理論與實驗融合下的大學物理課程教學

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摘要：為適應具有創(chuàng)新意識的應用型人才培養(yǎng)需求，在理論性強的大學物理課程教學過程中需充分借助實驗教學，展示基礎理論在專業(yè)發(fā)展中的應用。通過協(xié)調和融合物理實驗與理論課程教學進度，增加課堂演示性實驗和多媒體展示環(huán)節(jié)，在互動式教學過程中引導學生對物理現(xiàn)象的觀察思考，激發(fā)了學生的學習興趣，培養(yǎng)了理論聯(lián)系實際的思維能力，能夠為后續(xù)的專業(yè)發(fā)展提供良好的理論基礎。

關鍵詞：大學物理課程；課程建設；實驗教學；融合

在“雙一流”建設和新工科建設背景下，應用型本科院校面臨轉型發(fā)展的迫切需求，致力于培養(yǎng)適應社會和行業(yè)發(fā)展需要、具有創(chuàng)新意識的應用型高級專門人才。大學物理課程是一門理論性很強、又具有鮮明實踐性特色的基礎課程，在培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和專業(yè)技能的人才方面具有關鍵性作用。大學物理課程的教學目標在于使學生理解自然現(xiàn)象和物理規(guī)律，激發(fā)對科學的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。借助于實驗演示和操作，不但能幫助學生準確理解物理概念和規(guī)律，而且在培養(yǎng)和提高學生觀察能力、動手能力、分析問題和解決問題的能力方面具有顯著優(yōu)勢[1]。因此在理論課程之外單獨開設了物理實驗課程，用于提高和鞏固學生對大學物理知識體系的學習成效。近幾年，圍繞著大學物理課程基礎教學改革和一流課程建設，大學物理課程教學一線的教育工作者開展了大量探索和研究。在大學物理理論和物理實驗教學過程中采取了改革措施，促進了教學效果的提升[2-4]。為了更好地落實教育部倡導的“大學應以本科教育為根本”的時代內涵，近年來我校不斷開展教學改革與探索，在大學物理課程教學方面采取了理論與實驗交叉、課堂與課下融合的教學模式。在教學改革實踐中，理論與實驗融合模式是將大學物理與物理實驗兩門差別顯著的課程從教學大綱、教學進度、教學人員和考核方式等方面進行全面系統(tǒng)設計，在教學活動中堅持理論聯(lián)系實際、實踐輔助理論的思想，加強理論授課與實驗操作環(huán)節(jié)的互動融合，推動物理基礎課程教學質量的全面提升[5]。

1大學物理課程教學的現(xiàn)狀

1.1教學基礎條件方面

大學物理課程和物理實驗課程的教學過程各自分為兩個學期完成，共安排了5個理論學分和2個實驗學分。由于大學物理課程的理論性強、知識結構復雜，教學過程學時安排緊張，主要以講授書本知識為主，對書本之外的相關知識和研究前沿擴展較少。部分學生修完課程之后仍可能存在一些認識誤區(qū)，認為大學物理課程僅是高中物理的重復和復雜化，而沒有意識到大學物理在專業(yè)課程及專業(yè)發(fā)展中的基礎作用和重要應用。學時不足限制了教學內容和方法的改革空間，難以全面培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，不能滿足后期的強理論性課程的學習需求。物理實驗設備儀器數(shù)量較少，在實驗安排過程中經(jīng)常存在沖突，導致一些實驗項目安排在晚上或周末進行。物理實驗設備硬件陳舊，缺乏全面維護，影響了學生的實驗操作體驗和學習積極性。為了爭取實驗室使用時間，也為了保證學生能有大量連片的空余時間，會在周末集中性安排實驗課程。實驗授課趕進度，教師和學生都疲于實驗操作。由于實驗教學時間安排受到限制，物理實驗與相關理論授課過程存在不協(xié)調的情況，實驗過程的具體現(xiàn)象難以有效輔助學生對物理理論和抽象規(guī)律的理解與認識，影響了教學質量的提升。

1.2師資與學生素質方面

目前我院從事物理教學的專任教師共7人，負責全校近兩千人的物理課程教學工作，既承擔大學物理理論課程的授課，也要全程負責物理實驗的指導和操作。教師教學任務重，難以充分協(xié)調安排理論授課和實驗教學的進度，導致教學過程理論與實驗存在脫節(jié)的現(xiàn)象。由于師資緊張，在實驗室管理方面缺乏專門人員，教師對實驗室儀器設備進行維護的時間較為緊張。因此，在教學過程中，課堂講解和進度安排需要照顧到少數(shù)學生物理基礎薄弱的情況。此外，實驗操作過程中部分學生動手能力不足，也在一定程度上影響了整個實驗項目的進度和安排。

2理論教學與實驗教學充分融合的教學模式

2.1教師對理論授課與實驗授課的統(tǒng)一安排

在實際教學過程，物理教研室不斷進行探索和嘗試，交流經(jīng)驗、統(tǒng)一認識、協(xié)調安排。教師人人都參與理論和實驗教學活動，因而在理論和實驗課程的進度融合上具有較高的主動性和自主意愿，這對大學物理課程理論教學與實驗教學的改革成效有很大益處。在理論課堂和實驗教學過程，教師之間通過互相觀摩學習和公開課形式，提升自身教學能力。在安排教學任務時，一個班級的大學物理理論課程和實驗課程由同一位主講教師完成教學，這保證了兩門課程的教學主體統(tǒng)一、進度安排統(tǒng)一，使教師能夠靈活處理理論與實驗教學活動的切換和銜接。這也為物理課程知識體系的教學連貫性提供了制度保障。

2.2理論教學與實驗課程進度安排交叉融合

集中性進行物理實驗的操作和學習，往往難以發(fā)揮實驗過程的體驗性教學優(yōu)勢[6]。在教學改革過程中，探索將物理實驗分批次安排在相關理論教學周次前后，如在同一周或兩周內，即實現(xiàn)大學物理實驗與理論教學內容和進度的同步。理論與實驗的具體進度根據(jù)實際情況安排，既可理論教學內容先行，也可先進行實驗教學環(huán)節(jié)。對于非常抽象的物理規(guī)律，如利用霍爾效應測磁場，實驗教學適當安排在相應的理論教學之前，能夠促使學生主動預習和自學相關理論知識，了解實驗背景、實驗設計思想、實驗測試步驟等內容。這樣的教學安排提高了學生的積極性和主動性，使其嘗試用具體的實踐活動分析理論問題，在實驗過程主動思考、發(fā)現(xiàn)問題，并促進對相關理論知識要點的學習和理解。

2.3利用課堂演示性實驗提高理論教學效果

大學物理課程的教學過程相對而言比較枯燥，而把理論教學與實驗項目結合起來，利用課堂時間增加一些演示性實驗環(huán)節(jié)，可以激發(fā)學生學習物理的興趣與積極性。在物理實驗課程安排的實驗項目之外，可根據(jù)知識體系和重難點選取一些具有可操作性的實驗項目穿插在理論課程的課堂教學過程中，由教師完成基本實驗操作，借助于具體演示過程解釋一些抽象的物理現(xiàn)象和規(guī)律定理。演示性實驗需要在理論知識基礎上進行論證設計，具有實際可行性。如選取錐體上滾、等離子放電球實驗，采取課堂演示和探究性教學，提升理論教學效果。在教學過程中，適當安排學生進行實驗流程的操作實踐，以互動教學方式引導啟發(fā)學生觀察和思考，既能活躍課堂氣氛，增加學習興趣，又培養(yǎng)了學生在學習物理知識時理論聯(lián)系實際的思維能力，有助于學生養(yǎng)成善于發(fā)現(xiàn)問題的良好習慣。

2.4利用多媒體資源開展多元融合的理論教學

物理實驗項目需要投入較多的人力和時間，而且受到儀器設備和場地限制，因此在理論課程的課堂教學過程中難以進行大規(guī)模的演示性實驗教學，這種情況下可以充分利用多媒體資源進行課堂教學。選取和制作一些生動具體的視頻、動畫增強學生對物理規(guī)律的理解和認知，如角動量守恒原理可以利用花樣滑冰、跳水等貼近生活的事例解釋。此外，對部分物理實驗的操作過程進行錄像，在理論教學過程進行播放和回顧，能夠提高學生對物理實驗操作的重視，也強化了學生對理論規(guī)律和實驗現(xiàn)象之間關系的認識，有利于對基礎知識的融會貫通。對于一些理論知識的重點和難點，教師在課余制作微課小視頻，學生可進行復習觀看，加深對相關知識的理解和掌握。

3大學物理教學的理論與實驗融合模式的內涵與發(fā)展

大學物理課程作為一門基礎課程在理工科專業(yè)人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮著非常重要的作用。提升物理基礎課程教學成效是新工科建設提出的時代要求，而理論教學與實驗教學深度融合的教學模式為激發(fā)學生學習熱情、化解理論難點、強化實踐應用提供了重要的路徑。大學物理課程教學的理論與實驗融合模式繼承了理論聯(lián)系實際的唯物主義思想，教學活動“以學生為中心，以互動教學為抓手”，提高學生的學習積極性，加強教師的教學能力培養(yǎng)。融合教學的實踐結果表明，學生對理論基礎知識的學習熱情較高，改善了基礎課程的教學質量，為本科教學改革提供了思路，為實現(xiàn)創(chuàng)新性應用型人才培養(yǎng)目標奠定了基礎。

4結語

大學物理課程的理論教學與實驗教學需要有機融合，解決理論知識枯燥難懂、實驗操作缺乏應用背景的問題。通過制度管理和協(xié)調安排，將物理實驗與理論課程教學進度交叉融合，利用課堂演示性實驗和多媒體資源輔助理論教學，激發(fā)學生的學習興趣。在互動式教學過程中引導學生對物理現(xiàn)象和規(guī)律的觀察與思考，培養(yǎng)其理論聯(lián)系實際的思維能力，能夠為后續(xù)的專業(yè)發(fā)展提供良好的理論基礎。

參考文獻

[1]王亞偉,樂永康,錢颯颯,等.大學物理、大學物理實驗兩課課程現(xiàn)狀調查報告及總結[J].物理與工程,2016,26(4):45-54,57.

[2]郭袁俊,于景俠,霍中生,等.大學物理實驗與理論融合教學的探索[J].實驗室研究與探索,2019,38(7):188-190.

[3]何林李,王艷偉.大學物理中“理論教學與演示實驗結合”新模式的探索與實踐[J].科教導刊:上旬刊,2015(1):69-70.

[4]李愛華,朱湘萍,孔永紅.基于微課的大學物理翻轉課堂教學策略探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2017(21):77-78.

[5]肖沛,林季資,趙越,等.微信公眾平臺輔助大學物理實驗教學的實踐與思考[J].物理通報,2018(3):79-80,83.

[6]張文慶.大學物理理論與實驗一體化教學探索[J].河南科技學院學報,2016,36(4):106-108.

作者：楊圓 肖沛 林季資 趙越 單位：江蘇科技大學蘇州理工學院公共教育學院