基于以学生为中心的大学物理课堂教学改革实践研究

梁兰菊，李建全，黄传鑫，吕依颖，李爱云，张兴坊

(枣庄学院 光电工程学院，山东 枣庄 277160)

0 引言

党的二十大报告提出，我们要努力办好人民满意的教育，全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，加快建设高质量教育体系[1]。教育是国之大计、党之大计；教师是立教之本、兴教之源。“大学物理”课程是新一代信息技术的基础支撑课程，为贯彻落实好党的二十大指示精神，推进教育高质量发展，需加强大学物理基础课教师队伍建设，认真落实立德树人根本任务，做言为士则、行为世范的大先生。

不少学者针对如何更新教师教学理念，提升教师教学教学能力，创新课堂教学方法进行实证研究。别敦荣[2]提出通过加强教师培训、突破教材中心地位和培养学生自主学习进行大学课堂革命。叶信治等[3]提出构建教学和科研、教学和服务，以及教学、科研和服务协同育人体系，以适应新时代人才培养需要。王喜旺等[4]认为回归课堂教学，开展“课堂革命”成为现阶段新建本科院校的首要任务。艾兴等[5]建构了基于教师能力标准的“教师专业水平的校本化发展层次框架-校本化的教师能力评测-教师发展的校本需求诊断”三位一体的理论模型，推进教师校本化发展从理论向实践转化。王秀梅等[6]对虚拟教研室建设提出可行性建议。本文针对教师教学理念更新、增强教师教学能力、人才培养质量提升和课堂教学改革做了一些实践探索，取得了一些成果[7-10]。

“大学物理”作为理工科专业的公共基础课，涉及的理工科专业较多，存在学生学情情况较为复杂、课程育人功能不完善、重知识轻能力、评价方式单一等问题。课堂教学学生被动接受知识，多以知识灌输为主，师生互动少且缺乏深度交流，教学模式和方法单一，教师教学理念落后，教学内容脱离实际生活和最新科技前沿，现代信息技术应用与教学覆盖还不够全面，贯彻落实立德树人根本任务还有所欠缺，因此目前大学物理教学与习近平总书记对教师的殷切期望还有较大差距。为了适应新时代教学改革要求，必须对大学物理教学模式进行改革实践。在此背景下，本文提出基于以学生为中心的“大学物理”课堂教学改革实践研究，构建了价值引领、项目式推进、任务驱动的师生学习共同体，实现了学习有热度、内容有深度、过程有梯度、评价多角度、教学有高度、思政有温度的大学物理“六度”高效课堂。

1 大学物理课堂存在的问题

1.1 传统教学方法在课堂教学中占主导地位，现代教育理念在课堂教学中应用少

大学物理课堂中传统的教学方法占主导地位。传统教学方法的特点是“教师中心”，课堂教学是以教师为中心展开的，存在教师从头讲到尾、单方面输出知识、学生被动接受知识、学生课堂教学参与度低等现象。多年的教学使教师已经形成固定的教学模式，存在课堂教学读PPT课件等问题。随着信息时代的发展，学生获取知识渠道呈现多元化，这就促使新的教学理念融入课堂教学，在这一变化过程中，存在教师对新的教学理念不重视、认知度不足等问题，导致教师教学模式和教学方法单一。

1.2 教学内容深度广度延展度不够，“两性一度”体现不足，与学科前沿脱节

大学物理授课内容主要依据教材内容进行讲解，教材的选择一般情况是一本主教材，几本辅助教材。在实际教学中，存在主要讲主教材，忽略辅助教材的现象，结果导致课堂教学内容“以本为本”，教学内容反映学科前沿少，与行业和社会需求有一定的差距，教学内容的深度和广度不足，专业思想渗透不够。在学生作业环节，主要是以课后习题为主，缺少拓展性作业、实践性作业，无法考察学生应用所学知识解决实际问题的能力，即教学内容在高阶性、创新性与挑战度等方面没有体现出来。

1.3 课程思政融入课堂教学着力点挖掘不够深入，课堂教学落实立德树人根本任务不明显

大学物理教学课程思政融入课堂教学挖掘不深，课程思政元素找不到着力点。大学物理课程教学内容主要以经典物理学为主，经典物理学基本是由国外的科学家创立，在学生心目中产生对国外科学的崇拜，缺乏对中国科学做出贡献的认同感。课堂教学中，授课教师重点关注教学内容的讲解，在课程思政融入教学方面下的功夫少，深度挖掘思维方法、思政元素、价值塑造、知识传授和能力培养等方面课堂教学融合度不够，导致贯彻落实立德树人根本任务效果不明显。

1.4 大学物理课堂教学中存在教师为主导满堂灌现象，教学模式单一，难以体现以学生为中心的教学理念

传统大学物理课堂教学是教师讲学生听，存在教师满堂灌的现象，师生互动少。有些章节理论性比较强，需要教师带着学，但是存在部分教师一个学期的课程都是这样上，教学手段落后，教学模式单一，学生学习兴趣不足，参与度低，难以体现以学生为中心的教学理念。以学生为中心的教学理念，需要教师花更多精力去了解学生，启发学生，需要去创新教学方法。但是部分教师在教学中担心教学效果不愿意创新，不重视信息技术创设教学环境，导致学生课堂教学模式固化，学生学习兴趣低，自主学习能力差，难以激发学生创新意识。

1.5 传统教学考核评价模式单一，课程考核重期末成绩，轻平时成绩，不能持续激发学生学习热情

传统大学物理教学考核评价模式主要是期末考试成绩占70%，平时成绩占30%。期末考试主要是以试卷形式考核，平时成绩主要是由学生平时作业、考勤和实验成绩三部分组成。传统的考核方式简单容易操作，但是这种考核方式导致学生只重视期末考试，而忽略了平时的学习，学生培养质量得不到有效提升。忽视过程性考核也不能持续激发学生学习热情。期末考试试卷内容大多考察学生对基本物理知识的掌握，对物理知识的应用考核的少，使学习的物理知识和物理知识应用脱节，与应用型人才培养目标的要求有一定的差距。

2 大学物理课堂教学改进措施

2.1 革新教师教学理念，加强教师培训，转变教师教学行为由传统教学到现代教学，打造“六度”的高效物理课堂

教师在课堂教学中的作用具有不可替代性，改变传统的课堂教学模式，首要任务就是改变大学物理教师的教学模式，这就需要教师具有自我否定精神和不断学习的精神，最终学习和掌握新的教学理念应用于教学中，对于大多数教师来说，这是一个痛苦的过程。因此，课堂教学改革的难点之一就是教师。本文的改进措施就是以物理教研室为单位，对大学物理教师进行培训，以此转变教师教学行为，提升教师教学理念和教学能力。通过教学革新，大学物理课程形成了以立德树人为根本、以学生为中心、以教师为主导的创新课堂教学理念。坚持以OBE和工程教育模式为导向，融合现代信息技术，构建价值引领、项目式推进、任务驱动的师生学习共同体。开展线上线下、课程内外深度融合的混合式教学，打造学习有热度、内容有深度、过程有梯度、评价多角度、教学有高度、思政有温度的“六度”高效课堂。

2.2 重构教学内容，引入生活中的物理现象、热点和科技前沿，丰富教学资源，渗透专业思想，提高学习的热度、深度和高度

课堂革命的重点任务之一是突破教材中心地位。别敦荣教授指出：“一本书的大学不可能培养创新型、应用型和复合型人才，更不可能发展一流的本科教育”。本文采取的措施是在教材的基础上重构教学内容，引入生活中的物理现象和热点问题，优化教学设计，拓展课堂知识学习的广度和深度。例如：在动量守恒和动能守恒知识点讲解中，引入冬奥会谷爱凌和苏翊鸣夺取自由滑雪冠军事件，让学生主动思考滑雪运动员在大跳台比赛中可以始终保持在赛道中的原因和用到的物理规律。结合教师的科学研究方向，将最新的科学研究成果融入课堂教学，激发学生学习兴趣，引导学生阅读最新科学文献，推进学生开展科学研究活动。例如：在电磁波章节中融入太赫兹的科技前沿内容，让学生加深对电磁波的理解，从而提高学生学习的高度和深度。发挥产教融合、校企合作优势，积极推进实践教学，让学生走进实验室、进入教学课题组、走进企业等进行实践锻炼，让企业工程师进入课堂介绍企业最新的发展动态，增强理论与实践结合，扩充课堂教学内容，激发学生学习热度，引导学生主动学习，培养学生的创新意识、科研能力和实践能力，以此提高课程教学的高阶性、创新性、挑战度和兴趣度。

2.3 加强大学物理课程思政建设，修订完善大学物理课程教学大纲，构建“三全育人”大学物理课程思政育人体系，打造有温度课堂

传统的大学物理课程育人功能不完善，缺少恰当的思政元素融入，难以实现“知识传授”和“价值引领”相统一。针对存在的问题，本文采取的措施是：首先，重视大学物理课程思政建设，通过引入科学史实，融入辩证思维，重视实践教学，激发学生的爱国主义情怀和科学素养，提高学生的辩证思维能力，引导学生树立正确的人生观、价值观和世界观，全面贯彻落实立德树人根本要求。其次，物理教研室全体教师集体修订大学物理教学大纲，对每一个章节融入课程思政元素都做了要求，形成了课程思政案例库，教师授课按照大纲执行。最后，教研室开展教研活动，集体讨论课程思政授课情况，及时总结经验并增加新的案例。在大学物理课堂教学中，还应积极贯彻落实学校“777互联互通”育人工程，形成了思政课教师、专业教师、辅导员、班主任等全员育人、全程育人、全方位育人的“三全育人”格局。

2.4 创新教学方法和手段，开展项目式教学，加强现代信息技术课堂融入，营造自主、合作、探究式学习环境，提高了学生的学习热度，搭建了教学有梯度的课堂

课堂教学要开展项目式教学，将大学物理知识内容中的运动学、力学、振动与波、热学、电磁学、光学、量子力学的教学内容，分为不同的教学模块。每个模块中筛选出一个合适的项目，通过任务驱动，要求学生分组讨论、学生讲解、老师引导，让学生自主完成教学项目。在实施过程中，加强现代信息技术融入，充分利用MOOC、雨课堂、腾讯课堂、微信群、物理学科竞赛基地、虚拟仿真实验室、物理演示与探索试验等丰富的教学资源，营造自主、合作、探究式学习环境，实现线上线下、课内课外互联互通。例如，力学部分选取复摆测重力加速度、门的制动、李萨如图形绘制仪、计算高台跳水水池的最佳高度等项目；在热学部分选取线膨胀系数试验仪改进、液体表面张力实验改进等项目；在光学部分选取测细丝直径、测液体折射率、测二氧化硅薄膜厚度等项目。通过项目式教学，营造自主、合作、探究式学习环境，提高了学生的学习热度，搭建了教学有梯度的课堂。

2.5 实施全过程学业评价，强化基于学习数据的过程性考核，探索“非标准答案”考核方式，构建多角度的课程评价体系

改变传统大学物理考评模式，构建多角度的课程评价体系。课程考核由三部分组成：(1)平时成绩占30%，主要包括课堂表现、随堂测试、课后作业、线上课程学习等；(2)单元测试成绩占20%，一个单元学习结束对学生进行考核，考核内容包括知识测验、技能考核、设计展示、课程论文、专题报告、案例分析、实习实训报告等；(3)期末考试成绩占50%，在期末考试中设置非标准答案试题，至少占考试试卷的20%，考查学生应用所学知识解决问题的能力。

3 大学物理课堂教学改革典型案例

通过课堂革命和教学改革创新，大学物理课堂形成了教师主导、学生中心，坚持产出导向的教学理念。在课堂教学中充分发挥教研室作用，利用现代信息技术，通过项目式推进，构建师生学习共同体，开展线上线下、课堂内外混合式教学，构建学习有热度、内容有深度、过程有梯度、评价多角度、教学有高度、思政有温度的大学物理“六度”高效课堂。下面以大学物理光学部分“薄膜干涉的应用”一堂课的课前、课中和课后为例进行分析说明。

3.1 课前教学准备，做到教研室有审查监督指导，教师做好充分准备，学生明确学习目标和做好课前预习。

确定目标任务(目标驱动)。教研室的目标任务：教研室审查教师教学内容，并组织教研讨论，主要是从教学理念是否新、教学内容是否实、教学设计是否巧、教学方法是否先进、课程思政融入是否恰当、课堂教学考核评价是否多样等方面进行审查，要求教师不断完善课堂教学。教师的目标任务：教师根据教研室反馈，按照教学大纲要求进行备课，并给学生布置线上课前预习作业，预习内容包括学习清单及重难点，按照项目式推进教学方法布置项目任务，教师及时了解学生课前预习情况，学生对知识的掌握程度。学生的目标任务：完成教师布置的预习作业，并反馈。

课前学习清单(线上完成)。通过观看视频、MOOC、云班课、雨课堂等预习本节课内容，完成课后作业，重点理解等倾干涉和等厚干涉的区别，劈尖干涉的规律和应用(学生自主学习)。尝试用MATLAB等计算软件模拟等倾干涉和等厚干涉(教学内容拓展)。项目任务：用光学方法测量头发丝直径(非标准答案测试)。

3.2 课中提高效率，做到“以学生为中心”，教师进行启发式教学、实验演示、随堂测试，学生分组讨论，增加教师学生互动。

教学理念体现“以学生为中心”的教学理念。“薄膜干涉的应用”这堂课的教学内容、教学设计、教学方法、课程思政、课堂考核都是以学生为中心展开，整个教学过程是经教研室审核，经过多次反复修改定稿。

教学内容体现高阶性，即重难点突出、理论联系实际、反应学科前沿、知识拓展有深度。“薄膜干涉的应用”这堂课重点讲解等倾干涉和等厚干涉的区别、劈尖干涉的规律和应用。由课本中的实验内容测量肥皂沫的厚度，拓展用MATLAB软件计算薄膜厚度，并演示测量芯片厚度实验。芯片厚度测量实验是团队教师正在参与国家级项目中其中一个实验，通过课堂演示实验便于学生了解薄膜干涉的应用，也可以使学生了解教师正在从事的科研工作，同时拓展了知识范围，反映最新科学前沿。

教学设计体现互动性，即打破常规教学设计，围绕怎么调动学生积极性、增加学生自主学习和师生互动学习为目标进行教学设计。“薄膜干涉的应用”这堂课中首先是复习前面的学习内容和分析学生线上作业情况。通过课前预习作业，给学生布置一个项目：“用光学方法测量头发丝直径”作为本节课引入点。其次重点讲解等倾干涉和等厚干涉的区别和劈尖干涉的规律和应用，在这个过程中教学设计坚持问题导向，如提出问题“薄膜干涉结果取决于光程差，光程差的影响因素有哪些？”“环形油膜是等厚干涉还是等倾干涉？”等问题，采取教师启发式教学，课堂学生分组讨论然后汇报等形式，设计学生自主学习和师生互动的教学环节。

教学方法体现先进性，即线上线下结合、课堂分组讨论、课堂随机检测、课堂演示实验等，随时调动学生学习的参与度和积极性，调动师生的互动性。线上教学在课堂上应用雨课堂、学习通、腾讯课堂、云班课与学生随时互动，如在师生互动环节，学生可以在线上教学软件上留言，也可以进行线上测试和线上调研等。“薄膜干涉的应用”课堂教学中安排了“测膜厚”线上习题小测试。

课程思政体现融合性，即课堂教学内容一定与思政恰当融合。劈尖干涉测量微小尺寸时，将鲁班工匠精神融入其中，教育学生们对待科学要刻苦钻研，精益求精。课堂演示测量芯片时，融入目前我国在芯片制作、光刻机等方面取得的进展和存在的差距，激发同学们努力学习科学知识，报效祖国的热情。

课堂考核体现多样性，即用多种方式考核学生学习状况。“薄膜干涉的应用”这堂课中设置的主要考核点有分组讨论中个人和小组成绩、随堂测试成绩、线上测试成绩、师生互动成绩等，把学生参与作为考核的重点，参与度高、完成率高的学生获得考核成绩高。

3.3 课后教学总结，对照教学目标找差距，加强课堂教学数据分析，不断优化教学设计、创新教学方法、丰富教学内容、提升教学质量，形成教学典型案例。

课后进行教学总结是一个重要步骤，需要学生在线上反馈课堂学习情况。通过数据分析，情景再现等方式，找到优点和不足，好的方面继承和发扬下去，不足的方面继续优化设计，不断创新教学方法。经过教学总结，“薄膜干涉的应用”这堂课总体上达到了教学目标要求，师生互动、学生互动明显增加。但还是存在一些问题，如何让每一个学生在课堂上参与互动、在课外拓展知识用MATLAB软件计算薄膜厚度方面，学生存在困难。针对这些问题，课后教学改进方面我们设计在小组讨论环节和线上参与阶段增加师生和学生互动环节提升学生参与度。MATLAB软件学习使用一方面在线上资源中补充MOOC课、课外电子资料，另一方面加强课外线上辅导和线下培训，帮助学生快速掌握MATLAB用法。经过教学总结后，对教案进行重新优化，形成教学典型案列，以备下次上课使用。

4 结语

针对“大学物理”课堂教学中存在现代教育理念融入不够、教学内容“两性一度”体现不足、课程思政融入课堂教学不深入、评价考核方式单一、以学生为中心创新教学和以信息技术创新教学环境等方面存在的问题，本文提出以教研室为单位加强教师培训，以学生为中心改变教师教学理念，提升教师教学能力，转变教师教学行为，重构教学内容，丰富教学资源，渗透专业思想，融合最新科技前沿，构建多元化课程考评体系等改进措施，打造“六度”的高效物理课堂，推进课堂教学高质量发展。并以“薄膜干涉的应用”一堂课的课前、课中和课后典型案例进行说明。实践结果表明，“大学物理”课堂教学改革取得初步效果，具有一定的推广应用价值。