基于協(xié)同探究理念的大學物理教學創(chuàng)新與實踐*

廖文良 雷國偉

（集美大學 理學院物理系 福建廈門 361021）

大學物理作為一門“新工科”專業(yè)必修的公共基礎(chǔ)課，主要培養(yǎng)工科學生的科學思維方式和研究問題的方法，使學生具備一定的科學素養(yǎng)、創(chuàng)新能力，為今后專業(yè)領(lǐng)域廣度和深度的發(fā)展打下基礎(chǔ)[1]。但因涉及很多嚴密的理論公式推導，推導過程繁雜，要求較扎實的高等數(shù)學知識，工科學生對這些基礎(chǔ)理論的學習感到枯燥無味[2]。同時在實際授課過程中，教師未考慮不同專業(yè)對物理基礎(chǔ)知識的實際需求不同這一特點，使得講授內(nèi)容與專業(yè)知識嚴重脫節(jié)，缺乏理論與實踐相結(jié)合，導致學生缺乏學習興趣。

一、學情分析

現(xiàn)在幾乎每個人都是以個體的形式面對智能終端上傳來的海量信息，反倒是對其他渠道（比如傳統(tǒng)課堂）獲取信息的依賴度下降。因此，如何充分調(diào)動學生自主學習的積極性，以及提升團隊協(xié)作精神，是現(xiàn)代高等教育適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時代的重要環(huán)節(jié)。部分學生在學習難度較大的基礎(chǔ)知識、推導運算的時候自主學習積極性不高，是因為對學習的意義、價值、用途等高階認知不足，無法形成克服基礎(chǔ)學習困難的心理驅(qū)動力。因此，現(xiàn)代教學的理念必須建立高階認知（學習的意義、價值、用途）與低階認知（知識點的記憶，復雜物理模型的構(gòu)建）之間的良性互動。而課程思政就是在高階認知的環(huán)節(jié)中進行系統(tǒng)的教學過程和價值引導[3-4]。

目前，大學物理教學所需要解決的問題包括：

1.改變教學理念，重點強化高階認知的教學，以課程思政為起點，使大學物理成為“自主學習”和“自組織學習”的課程，由學生自己的價值觀念和責任意識引導主動學習態(tài)度去帶動教學過程的進展。

2.改變教學模式，由“傳遞式”走向“協(xié)同探究”，由“灌輸式”走向傾聽和對話，由整齊劃一走向以小組為單位的“學習共同體”，激活和釋放人的探究、建造、表現(xiàn)、交往四大本能。

3.構(gòu)建新工科建設(shè)目標的教學體系，強化公共基礎(chǔ)理論知識滲透到專業(yè)發(fā)展方向上，推動大學物理成為多學科交叉融合的紐帶。教學過程要面向?qū)W生專業(yè)、面向生產(chǎn)實踐、面向工程應(yīng)用，以此改善教學方法，科學、合理地選擇教學內(nèi)容，提高學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐能力。

4.實現(xiàn)信息技術(shù)與教學模式的合理深度融合，充分利用智慧技術(shù)實現(xiàn)“自組織學習”的教學理念，在已經(jīng)建成的在線開放課程和翻轉(zhuǎn)課堂的情況下，進一步深化教學手段的改革，形成新一代可推廣的教學模式。

二、方案設(shè)計

根據(jù)當前大學物理教學過程中存在的問題，我們提出了“基于協(xié)同探究理念的大學物理教學創(chuàng)新與實踐”，主要的創(chuàng)新思路如下：

1.人文素養(yǎng)融入課堂，文化自信課程思政：將“先授課，后思政”的理念改為“先樹立思政目標，再設(shè)計課程內(nèi)容”，課堂成體系地融入人文知識，在引導學生建立正確的社會主義核心價值觀的同時，實現(xiàn)文化自信，并依靠趣味性、實用性、優(yōu)美性以及國家責任感引導學生主動學習。

2.建設(shè)課程案例框架，優(yōu)質(zhì)教學資源升級：重點針對每個章節(jié)構(gòu)建應(yīng)用性較強的“大學物理案例資源庫”，根據(jù)專業(yè)特點進行案例優(yōu)選，將復雜的物理模型通過典型案例進行直觀展現(xiàn)，為實施“協(xié)同探究”奠定基礎(chǔ)。

3.物理知識詮釋生活，簡易實驗走進課堂：利用物理知識詮釋生活中的一些自然現(xiàn)象和人文現(xiàn)象，實現(xiàn)學以致用，培養(yǎng)活學活用的能力，增強對物理的學習興趣；同時設(shè)計集體參與的簡易實驗，培養(yǎng)學生實踐動手能力和創(chuàng)新能力。

4.探究性教學為主線，交流辯論歸納反思：充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使受時間和空間限制的課堂活動延伸到課堂外，借助視頻、動畫和圖片創(chuàng)設(shè)物理情境，寓物理問題于真實情境之中，激發(fā)學生的學習興趣和求知欲。結(jié)合研究問題，引導學生交流、辯論，最后在老師的指導下歸納總結(jié)并進行反思。

5.優(yōu)化在線習題系統(tǒng)，建立閉環(huán)反饋機制：針對每個章節(jié)知識點構(gòu)建線上習題庫，引導學生進行預習并對相關(guān)知識點的習題進行解答反饋，根據(jù)學生完成作業(yè)的進度和情況，分析學生的學習積極性以及對知識點的掌握情況，幫助教師針對性地強化教學；同時拓寬教學反饋渠道，不斷提升教學質(zhì)量。

6.充分運用信息技術(shù)，推動學生互動交流：建立多渠道的大學物理網(wǎng)上交流平臺，提升學生主動使用信息技術(shù)進行學習、交流的能力。并且把學生參與討論的活躍度進行計量，評估學生學習的主動程度。

三、實施過程

1.教學內(nèi)容組織策略

每門課程都可以按照既定方式去設(shè)計、講授、互動，但是一門課程是否能夠獲得學生的喜愛而主動進行學習，主要取決于課程本身的吸引力、趣味性和教師的講授組織能力。

央視財經(jīng)頻道的《是真的嗎》是一檔大型互動求證節(jié)目，以“互動求真”為己任，通過演示實驗和典型案例，為受眾探求真相，體現(xiàn)嚴謹?shù)目茖W性、多彩的可視性、活潑的趣味性，深受廣大觀眾的喜愛。這種做法的教學原理就是“應(yīng)用場景”的使用，把煩瑣枯燥的知識結(jié)合具體的實際應(yīng)用場景來進行講授，能激發(fā)學生多層次的心理響應(yīng)，高階認知和低階認知良性互動，提升學習主動性。同時在具體教學過程中通過發(fā)揮傳統(tǒng)文化的載體、運用傳統(tǒng)文化的故事性、注重傳統(tǒng)文化的人文性，能夠增強學生的人文素養(yǎng)、培養(yǎng)實事求是的態(tài)度、塑造良好的人格。

大學物理課程的整體設(shè)計策略：將物理學分為運動學、熱學、電磁學、波動學、光學、近代物理學六個模塊；針對六個模塊分別引入“中國航天史”“鉆木取火”“指南針”“天壇回音壁”“中國天眼”“量子計算機”等相關(guān)視頻介紹，植入人文素養(yǎng)元素；根據(jù)專業(yè)的差異性，選擇合適應(yīng)用場景和案例，帶領(lǐng)學生進行協(xié)同探究，剖析真實物理情境；在“互動探究求真”的過程中，培養(yǎng)自主學習的積極性，引導學生的思維方式和價值觀。

2.現(xiàn)場講授策略

無論是網(wǎng)絡(luò)視頻課程還是線下的課堂，實際上都對知識實施了“碎片化”，并且間隔一定時間進行講授。這種傳統(tǒng)教學模式最大的缺點是：對于初學的學生來說，很難整合成為一個整體的知識系統(tǒng)來進行使用。本教學團隊提出，教師現(xiàn)場教學環(huán)節(jié)最核心的作用是“基于碎片化知識拼合構(gòu)建物理模型”。具體實施過程如下：

（1）線上課程/講授型課程重點講授“靜態(tài)知識”，這些知識內(nèi)容（定律、公式及其推導過程）經(jīng)過長期實踐證明比較固定，講解過程中有可能需要學生反復學習、課后練習進行掌握。

（2）綜合研討型課程，教師最主要的任務(wù)是如何將線上課程/講授型課程的碎片化知識點整合到一起，以問題的形式展現(xiàn)出來，結(jié)合應(yīng)用案例與學生協(xié)同探究，幫助學生構(gòu)建物理模型。因此，在課程中一共設(shè)置了5次綜合研討課程，具體實施方案如表1所示。

表1 綜合研討課程實施方案

3.學生活動策略

教師選取恰當授課內(nèi)容并以問題的形式展現(xiàn)，上傳優(yōu)質(zhì)資源及課件，要求學生線上自學并進行分組討論。線下課堂授課時，教師與學生之間進行角色互換，實現(xiàn)師生、生生之間的協(xié)同探究，也就是學生“充當老師角色，參與課堂授課”的做法。這樣的做法主要有以下兩個目的：

（1）直接鍛煉學生利用物理學知識解決實際問題的能力，在授課過程中，學生需要深刻理解章節(jié)內(nèi)容知識點，并利用這些基礎(chǔ)理論知識去分析生活中的物理現(xiàn)象，并對課堂中老師和同學們提出的問題進行解答。這對學生掌握知識和使用知識的能力具有很強的鍛煉價值。

（2）學生對本章教學的創(chuàng)新和建議可以在課堂互動中體現(xiàn)出來，使得教師可以把學生反饋思路及創(chuàng)新點整合到本章的內(nèi)容中，前屆學生的學習效果可以對后屆學生的學習作出具體的貢獻。

4.考核和評價策略

本課程考核方式：線上課程成績20%、課堂綜合研討20%、線下平時成績20%、期末考試40%。

課堂綜合研討時，教師還專門設(shè)計了人文素養(yǎng)、團隊協(xié)作、信息化技術(shù)能力等定性評價指標，這些定性評價的指標雖然不以分數(shù)的形式計入學生的正式成績，但是可以通過這些量表對學生綜合素養(yǎng)進行評估。體現(xiàn)過程與結(jié)果、定量與定性、個人與團隊“三結(jié)合”的考核理念。

（1）線上課程的章節(jié)彈題和單元測試主要考核靜態(tài)知識點，形成線上學習定量成績。同時，對學生觀看視頻的進度、學習習慣、線上討論互動進行定性綜合評價，將定性評價系數(shù)與定量成績相結(jié)合，構(gòu)成線上課程的總成績。

（2）課堂綜合研討考核學生靈活運用知識的能力。綜合研討以小組為單位，教師進行點評、組與組之間進行互評、組內(nèi)學生之間進行互評，這三部分成績構(gòu)成綜合研討的總成績。課堂綜合研討采取“動態(tài)分組”，每次小組作業(yè)學生均需要和完全不同的隊友合作，從而測試學生在人員組成變化情況下的表現(xiàn)，更能體現(xiàn)個人和團隊之間相互作用的質(zhì)量。

（3）現(xiàn)場實驗環(huán)節(jié)要求全體學生參與，主要考核學生的實踐動手能力以及觀察能力；有能力的學生可以在規(guī)定的實驗方案上進行創(chuàng)新，考核學生的創(chuàng)新實踐能力。

（4）線下課堂出勤情況和線下課后作業(yè)出勤及完成情況構(gòu)成線下平時成績。

（5）參加混合式教學的學生仍然需要參加學校組織的期末考試（筆試），通過筆試的成績來掌握整體的教學情況。

四、教學效果

通過課堂派數(shù)據(jù)分析，改革后班級的考勤率、課堂互動參與率與正確率以及期考成績及格率都高于平行傳統(tǒng)班的情況，說明大部分同學對大學物理學習的積極性明顯提高，也充分意識到大學物理作為公共基礎(chǔ)課的重要性。整個教學改革實施見效比較明顯，通過高端認知的強化帶動對枯燥基礎(chǔ)理論知識學習的積極性。

教學團隊不應(yīng)僅看重學生考試的分數(shù)，還應(yīng)根據(jù)學生的人文素養(yǎng)、科學素養(yǎng)、信息化素養(yǎng)、團隊寫作能力、實驗動手能力等定性的評估，對學生進行針對性選拔、指導，帶領(lǐng)學生積極創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動。

結(jié)語

在智能互聯(lián)時代下的大學物理教學過程中，我們以問題為導向，構(gòu)建了師生之間協(xié)同探究共同優(yōu)化教學的整體設(shè)計方案。在具體實施過程中，精準掌控“教”“學”銜接，實現(xiàn)知識內(nèi)化重構(gòu)，以應(yīng)用場景和案例為指導，融入人文元素，剖析物理情境，基于碎片化知識拼合構(gòu)建物理模型，推動學生從自學到傳授再到創(chuàng)新。在課程考核方面，采用線上課程學習成績、課堂綜合研討成績、線下平時成績及期末閉卷筆試成績相結(jié)合，體現(xiàn)過程與結(jié)果、定量與定性、個人與團隊相結(jié)合的考核理念。整個教學改革實施見效比較明顯，通過高端認知的強化帶動對枯燥基礎(chǔ)理論知識學習的積極性。新的教學創(chuàng)新模式不僅鍛煉了學生團隊協(xié)作完成科技項目的能力，而且提升了參與各種創(chuàng)新科技活動的積極性。