大學物理3D課堂教改初探

葉興浩

摘 要：為培養兼具基本知識、創造能力、科學精神的立體型人才，文章探索一種以學生實踐為核心、以“制作、展示、研討”為主線的大學物理3D課堂教學模式，主要集中闡述了大學物理3D課堂的含義與目標、框架體系及考核方法，并對3D課堂的未來規劃做以簡要的分析。

關鍵詞：教學改革；大學物理；3D課堂

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2016）05-0012-03

大學物理是高校多數學生的必修課程。長期以來，包括該課程在內的幾乎所有大學課程，采用的是傳統課堂教學模式，即教師一堂課講授到底，學生完全被動聽課，最后期末考試一錘定音。這種從書本到書本、到試卷的教學方式，扼殺了學生學習的主動性和創造性?；萜展厩癈EO、不久前宣布參選美國總統的卡莉·費奧里娜女士說，中國學生擅長考試，但缺乏想象力和創造精神[1]。這話雖有一竿子打死的味道，但確也道出了中國教育的要害。

物理學史上，我們看到，法拉第、富蘭克林等，雖然沒上過多少學，卻有偉大的科學發現和創造[2-4]。而我們現在的好多學生，從中學到大學，學習了那么多年的物理，做了那么多的題目，到頭來，卻連一個小物件壞了也不會修，甚至連一個螺釘也不會擰。如此反差，又是為什么呢？——動手實踐的問題！

注重理論聯系實際，讓學生在實踐中自主學習、探究創造，就是我們大學物理課堂教學改革的理念。這一理念，是基于對大學物理的教學現狀——也是對整個國家的教育現狀和人才問題的認識。我們期望通過強化實踐創造的3D課堂教學模式的實施，為培養富有想象力和創造精神的新型人才探索一條路子，同時也從高等教育的層面呼應當今“大眾創業、萬眾創新”的國家戰略[5]。本文結合大學物理3D課堂的教改運作，對大學物理3D課堂的含義目標、框架體系及考核方式進行梳理，對3D課堂的初步實踐加以總結，并對3D課堂的未來發展做出規劃。

一、大學物理3D課堂的含義與目標

大學物理3D課堂的“3D”，指的是“Do，Display，Discuss”，即“制作、展示、研討”（圖1）。其中“制作”是課堂外的實踐活動，作品的“展示”在課堂上進行，展示過程中進行課堂“研討”，且問題及實踐的研討可以在課外進一步向網絡平臺及實踐空間延伸。概括地說，大學物理3D課堂就是，在教師精心點撥大學物理核心知識體系、學生精心制作課題報告和實物裝置的基礎上，定期組織課題和實物的課堂展示與問題研討。以課題報告、實物制作、研討作業、期末考試四項內容綜合評定學生的課程成績。3D課堂將教室里的小課堂，拓展到了教室外的大課堂，課堂的主體是學生，教師發揮引導作用。

3D課堂的目標是培養三維立體創造型人才。這三個維度分別是：知識（K-knowledge）、能力（C-capability）、精神（S-spirit），即物理基本知識、實踐創造能力、科學探究精神（圖2）。這里，知識維度是傳統課堂教學的目標，能力維度是大學物理3D課堂著力追加的目標，精神維度則是3D課堂更高境界的追求目標。具體地講，這三大目標是：（1）知識目標：大學物理3D課堂實施“瘦身”學習法，化繁為簡，去瑣存精，把最基本的大學物理思想方法、概念關系、定理定律、典型應用等核心內容，作為學生的知識架構目標。（2）能力目標：大學物理3D課堂注重學以致用，以用促學。學生通過3D課堂的學習實踐，不僅增長知識，更增長才干。實物制作培養動手實踐創造能力，報告制作培養調研分析處理能力；課堂展示培養表達應對溝通能力，互動研討培養提問質疑探究能力等。其中培養想象力和創造力是貫穿這些能力的核心。（3）精神目標：大學物理3D課堂在創新教學模式、培養實踐技能的同時，更追求學生科學精神的提升。這些精神包括實干精神、創新精神、懷疑精神、挑戰精神、冒險精神、吃苦精神、執著精神、合作精神、獨立思考精神等，以及好奇、童心、熱愛等品質因素。

二、3D課堂的框架體系

大學物理3D課堂首先進行小班試驗。班級人數不超過40人，根據自愿組合原則，組建10個左右的學習小組。課堂教學緊緊圍繞“制作、展示、研討”三個D展開（圖3）。

第一個D“制作”，是學生的課外實踐。除了精選適當數量的知識作業要求學生完成外，更注重課題研究和實物制作兩大實踐作業。課題研究要求選擇與課程相關，同時又可作知識拓展的不同方面的內容。實物制作要求兼顧本學期的知識體系，選取感興趣的方面，盡可能利用身邊閑置的乃至被廢棄的材料，動手制作體現一定物理學原理的實物裝置。這兩大實踐作業，均以小組為單位，人人參與，個個動手，合作完成，按計劃分期進行課堂展示。

第二個D“展示”，在課堂上進行。除了教師把精心梳理的大學物理核心知識向學生生動展現外，更引入學生課題研究和實物制作的展示。課題研究以精心準備的PPT報告進行課堂展示，小組成員集體匯報他們對選取課題所做的系列工作。實物制作以精心制成的器件裝置進行課堂演示，報告所制作物件的物理原理、制作經歷及收獲體會等。對于每一次的課題報告及實物展示，均要求組員人人上場，相互配合，作好演示、講解及問題回答工作。

第三個D“研討”，相當大一部分在課堂上進行，另外也向課外實踐空間及網絡平臺延伸。每一次課題報告和實物展示之后，當堂組織討論，以小組為單位，向講臺上的報告和實物展示組全體成員，提出涉及物理學原理、知識、應用等方面的各種各樣的問題，進行互動研討。問題研討也包括，對教師精心選講的物理學基本思想方法、概念關系、定理定律及應用實例，采用若干典型的思考選擇題進行師生互動研討。當然，無論是課程知識方面的問題，還是課題研究和實物裝置涉及的問題，都不可能在有限的課堂時間里得到深入細致的討論。為此，我們將利用建設中的大學物理實踐中心及網絡學習交流平臺，把知識及實踐問題的研討延伸至課外。

在大學物理3D課堂中，制作實踐成為課堂教學改革的重頭戲。學生的課外制作實踐，及其在課堂上的展示和研討，可以輻射知識、能力乃至精神的四面八方。通過3D課堂的“制作、展示、研討”，我們期望切切實實增強學生學習的主動性，提高解決實際問題的能力，提升敢于疑問、百折不撓、執著奮斗的科學精神，造就富于想象和創造的時代人才。

三、3D課堂的課程考核方式

與“制作、展示、研討”的課堂構架相配套，大學物理3D課堂采用形成性、多維評價課程考核體系。學生的期末總評成績由四個方面構成。（1）研討作業：由課堂出勤、研討提問、課后作業三部分給出。（2）報告成績：由課題研究、PPT報告、問題回答綜合評定。（3）實物成績：由器件制作、演示講解、疑問答復綜合給分。（4）考試成績：期末試題分選擇題、計算題、簡述題三種題型，考查學生對最基本的概念關系、定理定律的把握，以及對課堂報告、實物制作、問題研討中涉及的物理學原理應用內容的了解。

以上四個部分，課題報告、實物制作、研討作業，各占總成績的20%，期末考試占40%，但期末考試中仍然要考到報告、實物、研討這三塊內容，因此實質上，課程報告、實物制作、研討作業、基本知識考試，各占了總成績的25%（圖4）。

四、3D課堂的初步實踐

筆者在2015年上半年的大學物理教學班上，嘗試了大學物理3D課堂教學模式。首先，確定了一學期必須教學的大學物理核心知識體系，設計了服務于該體系的各章知識練習，題型包括選擇題、計算題和簡述題，內容涉及各章最基本的物理思想方法、概念關系、定理定律及工程應用。其次，在課程開始，即向學生說明課程考核方式，宣布其由“課題報告”、“實物制作”、“研討作業”、“期末考試”四項構成，以及各項所占總成績的比例。第三，根據自愿組合原則，對學生進行分組，每組3到4人，讓各小組選擇配套本學期知識內容的課題報告題目方向，約定分布到整個學期不同周次的具體報告時間。第四，下達實物制作任務，具體制作何種裝置由各小組自行決定，以與本學期知識相關為宜，于適當的時候，在課堂上進行作品展示討論。第五，對每一次的課題報告及實物展示，均組織課堂討論，以組為單位至少各提一個問題，請報告展示組人員回答或供大家集體研討。經過近一個學期的教改實踐，這種以“制作、展示、研討”為主線的大學物理3D課堂教學模式已初具形式。

3D課堂的核心是實踐。一個學期下來，學生制作、展示、研討了《共振的應用與危害》《汽車發動機原理》《生活中靜電技術的應用》《電容器的分類及其應用》《電磁技術與環境工程》《電磁效應與醫學技術》《電磁技術與媒體應用》《磁懸浮技術——原理、應用及發展》等課題報告，以及直升飛機模型、飛去來器、重力小車、聲學共振裝置、航模動力裝置、磁懸浮裝置、靜電轉動裝置、直流發電機、太陽能動力裝置、光立方、電子音樂發生器、電子錄放機等實物裝置。這些實踐活動體現了“學、思、干”三者的有機結合——以實踐帶動學思，學思又更好地推動實踐。例如，《電磁線圈與現代生活》課題報告的制作，引發自感互感、渦流效應等多方面知識的學習和思考，進一步又催生電磁效應探礦裝置等的制作。又如，電聲弦樂器的制作，帶出電磁感應、振動、駐波、頻率與弦長關系、十二平均律等眾多的知識內容，進一步又促成收音機、無線播音器等多種器件的制作實踐。

以實踐帶動學習的大學物理3D課堂，大大改變了學生以往被動學習的狀態，代之而來的是主動學習、積極探索、勤于實踐的嶄新局面。分組制作、集體研討的教學方式，以一個小組的報告和實物的課堂展示，帶動起整個班級的學習、探索、實踐，形成一個整體輻射效應，其激勵效果十分明顯。學生學習積極性提高，參與性增強，上課玩手機、打瞌睡等消極現象消除，教學效果良好。

五、未來規劃

為更好實施大學物理3D課堂教學改革，有兩個平臺需要建設。

（一）制作實踐平臺

大學物理3D課堂，原則上可以因地制宜、白手起家，不需要特別的硬件條件。但我們期望為學生提供一個堅實的課外實踐平臺。為此，計劃創建“大學物理實踐中心”。該中心區別于一般的大學物理實驗室，它不是安排好實驗器材讓學生按部就班做某個確定的實驗，而是著力營造兩個空間：動手制作的實踐空間——為學生制作實物裝置提供一處公共實踐場地，以及一些必備的儀器工具材料，便于學生相互交流研討、發揮想象、動手創造；示范激勵的展示空間——為3D課堂教改實踐提供一處經常性的成果展示場地，通過系列作品的展出，既給學生以示范激勵，也為教師相互交流、觀摩研討、分享教改提供渠道。

（二）完善網絡學習平臺

由于課時的限制，一些物理知識點的學習需要放到課外。為此，將制作與課程配套的知識視頻、PPT課件、練習題庫等，把它們放到網絡教學平臺，供學生課外預習、復習和研討。同時，也可利用網絡空間，展開課外制作實踐的互動研討。

隨著3D課堂教改實踐的展開，教師將及時總結經驗，改進方法，提升教學效果和質量。通過一系列的深入實踐探索，不斷豐富3D課堂教學模式的內涵，打造課堂教學模式改革的精品，并適時撰寫大學物理3D課堂教改論文及課程教材，將3D課堂教學模式由個人試點，逐步向系、院、校乃至更大范圍推廣。

大學物理3D課堂教學模式，基于對國家的教育狀況和人才問題的認識，以培養自主學習、富于想象、執著探索的立體型創造型人才為主旨，圍繞“制作、展示、研討”三大環節，強化理論與實踐的結合，使學生在掌握物理學基本理論知識的同時，更得到實際能力的提高、興趣愛好的激勵和精神意志品質的提升。課程采取形成性綜合考核方式，以課題報告、實物制作、研討作業、期末考試四塊內容確定學生的總評成績。在教改實踐中，教師對3D課堂教改模式的框架體系、實施策略、關鍵問題、方式方法等已形成初步的認識，取得了較好的教學效果。未來制作實踐和網絡學習兩大平臺、課程教材等方面的建設，以及教改實踐中的不斷摸索總結、交流研討、改進提高，將使3D課堂教改模式走向成熟完善，并向更大的班級、課程、地域范圍推廣普及。

參考文獻：

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