高师大学物理课程教学改革初探

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  摘 要:结合当前基础教育改革的现状,从教学内容、教学方式和手段、考核形式和评价等几个方面探讨了高等师范院校大学物理课程的教学改革。
  关键词:高等师范院校 大学物理 改革
  中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1673-1875(2009)05-031-02
  
   物理学是研究物质的基本结构、相互作用和运动形态的基本规律的科学,涉及范围非常广泛,其基本理论渗透于自然科学的各个领域。因此,在高等师范院校中非物理理工科专业一般都开设了大学物理学(或普通物理学)作为专业必修的公共基础课程。大学物理学以实践为基础,具有简单、和谐、对称、统一的特点,其教学内容丰富多彩、生机勃勃,应该是一门形象生动、非常有吸引力的课程。然而,大部分非物理专业学生反映这门课程非常难学、几乎人见人怕。究其原因,一是大学物理课程本身内容多、课时少、进度快、解题繁,客观上有一定的难度;二是教学内容绝大部分是在中学已接触过的经典物理部分,缺少反映物理学最新进展及与各学科交叉的前沿知识,使学生感觉缺乏新意;三是很多教师教学方法和模式单一、刻板,造成学生感觉学习物理的过程就是繁杂的计算,看不到物理理论与实际问题的联系,更不会应用,从而导致对学习物理兴趣索然,甚至出现排斥心理。
   物理学作为自然科学之母,其规律具有最大的普适性、思想方法具有很强的迁移性,对于学生基本科学知识的掌握、实践能力的增强、科学素养的提高具有非常重要的作用。特别是在高等师范院校,其主要目标是培养合格的中小学教师,而现在随着基础教育改革的实施和推进,对教师的素质要求越来越高,特别强调综合运用各学科知识解决实际问题的能力和动手操作能力[1-3]。因此,大学物理学这门课程在教学目标的确立、教学内容的选取、教学方法和手段的应用以及考核方式和教学评价等方面都有必要进行重新规划和设计,使主动适应基础教育的改革[4-6]。
  一、更新教学内容,压缩经典、增加近现代物理学部分
   对于非物理专业,一般只有大学物理学这一门物理课程,内容多而学时少。如何在有限的时间里使学生系统而有效地掌握物理学的精华,从而使他们能够在各自的领域中更好地发挥作用,首先得理清楚开设这门课的目的。开设大学物理学的目的应该一方面是比较系统地掌握科学的基本规律,并跟上时代步伐了解这些规律在现代科学技术中的应用;另一方面是掌握物理学分析问题和解决问题的思想方法,培养学生的逻辑思维和创造性思维能力;同时也为后续课程奠定基础。因此,对这门课程的框架及其内容得精挑细选,节约课时的同时要能更好地达到教学目的。但是就目前的情况看,其教学内容以及国内教材都严重偏重经典物理学部分,对20世纪50年代以后的科学成就涉及过少;而且内容与中学物理重复过多,大学物理被说成是中学物理内容加微积分。
   当然,大学物理与中学物理在内容上的衔接是必要的,但必须删除浪费性的重复,要大胆地压缩和精简经典物理部分的内容,要增加和扩充近现代物理的基础内容,将近现代物理的新成就、新方法、新思想以及物理前沿按一定比例引人教学之中。还要突出物理学的实用性特点、体现出大学物理在现代科学技术中的地位和作用,应增加物理原理在当前高新技术中应用的信息量。这样才能使学生真切地感受到物理学是自然科学的基础和现代高新技术的源泉,从而激发起学习的兴趣。
   但是在更新教学内容的时候必须注意到:一方面,大学物理是一门“基础”理论,主要是关于物理学的基本概念和基本规律,在难度和深度上不能要求太高。引入近现代的物理内容时,也不能只是一些科普性的介绍,应当保持其原有学科的性质和一定的专业水准。而由于近现代物理是在经典物理的基础是建立起来,其思想方法和数学运算要求都较高,对于新加入的内容在难度和深度上要把握得恰到好处。另一方面,引人新内容的方式也值得认真地分析和仔细地探讨。如果把近、现代物理内容简单地镶嵌在原有的课程体系中,会使课程内容庞杂、缺乏系统性,学生不能深入地理解和掌握,实际效果肯定不好。为了做好这项工作,必须将引入的内容有机地融人其它经典理论之中,要通过重新审视大学物理各部分的关系和地位,对教材的顺序和结构作出重大调整,构建科学的、符合现代要求的、新的知识框架和理论体系。
  二、教学方式多样化,调动学生学习的主动性和积极性
   长期以来,高师大学物理教学方式比较单一,普遍实行传统的一名教师、一本教材、单一的教师讲学生听的课堂讲授式。这种教学方式过分注重知识的传授,对科学方法和能力的训练重视不足。而且课堂讲授过细,使学生缺少独立思考的空间和时间,不仅造成学生对教师的依赖性,还使得教学信息量少、范围窄、节奏慢、效率低。与此同时,随着基础教育改革的推进,中小学新的课程标准都更强调过程与方法,注重促进学生自主学习,提倡教学方式多样化。如果在高等教育阶段教学方式不进行相应的改革,仍主要采用以往的灌输讲授这种重教而不重学的形式,不仅会压抑学生的主体意识和自主能力、降低学生学习的主动性和积极性,还会使高师院校培养出来的学生不能适应和胜任中小学的教学任务。
   如何将博大精深的大学物理学中最本质、最基本的规律以最精彩、最有吸引力的方式展示给学生,把他们带进五彩缤纷的物理世界,激发他们不断探索自然奥秘的热情,这是我们每一位大学物理教学工作者应该认真考虑的问题。这要求教师在掌握教育学和心理学依据、甚至人文背景的基础上,采用各种合理的组织形式来统筹安排教学。既要注重传统的讲授式教学方式,又要灵活多变地采用新的教学方式,如自主学习教学方式、探究教学方式、合作性学习教学方式、研究性学习教学方式等等[7]。在组织教学的过程中要围绕着如何才能更有效地激发学生的探索精神、养成科学的思维习惯、培养创造性思维能力为中心,根据教学的内容和特点,因材施教,更多地采用除讲授式之外的、合适的教学方式。
   不论采用何种教学方式,教师的作用主要是启发、引导学生和组织教学过程,而不是教会学生具体的知识内容;关键是以教学为载体来培养学生科学的思维习惯和获取新知识的能力。教师在课堂中讲解的主要是物理思想、重要结论和难点,对于细节的内容应该由学生自己去看、去推导,为学生创造自学、讨论、合作的条件。应该尽可能在着重讲明基本概念、观点的基础上,提供给学生相关的材料,把寻求结论的任务留给学生,让学生在探索的过程中去体验学习的甘苦,激发探索科学的欲望,从而调动学生学习的主动性和积极性。让他们明白,即使在校时学习的某些知识在以后的工作中不会直接应用到,也能运用所学的物理知识与所掌握的探究方法和自学能力去解决实际中碰到的问题,会受益终生。
  三、教学手段现代化,重视课堂演示
   随着现代教育技术的出现和迅速发展,人们逐渐认识到教学手段在教学活动中的地位、功能和作用。不少学校也花重金购置了计算机、展示台、投影设备、语音设备等现代化设施,和花费了不少人力物力建设网络平台。然而,在大学物理教学中对于现代化教学手段的应用情况仍十分不理想,大多数局限于把投影屏幕当作电子黑板使用,只是作为“粉笔+黑板”的一种延伸。这当然在一定程度上也提高了教学的效率,但远没有充分利用这些现代教育技术手段,使得大量硬件设施闲置,造成资源浪费。
   在课堂教学中,如果能利用这些设施播放一些相关的高科技应用影片等音像资料、观看不易直接演示的实验录像或仿真实验过程、利用实物投影仪将少数人观看的演示实验放大等等,则可使枯燥的理论变得色彩缤纷、更有情趣。从而极大地调动学生各个感官的作用,帮助他们更好地理解物理过程、物理规律和物理概念;并能使他们印象深刻、增强记忆,提高教学效果。此外,还可起到拓宽学生知识面的作用,使他们思路更加活跃。在课外指导方面,则可以充分利用现代网络技术,通过网络论坛等方式进行在线的指导和交流,或是通过建立个人博客的方式来阐明一些教学中的难点、易混淆的概念,或链接一些相关的素材、资料。
   物理学本身是以实验为基础的学科,如果仅具有一些播放、投影设备等现代教学媒体和工具是不够的,毕竟影音播放和仿真不能代替真实的物理过程演示。应该尽可能地创造条件在课堂上进行相关的演示实验,以密切配合讲授内容。因为演示实验具有主题突出、现象明显、操作简便等特点,相对纯粹的理论阐述而言,精心设计的演示实验能以最简单、最直观的形式把基本物理现象和规律展示出来。有助于学生对抽象概念建立起物理图像、更透彻地理解物理概念和规律、突破教学重点和难点并增加学生的学习兴趣。因此,提高大学物理课堂教学质量,必须重视演示实验在教学中的辅助作用。其实,很多高校都有演示实验设备,只是由于大部分实行的是不固定教室的排课方式,不便于器材的般动,因此集中在专门的演示实验室;演示实验就不能根据教学内容随堂插入,这对于其作用的发挥肯定大打折扣。如果能固定教室上大学物理课程,只要有相关的实验器材或自制一些教具,加上实物投影设备,就能较好地解决这一问题。这方面,我们可以参照美国麻省理工学院开放课程的大学物理教学[8]。
  四、理论联系实际,与其它学科融合、渗透
   大学物理学是从实际问题中抽象出来的理论,它能更普遍、更深刻、更高层次地反映客观实际。但是,讲授大学物理学理论时必须有载体、必须结合实际问题来进行,只有这样才能真正的理解物理理论的内涵,才能学以致用,并创造性解决问题。所以,大学物理教学在注重自身理论体系的同时,还要注意联系实际,包括以下几个方面。一是将被人为分开的大学物理理论课与实验课融合起来,还物理科学研究和发展的本来面目。使物理理论的教学以实验为基础来展开,而实验教学中体现出理论指导的意义和价值;同时可使学生从实验设计中领会到丰富多彩的物理思想和灵活多变的物理方法。二是加强大学物理知识与当代科学技术之间的紧密关系,使学生看到基础理论的现代价值、真正认识到物理学是认识社会所必须掌握的一门基础课程。不但能开阔学生的视野,还能激发他们学习的积极性。三是重视物理学与日常生活的联系,让学生真确地体会到物理学的实用性和应用的广泛性,提高学生对物理学习的兴趣和将理论应用于实际的意识。四是反映当代科学技术发展的新成果和新理论,让学生领会到任何一个理论及其应用都不是一成不变的,而会随着科技的发展与时俱进,因而要树立起终身学习的观念。
   另外,大学物理课程面对的是具有不同专业背景的学生,还应加强大学物理与各理科专业的融合、渗透,甚至文理渗透。虽说大学物理主要不是为专业课程服务,但也应当对专业的需要作适当的考虑,在联系实际问题的时候要区别对待和有所侧重,在内容的安排上做适当的增删和深浅程度有别,力图使学生能够比较顺利地把物理理论运用到相关领域或实际工作中去。特别是当今基础教育发展的趋势是大力提倡各学科的“整合”,尽量减少科目,设置跨学科的综合课程。高等师范院校在课程的设置上更应该注重融合、渗透和综合性,使学生受到符合将来工作要求的思维训练。
  五、开放式的考核形式和科学的评价标准
   大学物理的教学目标是在传授物理基础知识的同时,以培养学生观察问题和分析问题的能力、主动获取知识的能力、应用基础知识创造性地解决问题的能力为重点,引导学生勤于思考、善于思考,努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。教学目标是教学活动的出发点和归宿,学生学业的考核和评价标准也必须以教学目标为依据。然而,目前的评价手段绝大多数还只停留在传统的知识量观,即以闭卷考试的形式进行,它完全以学生掌握知识的多寡、深浅来评价教育质量的高低。这势必把人才培养的重点放在知识记忆和应试能力上,会导致学生以
  死记硬背等方式被动地应付考试,显然不利于学生科学素质与能力的提高和全面发展,也很难实现既定的教学目标。一个科学的、全面的评价标准应该包括对知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的评价,这就需要采用更合理的、开放的考核形式。
   除了传统的考试,教师应该更多地采用一些灵活的、开放性的考核形式。比如设计性实验的形式:教师提出实验课题或研究项目,让学生自己查阅相关资料,推证有关理论,确定实验方法,拟定实验步骤,利用可提供的器材选择和组合实验仪器,做出具有一定精度的定量测量结果,然后将实验结果写成实验报告、科技小论文或科研报告的形式。教师除了对实验数据和结果进行评价外,还应该评价实验的具体步骤和探究过程及思想方法。也可以出一些题目让学生通过自己检索、收集资料,分析、帅选和总结,写出自己的科技小论文。当然,所出的题目必须让学生有自由发挥和研究的空间,最好是跟他们的专业或生活实际紧密相关的问题。或者也可以采用课题研究的形式,就某一个宽泛的课题,让学生从不同的角度、不同的层面,采用不同的方法和手段进行研究,将结果写成综述型报告、理论研究或实验研究论文的形式。这样不仅可以开阔学生的视野和思路,对他们的自学能力、创新能力的培养也起着积极的促进作用。教师在制定评价标准时,不仅要重视目标和结果,还要重视过程和情境,并考虑到学生的个性,采用质性评价与量化评价相结合的形式。尽量使评价更全面和真实、更有利于激发学生的创新思维和实践能力的培养。
   总之,大学物理学作为一门通识性的基础课程,在培养学生的综合素质方面起着不可替代的作用。而且在当今基础教育改革的形式下,对中小学教师的素质要求也越来越高。该课程如何进行改革、使它在促进提高学生素质方面的作用更有效地发挥,是每一位高师大学物理教师都值得认真去思考和探讨的问题。当然,只有将大学物理课程的改革置于当前高等师范教育改革的大背景之下,作为改革整体中的一个部分来进行,才能更好地实现和起作用。
  
   参考文献:
   [1]中华人民共和国教育部[S].基础教育课程改革纲要(试行),2001.07
   [2]中华人民共和国教育部[S].义务教育课程设置实验方案,2001.11
   [3]中华人民共和国教育部[S].普通高中课程方案(实验),2003.04
   [4]赵凯华.对当前物理教学改革的几点看法[J].大学物理,19:2000(2),1,5
   [5]高崇伊.对外系“基础物理学”课程教学改革的思考[J].高等理科教育,41:2002(1),58-61
   [6]郭定和,吴庆丰.探索高等物理师范教育的改革与发展[J].国际物理教育通讯,33:2004(5),32-35
   [7]孟昭辉.物理课程与教学论[M].长春:东北师范大学出版社,2005.01.15-58
   [8]http://ocw.mit.edu/OcwWeb/web/courses/av/index.htm#Physics
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