“大學物理循環教學模式”探索與實踐*

范洋濤 周 倩 劉艷輝 趙 闖 趙光菊

(貴州大學物理學院 貴州 貴陽 550025)

“大學物理循環教學模式”探索與實踐*

范洋濤 周 倩 劉艷輝 趙 闖 趙光菊

(貴州大學物理學院 貴州 貴陽 550025)

為了更加切實有效地開展大學物理教學工作，過去5年內，在大學物理實踐教學過程中，摸索出一套較為有效的“大學物理循環教學模式”，主要對該模式及其實踐情況進行簡要介紹.

大學物理 大學物理教學 大學物理循環教學模式

1 引言

大學物理學是理工科的基礎課程，其內容包括理論課程和實驗課程[1]，其基本研究方法與思維方式對非物理專業理工科學生學習方法和思維習慣的形成有很大影響.通過理論課程學習，學生不僅獲取知識，同時學會建立物理模型、定性分析和定量計算.而實驗課程可以培養學生的觀察、分析、綜合判斷能力，開闊學生思路和視野，利用已掌握的理論知識和實驗室器材可以激發學生探索和創新精神[2,3].因此，大學物理教學改革已經成為提高教學質量的焦點.隨著現今大學的規模不斷擴大，非物理專業的大學物理教學改革也面臨許多亟待解決的問題.

從教師的角度來看，主要存在以下問題：

(1) 課程安排課時不能完全覆蓋教學內容，課程介紹的前沿知識與現代應用方面不足.

(2)教學大綱與各專業之間的結合不夠緊湊，忽略了專業之間的差異性.

(3)教學手段不夠豐富，理論課程與實驗課程很難同步，課堂演示實驗幾乎為零，很難提高學生學習的積極性.

(4) 大學物理教學得不到足夠的重視.

從學生的角度來看，主要存在以下問題：

(1)學生自主學習能力不足，習慣于單一課堂上的學習.

(2)作為一門基礎課，大學物理課在大學一年級下學期開始講授，對于剛從高中升學的學生來說，仍習慣于高中物理的學習方法，沒有有效掌握高等數學的微積分思想，從而影響大學物理的教學質量.

(3)學生與學生之間的個性化差異，使得教師在教學過程中不能兼顧到位.

為了提高大學物理教學質量，克服大學物理教學過程中面臨的困難，提出了“大學物理循環教學模式”，在過去5年的教學實踐中取得了較好的教學效果.本文主要介紹“大學物理循環教學模式”的思想及實踐情況.

2 大學物理循環教學模式

大學物理作為公共基礎課，一般采用自由選課系統選課，從而導致教學班內學生專業眾多，“大學物理循環教學模式”是考慮到學生之間的專業不同而把大學物理課程劃分為不同的模塊，并與學生專業結合，以具體模塊對應大學物理基本原理為基礎，提出適合學生解決的交叉學科問題，以問題為導向，引導學生自由組合成學習、研究小組來解決設定的問題，并給予適當引導，最后將結果反饋到課堂教學過程中，基本思想如圖1所示.

圖1 “大學物理循環教學模式”示意圖

這種模式幫助學生在課堂上掌握好基本理論，同時，利用課外時間進行學研結合來解決具體問題，從而加強學生對基本理論的理解，克服實踐教學課時不足的問題.這個模式充分發揮了學生的學習主觀能動性與群體協同性，豐富教學的同時調動了學生對大學物理的學習興趣.

3 大學物理循環教學模式實踐

結合歷年的大學物理教學實踐，主要針對機械自動化、土木工程、生物制藥、有機化學、無機化學、數學、計算機等專業開展大學物理教學，基于以上專業的特點劃分大學物理理論體系，主要有電磁學理論模塊、力學模塊、量綱分析及靜電學等理論模塊，分別與機械自動化專業、土木工程專業、生物學專業、數學專業及計算機專業結合，開展完成相關交叉學科問題研究，下面以兩個典型案例介紹“大學物理循環教學模式”實踐情況.

3.1 車載直流發電器的設計

將54只發光二極管并聯接入回路，當自行車車輪轉動起來，發電器能夠輸出一定的電動勢，調整好圖2(b)中發光二極管組的接入方向，發光二極管組能夠正常工作.4種顏色的發光二極管均發光.由此可以說明，車載發電器已經正常工作，輸出穩定、單一方向的電流.通過調整線圈中鐵芯等影響電動勢的因素，學生能夠更加直觀地理解、掌握電磁感應定律.

圖2 車載發電器線圈分布結構及實驗結果

3.2 生物粒子內吞問題研究

這部分工作是將理想氣體壓強公式p=ckBT推廣到稀溶液體系，使學生進一步理解理想氣體壓強公式在稀溶液體系中的應用，即稀溶液體系中的滲透壓，其實質為熵驅動的排空效應問題.由生物、力學、物理等專業學生組成團隊，以生物粒子內吞過程為切入點，由生物專業學生簡介內吞過程的基本生物過程，使成員了解內吞過程，然后小組成員一起分析內吞過程的物理因素，最后由物理、力學專業的學生建立具體的物理模型.整個過程，教師給予學生適當指導，解決具體困難問題.

圖3 生物粒子內吞示意圖及其結果

4 總結

通過“大學物理循環教學模式”的實施，學生能夠以團隊的形式開展工作，鍛煉了學生的實踐能力，培養了學生團隊協作精神，緩解了教學過程中實踐教學課時不足的困難.通過把成果反饋回課堂，豐富了教學手段，激發了學生自主學習的積極性，提高了課堂教學效果，通過開展“大學物理循環教學模式”，取得了一系列教學成果：

(1)以“大學物理循環教學模式”獲得的成果為藍本，進一步擴展，編輯成了貴州大學通識課“生活中的物理學”講義.

(2)“大學物理循環教學模式”獲得了貴州大學高等教育研究項目及貴州大學省級本科教學工程項目資助.

(3) “大學物理循環教學模式”使一批非物理專業本科生獲得較好的物理基礎培訓，一批一直參與“大學物理循環教學模式”的學生以優異的成績獲得研究生免試保送資格，分別保送到中國科技大學、中國科學院巖土所、東華大學等院所，他們的反饋顯示“大學物理循環教學模式”為其研究生期間的工作奠定了基礎.

(4)部分學生在SCI收錄期刊[6]和《物理通報》等刊物發表了研究論文10余篇[7,8]，相關設計獲得貴州大學實驗儀器設計二等獎，甚至出現了原來對大學物理毫無興趣的學生，轉而對大學物理產生了濃厚興趣的情況.

1 馬文蔚,蘇惠惠,解希順.物理學原理在工程技術中的應用(第3版).北京：高等教育出版社，2006

2 嚴燕來,葉慶好.大學物理拓展與應用.北京：高等教育出版社，2002

3 趙凱華,陳熙謀.電磁學(第2版).北京：高等教育出版社，1984

4 馬文蔚.大學物理學(第2版).北京：高等教育出版社，1984

5 孫桓,陳作模,葛文杰.機械原理(第7版).北京：高等教育出版社，2006

6 Zeng Yan, Liu Yanhui, Chen Yingbing, etc. Dependence of Endocytosis Caused by Depletion Effects on the Aspect Ratio of Colloidal Particle. Journal of Biological Systems, 2015, 23(1): 49～56

7 金永貴，張杰，張國軍，等.非接觸式車載直流發電器的原理設計與實驗.物理通報，2014(6)：37～39

8 劉艷輝，毛偉，陳盈冰.基于“生物磁現象”的電磁學教學拓展.物理通報，2014(6)：25～28

Exploration and Practice on theCyclingTeachingModeofUniversityPhysics

Fan Yantao Zhou Qian Liu Yanhui Zhao Chuang Zhao Guangju

(College of Physics, Guizhou University, Guiyang, Guizhou 550025)

In order to more effectively carry out the university physics teaching in the teaching process, it is necessary to carry out the practice teaching based on physical theory. In the past five years, an effective cycling mode for teaching of university physics has been detected and practiced. The highlight of this mode will be introduced in this article.

university physics； teaching of university physics； cycling mode for teaching of university physics

*貴州大學高等教育項目(2014)；貴州大學省級本科教學工程項目,項目編號：SJJG201615；貴州大學SRT項目，項目編號：2015141；貴州大學實驗室開放項目(2016).

趙闖(1981- )，男，博士，副教授，主要從事軟凝聚態物理方面的研究.

2016-12-15)