新高考背景下以学生为中心的《大学物理》教学研究

杨雪玲 苏 凯

1.齐鲁医药学院，山东 淄博 255000；2.博山区第二职业中等专业学校，山东 淄博 255000

在新高考形势下，部分理工类专业近一半学生高中没有选学物理，大学物理学习存在很大难度，在此现状下，基于ETA 理论及建构主义理论，研究基于学生自身基础的教学实施方法，通过教学内容的整合及教学方法的研究，以学生为中心，激发学生主动学习动力，既要传授学生知识，更要注重学习能力及科学素养的培养及提高。本教学模式对其他学科教学也有一定的参考意义。

一、教学方法探讨的依据

（一）ETA 物理认知模型［1］

ETA 物理认知模型是北京大学物理学院副教授穆良柱提出的物理学习的认知模型。包括实验物理（Experimenal Physics）、理论认知（Theoretical Physics）和应用物理（Applying Physics）三个认知阶段，认知物理是观察物理现象、找出研究问题，确定研究方法，通过实验方法观察测量并总结实验规律；而理论认知过程更趋近于拓展和外延，从特殊到一般，寻求规律的内因和本质，最后一个阶段则是应用物理认知，是利用理论进行应用和创新，从某一角度说，应试教育是应用物理认知阶段。我国近年来以科技兴国，强调了应用物理，同时也看重认知教育和创新教育。现阶段，就如何重视创新教育，如何开展和实现是亟待研究的问题。

ETA 模型也适合零基础或薄弱基础教学，在新高考模式下有大部分学生并未选修物理。此部分学生适合用该理论教学法。

（二）建构主义理论［2］

建构主义理论认为，学习知识的过程是学习者在原有的知识框架的基础上主动对信息加工、吸收、同化、构建，形成新的知识体系，“情景教学”“协作”“意义构建”是学习的重要方式。该理论强调了学生自身的知识基础及心理特点，这是影响教学效果的主要因素。

ETA 教学法更注重的是内容及方法从表象到内涵，而建构主义理论核心是基于学生自身内因的因素。二者的共同点是充分考虑学生自身的认知及情感因素，是教学的主要“内因”。

二、基于ETA 实验认知理论，利用实验课进行探索及讨论，并与理论知识结合

（一）在实验课中应用ETA 理论

依据ETA理论，学习的第一步为观察及实验，可以充分利用实验仪器生动形象展示抽象理论，让学生主动探索、在一定的实验情景下基于自己已有的知识框架思考、归纳，构建新的知识框架。下面以振动及波动内容为例说明。

学生利用示波器，分别演示水平扫描和竖直信号，最后二者信号都加上。通过演示讲解抽象的示波器原理，引导学生去探索振动及合成规律。对于抽象的知识如相位，可以通过图示观察、比较学习；振动的叠加分类讲解，并用示波器实时观察叠加波形，引导学生思考，并领会物理量的本质含义，剖析理论知识，使抽象与形象结合，使学生更好地理解理论知识。这种方法提高了学生兴趣，并培养了学生科学严谨的态度。

（二）在实验课教学中运用建构主义理论，实行以学生为中心的讨论式教学方法

在实验教学中人数较少，适合开展分组讨论式教学。

1.教师讲解基本理论，提出实验任务，然后学生分组讨论。

2.讨论后以小组为单位发言阐述本组方案。学生提出设想或疑问，教师鼓励学生发散思维的运用。

3.学生可以选出最科学最合理的方案，教师在学生方案基础上加以修正改善。

4.学生独自完成实验，教师引导或予以答疑帮助。

5.教师注意学生动手环节，实时指点和答疑。

以上过程经过多年实践和检验，使学生的学和教师的教完美结合，充分发挥学生的主动性，学生通过实验收获的不仅仅是知识，更多的是解决问题的能力、团结协作的能力、语言表达的能力和自信心的提高。

三、实行“剥洋葱式教学”和“系统教学法”，使高中物理与大学物理紧密衔接［3］

在新高考背景下，通过调查发现，在某些专业中部分学生物理是零基础。在这样的现状下，如何实施和保障教学效果成为一个难题。

根据建构主义理论，新知识是在旧知识的基础上构建加工的过程，教师适当补充基础，把知识整合至系统化、模块化，使教学内容成为一个整体，教师的讲解犹如剥洋葱层层展开，从简单到复杂，从定性到定量运算，变教材内容为教学内容，简讲复杂推导或换算，以下是具体措施及实施。

（一）鼓励学生补充基础

鼓励学生自学高中物理知识或较容易的内容，教师把每次课堂教学需要自学的知识用列表的形式总结出来，在学习通或其他平台有相应的学习资料或视频，鼓励学生预习，并把预习中的难点及疑点记录下来，反馈给老师，在教学中建立良好的师生交流通道，实时反馈，调整教学。使教学过程成为一个良好的循环系统。

教师也可在课堂中适当补充基础知识，做好衔接和补充。如光的干涉中补充光的折射定律、折射率、光速等基本知识，再引入光学核心知识，结合医学应用作为拓展，使知识系统化、条理化，前后联系呼应成为一个整体，易于学生接受掌握，并且教师设计好主线，使系统化知识在主线下脉络分明，重点突出。通过多年的教学实践，该方法在课堂教学中效果很好。

（二）整合教学内容，分层教学

《大学物理》教学内容整体抽象，数学运算推导众多。实行分层次的“剥洋葱式教学”使学生更容易认知和接受。以振动和波动为例：

首先讲解振动的定义，演示动画，直接根据动画讲解振动的三要素及振动方程（没有数学推导），让学生对振动的情景有直观的认识。这是第一层。

第二层提出问题：振动的受力及动力学方程，针对问题求解，结合数学知识自然得到动力学规律及方程，并深层次理解了振动要素的本质含义。

第三层，结合前面讲解的运动学知识求解振动的速度、加速度及合成分解、复杂振动等。

以上是从简单到复杂，层层深入、引导思考、系统教学的一个简单举例。当然也适合其他学科的教学。

（三）教学内容的适当整合，变教材内容为教学内容

大多数教材内容及顺序大同小异，教师可以适当改变顺序，使教学内容更条理化、系统化、内涵化。如仍然以振动和波动教学为例，可分为四个系统：

一是上面讲解的振动为一个小系统。

二是波的产生、波的物理量及关系作为一个小系统。

三是把波动方程、波的干涉、驻波、波的衍射作为一个小系统。

四是把振动的能量、波的能量、波的强度、波的衰减、声波及超声波作为一个系统。

以上每一个系统都是条理性及递进性较强，环环相连，学生利于理解及整合。通过多年的教学实践及课堂观察，效果良好，学生比较喜欢。教师讲解也水到渠成。

在整体教学中教学顺序也可适当调整，如运动学、动力学、刚体力学、流体运动学作为一个系统，而电场、磁场、电磁感应作为一个整体。把振动及波、波动光学作为一个整体。使学生对大学物理有一个由易到难的、系统化掌握的过程，这样知识之间更容易实现融会贯通。

（四）适当删减，重点突出

《大学物理》不同专业的特点及侧重点有所不同，实际教学中需要把物理学教学的重点与专业结合，适当调节教学内容，如化学类专业的后续课程《物理化学》中用到大量热学知识，但本教材中热学内容很少，适当补充了热力学定律的知识及应用。重点讲解热学中三大定律、光学、激光及X 射线、原子物理学等内容，既体现了物理学的奥妙，又为后续课程打下了基础，提高了学生学习的积极性。

在教材中繁琐复杂的数学推导可以简讲，而对于基本概念、理论、应用则重点要求。

（五）关注科学前沿，在教学中联系实际，提高学习兴趣［4］

ETA 理论的应用认知阶段，是大学物理与现代科技的密切结合在运动学中穿插导弹的运动轨迹及射程，在电磁学中穿插磁约束、人工智能、信号处理、超导技术等前沿知识，在波动光学中穿插X 衍射技术、纳米技术等等，并把前沿科技与专业联系起来，提高学生兴趣及查阅资料能力。鼓励学生进行参加实验创新及科技创新大赛。在实验教学总结中积极鼓励学生对实验方案及测量方法进行创新。也可以鼓励学生查阅相关资料，以小文章的形式总结前沿科技，提高学生查阅文献能力。

以科技前沿作为课堂教学的引入，可以提出问题或埋下伏笔，激发学生内在求知欲，例如在光学中以激光应用引入，以地球的范艾伦辐射带引入磁场教学，在电学中以电子显微镜引入，在原子核物理中以原子弹及氢弹引入等等。［5］

四、利用线上教学资源实行混合式教学［6］

充分利用线上资源，实现学习时间和空间上的延伸，促进了知识的加深和扩展。利用超星等平台鼓励学生线上学习、复习、提出问题，结合线下教学解决难点、重点，并适时测试进行反馈，鼓励学生自学与课堂教学结合。弥补学生欠缺的知识，使学生有目标、有计划地学习，具有长久的内在驱动力。

五、学生调查及教学满意度统计结果

（一）在教学中，分别对对比班及实验班（二者为平行班级）的满意度及随堂测试结果如图1及图2 对比。

图1 对比班与实验班满意度对比

图2 对比班与实验班平时测试成绩对比

（二）对不同年级的学生进行物理选择及满意度纵向比较。选修物理的学生逐年下降，但对本学科的满意度提升，平均分也提高。如表1 所示。

表1 不同年级期末满意度及成绩对比

六、结论及不足

通过具体的教学内容及教学方法改革，改革前及改革后学生的调查问卷比较及总结，得到如下结论：

1.改革后学生对课堂兴趣、满意度、平均分在实施改革后都提高了。

2.通过调查问卷及课堂反映，改革后对教学内容的满意度提高，教学内容整合符合学生认知特点，效果良好，在调查中学生对教学内容强调了“简洁，重点突出，例题辅助”的愿望。

3.教学方法改革受到学生认可。调查问卷中学生肯定了讨论式教学、探究式教学的方法，具体过程需要规范化且灵活调节，以后会继续探讨完善。

4.学生学习物理的主要困难有两个：一是基础的参差不齐，二是主动学习能力不足，不会解决应用性题目，加强引导，巩固内化，提高学生的自主学习能力，是教学中的关键。学生有自主学习的期望及兴趣，只要教师引导得当，可以顺利实施。

5.教师的专业能力及综合能力备受学生期待，重视物理学与专业内容的结合，提高教师专业水平及教学水平是关键。

不足之处：

1.教学资源及平台不够完善。

2.成课后的巩固及反馈欠缺。

3.教师需通过学习及进修等途径提高物理学专业知识的融合，提高专业技能及教学技能。

本教学成果可以用于其他课程教学，教学内容的整合方法、ETA 教学理论的应用、讨论及探究法的应用等。