教學(xué)。[7]小班化教學(xué)是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家普遍推行的一種教學(xué)組織形式。20 世紀(jì)80 年代，美國(guó)部分州開(kāi)展了縮小班級(jí)規(guī)模的實(shí)驗(yàn)。從小班化教學(xué)內(nèi)涵來(lái)看，其本質(zhì)特征是教學(xué)面向不同的學(xué)生個(gè)體，其教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)均圍繞學(xué)生個(gè)體發(fā)展而組織開(kāi)展。[8]因此，小班化教學(xué)的本質(zhì)不是課堂學(xué)生數(shù)量的簡(jiǎn)單減少，而是學(xué)生能力質(zhì)的飛躍。

工科大學(xué)物理不僅包含嚴(yán)密的理論體系，也涉及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及后續(xù)出現(xiàn)的新現(xiàn)象和新問(wèn)題研究。與專業(yè)課相比，物理更加偏重于理論，有著更為完整的理論體系；同時(shí)它又是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，與數(shù)學(xué)等純理論課相比，更側(cè)重于實(shí)際問(wèn)題、現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用等。因此，在大學(xué)物理小班化教學(xué)中既要花大力氣抓基本理論和概念，又要重視學(xué)生科技動(dòng)手、物理思維和創(chuàng)新素質(zhì)等的培養(yǎng)，對(duì)任課老師提出了更高的要求。工科大學(xué)物理的學(xué)生群體人數(shù)多、專業(yè)雜，專業(yè)涉及機(jī)械、材料、電子和自動(dòng)化等，要真正實(shí)現(xiàn)小班化的教學(xué)效果，教師需要根據(jù)教學(xué)的主體，即學(xué)生的特點(diǎn)具體把握。工科大學(xué)物理班級(jí)人數(shù)過(guò)多，不少于100人，要在學(xué)生眾多的課堂上實(shí)現(xiàn)小班化教學(xué)效果，是很難實(shí)現(xiàn)的。

工科大學(xué)物理教學(xué)要實(shí)現(xiàn)真正意義上的小班化，第一需求是大量適應(yīng)小班化教學(xué)的“新”教師。小班化教學(xué)中，雖然學(xué)生是教學(xué)的主體，但教師作為學(xué)生的組織者和引導(dǎo)者，對(duì)于小班化教學(xué)效果的實(shí)現(xiàn)與否至關(guān)重要。過(guò)去的課堂，大多數(shù)時(shí)候老師的角色是演員，學(xué)生是觀眾。學(xué)生上課時(shí)印象很深，但課后印象變淡，考試一完很快就忘。現(xiàn)在，學(xué)生是演員，教師則扮演著導(dǎo)演、編輯、演員和評(píng)論家等多個(gè)角色。扮演多角色的教師需選擇素材和表演手法來(lái)指導(dǎo)學(xué)生多次實(shí)地演練評(píng)估，學(xué)生素質(zhì)才能不斷提高最終獲得質(zhì)的飛躍。傳統(tǒng)教師作為演員，有著基本不變的劇本，很快就會(huì)成為“一部電視劇”的名角。小班化教學(xué)，教師不僅要演好“多部電影”的導(dǎo)演、編輯、演員和評(píng)論家等角色，而且需根據(jù)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)角色轉(zhuǎn)換。小班化教學(xué)后對(duì)教師提出了更高的要求，既使是經(jīng)驗(yàn)豐富的大學(xué)物理教師也不能保證在短期內(nèi)能夠勝任“新”教師的角色，再加上小班化進(jìn)程對(duì)教師的需求數(shù)量猛增，培養(yǎng)適應(yīng)小班化教學(xué)的“新”教師成為大學(xué)物理小班化教學(xué)的必要前提。

其次，小班化教學(xué)不是簡(jiǎn)單的學(xué)生數(shù)量上的減少。因?yàn)檫@種進(jìn)步只能引起量變，而在學(xué)生能力提高上沒(méi)有質(zhì)的飛躍，與素質(zhì)教育還是相差甚遠(yuǎn)。要想獲得高素質(zhì)教育，就必須讓學(xué)生參與到課堂上來(lái)，而如何參與就是目前面臨的關(guān)鍵問(wèn)題之一。若參與力度不夠則無(wú)法實(shí)現(xiàn)小班化教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)，若參與力度過(guò)大則目前學(xué)校硬件平臺(tái)無(wú)法滿足要求。

最后，合理配置工科大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容是實(shí)現(xiàn) 小班化教學(xué)效果的有效保障。工科大學(xué)物理需保證基礎(chǔ)知識(shí)和物理理論的思想性、邏輯嚴(yán)密性、準(zhǔn)確性、系統(tǒng)性。由于小班化教學(xué)中學(xué)生的參與，和過(guò)去授課相比，進(jìn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，如何利用有限的學(xué)時(shí)，在保證工科大學(xué)物理體系完整的同時(shí)獲得小班化效果是教學(xué)內(nèi)容改革的目標(biāo)。

三、工科大學(xué)物理小班化的設(shè)計(jì)實(shí)踐

工科大學(xué)物理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)既相互獨(dú)立，又密不可分。自20世紀(jì)80年代物理實(shí)驗(yàn)作為本科生的一門獨(dú)立公共基礎(chǔ)課以后，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在課程建設(shè)、平臺(tái)搭建和考核機(jī)制等方面都獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展[9—11]，內(nèi)容包括基本物理實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)四部分。目前，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)已采用小班化教學(xué)，學(xué)生不超過(guò)16人，多為教師引導(dǎo)、學(xué)生動(dòng)手的課堂方式。調(diào)動(dòng)高校在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程上的硬件平臺(tái)和師資力量，探索工科大學(xué)理論和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的小班化教學(xué)，能夠解決工科大學(xué)物理小班化在教師角色、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式等方面的難題。

(一) 適應(yīng)小班化教學(xué)的“新”教師

大學(xué)物理“新”教師包含兩個(gè)基本要素：一是具備完整理論體系、豐富的理論知識(shí)及其應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；二是小班化教學(xué)中多角色的扮演。工科大學(xué)物理教師具備多年的課堂經(jīng)驗(yàn)往往具備第一基本要素，而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教師在多年的小班化實(shí)踐中獲得了第二基本要素，如果加強(qiáng)工科大學(xué)物理教研組和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教研組之間的聯(lián)系，建立工科大學(xué)物理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，就可以獲得適應(yīng)小班化教學(xué)的“新”教師團(tuán)隊(duì)。另外，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)中青年教師較多，他們的成長(zhǎng)，是小班化教學(xué)梯隊(duì)建設(shè)的生力軍。

(二)完整性和基礎(chǔ)性相融合的教學(xué)內(nèi)容

設(shè)計(jì)大學(xué)物理小班化教學(xué)內(nèi)容應(yīng)充分考慮物理體系的系統(tǒng)性和大學(xué)物理課程的基礎(chǔ)性，在保證物理基礎(chǔ)知識(shí)和理論完整的同時(shí)突出重點(diǎn)，即“全”和 “精”。 大學(xué)物理課涵蓋力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)以及光學(xué)與近代物理四方面，作為完整的物理體系四方面內(nèi)容缺一不可。在工科大學(xué)物理上滿足內(nèi)容“全”的要求，培養(yǎng)學(xué)生理論分析和全面綜合的能力。而在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容選擇上，找到突出重點(diǎn)又能可能涵蓋整體的“精”，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和素質(zhì)。增進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與工科大學(xué)物理的聯(lián)系交流，調(diào)整它們間不必要的重復(fù)內(nèi)容，從而解決實(shí)行小班化教學(xué)后面臨的學(xué)時(shí)短缺問(wèn)題。比如，北京航空航天大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)有四個(gè)必做實(shí)驗(yàn)：電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)、示波器的使用、邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)和分光儀實(shí)驗(yàn)，對(duì)于這些更加適用于實(shí)驗(yàn)來(lái)表現(xiàn)的物理原理、定律及相關(guān)應(yīng)用等，調(diào)整工科大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容旨在引出相關(guān)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)。

(三)融理論和實(shí)驗(yàn)于一體的開(kāi)放性模式

物理學(xué)是一個(gè)開(kāi)放的體系，從廣義上來(lái)講，涉及自然科學(xué)的專業(yè)課都可以看作是物理學(xué)的分支。人們對(duì)物理的學(xué)習(xí)并不局限于物理的課堂，通過(guò)開(kāi)放的教學(xué)模式，多角色“新”教師團(tuán)隊(duì)將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在小班化建設(shè)中搭建的軟硬件平臺(tái)納入到大學(xué)物理體系中。具體配置方法為：工科大學(xué)物理教師通過(guò)習(xí)題的選擇和探索引出大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)現(xiàn)以及應(yīng)用，即為“啟下”；大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)老師在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)和協(xié)助過(guò)程中體現(xiàn)物理機(jī)理的探索和物理思維的培養(yǎng)，即為“承上”。重點(diǎn)通過(guò)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的實(shí)際參與，獲得物理知識(shí)、物理思維和創(chuàng)新意識(shí)的積累，實(shí)現(xiàn)工科大學(xué)物理的小班化教學(xué)效果。2012年開(kāi)始，筆者將“承上”的教學(xué)模式應(yīng)用在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)踐中去。如在電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)和太陽(yáng)能電池上，從開(kāi)始的講解、中間過(guò)程的處理及問(wèn)題解答中，都注重了物理理論和物理思維的積累與培養(yǎng)，學(xué)生在短短幾個(gè)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)到的不僅僅是完成實(shí)驗(yàn)，還包括實(shí)驗(yàn)背景、具體實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用、發(fā)展及同類問(wèn)題的研究方法和方案等，真正實(shí)現(xiàn)“知其然更知其所以然”，大大提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

四、結(jié)語(yǔ)

理論課和實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合后，通過(guò)合理的內(nèi)容配置和開(kāi)放的教學(xué)模式在保證物理體系完整的同時(shí)提高學(xué)生的物理思維和綜合素質(zhì)，能夠有效地提高工科大學(xué)物理小班化教學(xué)效果。對(duì)物理的學(xué)習(xí)和理解不會(huì)隨著課程的終止而結(jié)束，工科大學(xué)物理培養(yǎng)的物理思維和綜合素質(zhì)將會(huì)成為他們未來(lái)學(xué)習(xí)和工作的源動(dòng)力，最終實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)。

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Exploration of Engineering College Physics Teaching in a Small Class with a Particular Foucs on Physical Experiments

LIWenping,LIHua,WUJian

(School of Physics and Nuclear Energy Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics , Beijing 100083, China)

Abstract：Focusing on role transition of teachers and shortage of teaching hours engineering college physics teaching in a small class this paper analyzed multi-role of teachers, teaching contents and mode to explore an effective way to obtain the cultivation goal of colleges. A new fusion pattern of theory and experiment was put forward from the relationship between engineering college physics and physical experiment of college, which could build the bridge from physics theory to its experiment by acquiring the multi-role teamof teachers, suitable teaching contents and open mode. Specific practice of studentsin the laboratory platforms shows that engineering college physics teaching in small class is realized.

Key words：teaching in small class; college physics; physical experiment; multi-role; “new” teacher; open system

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-2204(2016)02-0113-03

作者簡(jiǎn)介：李文萍(1976—)，女，山東青州人，講師，博士，研究方向?yàn)槲⒓{加工觀測(cè)、帶電粒子光學(xué).

收稿日期：2014-06-10

DOI:10.13766/j.bhsk.1008-2204.2014.0273