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摘要：针对传统大学物理教学存在的问题，对课堂教学模式进行了改革，并设计了量表对改革效果进行调查研究。结果表明更新的教学方法和教学手段使学生的学习兴趣与学习效果都显著提高。
关键词：教学方法；课堂教学；大学物理
作者简介：郝会颖（1972-），女，北京人，中国地质大学（北京）材料科学与工程学院，副教授；赵长春（1964-），女，山西太原人，中国地质大学（北京）材料科学与工程学院，副教授。（北京 100083）
基金项目：本文系中国地质大学教改项目“新人才培养方案下大学物理课程体系与教学模式的改革”的研究成果。
中图分类号：G642. 3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）07-0093-02
课堂教学模式是影响学生学习实效的关键因素。[1，2]传统的物理教学一般采用讲授法，即教师讲，学生听，教师是主角，忽视了学生作为学习主体的能动作用。[3]在教学手段上，尽管近些年来引入了多媒体，但多媒体基本限于展示物理概念、规律的文字描述以及公式的推导，物理过程的动态演示偏少。由于公式推导多用PPT放映，所以反而不利于学生消化吸收，影响了学习效果。因此要想充分发挥大学物理课对人才培养的积极作用，必须对以教学方法和教学手段为核心的课堂教学模式进行改革。
一、教学方法的改革
1.5步式教学法的实践
在课堂教学中，学生是主体，教师起主导作用，尽管这种教育理念很早就已被人们认可，但在教学实践中真正能实现的并不多。针对这种情况，近几年我们提出了5步式教学方法，即预习、提出问题、学生讨论、教师讲解、总结。这种方法改变了以往教师“唱独角戏”的局面，采用学生先预习，然后自主提出问题（也可以由教师提出问题），带着问题进行小组讨论，再由教师讲解，最后引导学生总结的模式。这种教学方法显然把学生推向了主角地位，真正使学生成为了学习的主体。
例如，对于薄膜干涉这部分内容，学生预习后，可能会提出这样的问题，薄膜干涉是用什么方法得到的相干光？明暗干涉条纹的分布是怎样的？光程差与介质的折射率有什么关系？用紫光和红光作为入射光的条纹分布有什么不同？用复合光做这个实验会出现什么现象？薄膜干涉有什么应用等等，教师也可以提出问题。接着，可由教师将这些问题分类，进行小组讨论。讨论后，教师按顺序对这些问题讲解。首先，引导学生分析光路图，一束光经薄膜的上、下表面反射后相遇，由于来自同一条光线，因此满足相干条件，这种方法叫分振幅法。接着分析明暗干涉条纹的分布，引导学生得出光程差公式，在这里要特别强调半波损失的问题。引导学生分析对于劈尖膜，光程差只与厚度有关，因此称为等厚干涉。由于干涉条纹的分布与入射光的波长有关，所以若用复合光做实验，将出现彩色条纹。然后，讨论等厚薄膜干涉的应用，启发学生思考如果在某个区域条纹向棱边弯曲，则说明此区域的薄膜厚度增大，因此可用等厚条纹检验精密加工工件表面的质量。若条纹规则，则工件表面很平；若有条纹向棱边弯曲，则工件表面不平，且有凹下的纹路；若有向反方向弯曲的条纹，则工件表面有凸起的纹路。最后，引导学生对所学内容进行总结。
2.教师适时创设问题情境，激发学生兴趣，实现学生自主探究，进而培养其创新能力和创新意识
传统课堂教学语言往往采用陈述式，尽管很多教师的推理非常严密，一板一眼，但并不受学生欢迎，教学效果不理想。主要原因是没有引起学生的兴趣，没有给学生创造积极思考的空间。如果在教学的各个环节中，教师能及时创设问题情境，激起学生的兴趣，则教学效果会大大提高。问题的提出可以采用以下几种方式：第一，问题背后隐藏着有趣的物理学史故事。例如在讲波动光学时，可以把“光的本质是什么”这一问题作为切入点，介绍历史上有关此问题的争论，引出杨氏双缝干涉这一实验，由实验结果让学生自己得出结论：光具有波动性。再比如在讲量子力学的黑体辐射时，可提出这样的问题：“维恩公式和瑞利－金斯公式的问题出在哪里？有没有与全波段都符合的公式？”接着介绍普朗克仅用一天的时间就把黑体辐射的正确公式“凑”出来的故事，进而引入能量子假设。第二，有些问题可以“故弄玄虚”，引起学生兴趣，如在讲到相对论时，可提出这样的问题：“从前，有一对双胞胎兄弟，哥哥去做太空旅行，弟弟留在地球，60年后，哥哥回到地球，这时弟弟已经成为白发苍苍的老人，而哥哥却依然年轻，这就是著名的“双生子佯谬效应”，这个结论是真的吗？”学生听到这里时，探究动机非常强烈，因此学习效果明显提高。第三，有些问题可以与现代科技联系，同样会引起学生的兴趣，例如在讲到光的偏振时，可创设这样的问题：“立体电影的原理是什么？能否设计实验自己拍摄出立体照片？”第四，有的问题可以与后续专业课联系，如在讲到科里奥利力时，可以对地质学专业的学生提这样的问题：“为什么沿晋陕两省边界向南流的黄河西岸显得比东岸陡峭？”等等。
二、教学手段的改革
1.改善多媒体课件质量，注重物理过程的动态演示及物质结构的展示，建立动画库和图片库
在我国，多媒体技术引入课堂教学已有10年了，这种技术使教学效率大大提高。但在实施过程中也出现了一些问题。很多多媒体课件还仅限于电子教案，即只是物理概念、规律的文字描述以及公式的推导，没有充分发挥其在物理教学中的积极作用。针对这种情况，我们改进了多媒体课件的质量，注重物理过程的动态演示及物质结构的展示，建立了动画库，包括力学、热学、电磁学、振动与波动、光学以及近代物理在内的350个动画。
例如，对于驻波这部分内容，Flash课件可以生动地演示两列传播方向相反的机械波叠加的物理图景，使学生直观地认识到驻波不是行波，两个相邻的波节之间作为一段，同一段内的质点振动的相位相同，相邻两段的质点振动相位相反。再比如，在讲到简谐波的能量时，学生很容易误认为质元在平衡位置时的势能为零，与单个质点的简谐振动混淆。而自从利用Flash动画形象地演示了简谐波中的质元在平衡位置的形变最大之后，学生就很容易理解动能和势能同时达到最大这一结论了。
2.注重板书与多媒体的有机结合
经过多年的实践发现，若电子教案使用不当，会对教学效果产生一些负面作用，主要表现在公式的推导上。在电子教案中公式往往直接给出，不利于学生消化吸收。因此要注意板书与多媒体的有机结合，特别是在推导公式时，尽量使用板书，让学生更容易理解。
3.引入专题，放映录像
在课堂教学中引入一些专题，并采用放映录像的手段来激发学生的兴趣。
如在讲量子力学之前，先放映一段著名物理学家、诺贝尔奖获得者杨振宁的报告《20世纪物理学的主旋律》。杨先生生动地描述了20世纪初物理学所经历的深刻变革，穿插了一些有趣的鲜为人知的故事。他幽默的语言及深厚的物理知识使学生深深地体会到了大家风范，进而让学生对物理学这个研究物质世界最基本、最普遍规律的学科产生了更深刻的认识，同时，对量子力学的学习也充满了期待。而以往没有引入这个专题时，学生总觉得量子力学太难、太枯燥，又不是考试的重点，所以提不起兴趣。在大学物理教学中引入的专题主要包括：“物理学的挑战”、“宇宙中最基本的粒子”、“物理学与美”等等，这些专题都是物理大师的讲座。
三、实施效果
以2009级地质学和资源勘查工程专业为试点，实施更新的教学模式，经过一个多学期的实践后，设计量表对学生的学习兴趣、学习效果进行了调查，调查项目如下：
（1）你对物理概念、规律的建立及其内涵与外延有贴切的理解吗?
（2）通过物理学习，你的数理结合能力有所提高吗?
（3）你能阅读高于大学物理教材水平的资料，并理解其主要内容吗?
（4）你经常能找到现代科技中的物理知识渊源吗?
（5）你知道两个以上物理学中悬而未决的重大问题吗?
（6）通过本课程的学习，你对物理的兴趣有所提高吗？
（7）通过物理学习，你分析问题的能力有所提高吗？
调查完成后，统计了在上述问题中做肯定回答的学生比例，并与2005年的调查结果（即2004级学生）进行比较，如图1所示。可以看出在每个调查项目上2010年的比例都高于2005年。例如在2005年，只有80.1%的学生认为对物理概念、规律的建立及其内涵与外延有贴切的理解，而这个比例在2010年为93.0％，增长了近13个百分点。数理结合能力是理工专业学生的一个重要能力，在2005年，表示通过本课程学习，数理结合能力有所提高的学生为76.0％，而2010年为93.0%，提高了17个百分点。阅读文献是高年级专业学习，特别是在做毕业论文时必须涉及的，因此在低年级时就培养这方面的能力有重要意义。表示能阅读高于大学物理教材水平的资料，并理解其主要内容的学生比例由2005年的61.1％提高到73.9％。物理学是一切现代科技的基础，学习物理不能纸上谈兵，要学以致用。在2005年，有83.2％的学生认为经常能找到现代科技中的物理知识渊源，到了2010年提高到87.3%，这个比例增幅不大，说明应对教学内容进行改革，尽量使教学内容与现代科技相联系。兴趣是最好的老师，如果没有兴趣，学习将是被动的、枯燥的，不会取得好的结果。在2005年，表示通过本课程学习，对物理的兴趣有所提高的学生为65.2%，而2010年这个比例为87.3%，增幅为22.1%，在所有调查项目中，此项调查结果的增幅最大，有力地说明了教学方法与教学手段的改革取得了显著的成效。物理学习的重要目的之一是提高学生分析问题的能力，2005年认为通过物理学习，分析问题的能力有所提高的学生为74.2%，2010年上升到80.7%。总体来讲，大学物理课堂教学模式的改革收到了良好的效果。
四、结束语
大学物理是培养学生科学素质的一门重要课程。实践证明要想真正发挥其培养人才的积极作用，在教学方法上，可采用5步式教学法，同时要注意及时创设问题情境，引导学生自主探究；在教学手段上，应强调多媒体课件对物理过程的动态演示及物质结构的展示，要注重多媒体与板书的有机结合，可采用放映录像的方式引入有趣的专题，激发学生兴趣。以上教学模式的改革取得了显著成效。当然，大学物理教学研究是一个长期的过程，需要我们在实践中不断探索。
参考文献：
[1]苏培升.浅谈大学物理课堂四段教学模式的构建[J].中国成人教育,2009,(7):140.
[2]阎元红.跨学科教学：大学物理教学范式的转变[J].物理与工程,2010,(2):53.
[3]曹春梅,李琦,张冬生.基于大学物理教学的探究性学习课堂教学模式的研究与实践[J].中国电力教育,2007,(S4):499.
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：教学方法；课堂教学；大学物理
作者简介：郝会颖（1972-），女，北京人，中国地质大学（北京）材料科学与工程学院，副教授；赵长春（1964-），女，山西太原人，中国地质大学（北京）材料科学与工程学院，副教授。（北京 100083）
基金项目：本文系中国地质大学教改项目“新人才培养方案下大学物理课程体系与教学模式的改革”的研究成果。
中图分类号：G642. 3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）07-0093-02
课堂教学模式是影响学生学习实效的关键因素。[1，2]传统的物理教学一般采用讲授法，即教师讲，学生听，教师是主角，忽视了学生作为学习主体的能动作用。[3]在教学手段上，尽管近些年来引入了多媒体，但多媒体基本限于展示物理概念、规律的文字描述以及公式的推导，物理过程的动态演示偏少。由于公式推导多用PPT放映，所以反而不利于学生消化吸收，影响了学习效果。因此要想充分发挥大学物理课对人才培养的积极作用，必须对以教学方法和教学手段为核心的课堂教学模式进行改革。
一、教学方法的改革
1.5步式教学法的实践
在课堂教学中，学生是主体，教师起主导作用，尽管这种教育理念很早就已被人们认可，但在教学实践中真正能实现的并不多。针对这种情况，近几年我们提出了5步式教学方法，即预习、提出问题、学生讨论、教师讲解、总结。这种方法改变了以往教师“唱独角戏”的局面，采用学生先预习，然后自主提出问题（也可以由教师提出问题），带着问题进行小组讨论，再由教师讲解，最后引导学生总结的模式。这种教学方法显然把学生推向了主角地位，真正使学生成为了学习的主体。
例如，对于薄膜干涉这部分内容，学生预习后，可能会提出这样的问题，薄膜干涉是用什么方法得到的相干光？明暗干涉条纹的分布是怎样的？光程差与介质的折射率有什么关系？用紫光和红光作为入射光的条纹分布有什么不同？用复合光做这个实验会出现什么现象？薄膜干涉有什么应用等等，教师也可以提出问题。接着，可由教师将这些问题分类，进行小组讨论。讨论后，教师按顺序对这些问题讲解。首先，引导学生分析光路图，一束光经薄膜的上、下表面反射后相遇，由于来自同一条光线，因此满足相干条件，这种方法叫分振幅法。接着分析明暗干涉条纹的分布，引导学生得出光程差公式，在这里要特别强调半波损失的问题。引导学生分析对于劈尖膜，光程差只与厚度有关，因此称为等厚干涉。由于干涉条纹的分布与入射光的波长有关，所以若用复合光做实验，将出现彩色条纹。然后，讨论等厚薄膜干涉的应用，启发学生思考如果在某个区域条纹向棱边弯曲，则说明此区域的薄膜厚度增大，因此可用等厚条纹检验精密加工工件表面的质量。若条纹规则，则工件表面很平；若有条纹向棱边弯曲，则工件表面不平，且有凹下的纹路；若有向反方向弯曲的条纹，则工件表面有凸起的纹路。最后，引导学生对所学内容进行总结。
2.教师适时创设问题情境，激发学生兴趣，实现学生自主探究，进而培养其创新能力和创新意识
传统课堂教学语言往往采用陈述式，尽管很多教师的推理非常严密，一板一眼，但并不受学生欢迎，教学效果不理想。主要原因是没有引起学生的兴趣，没有给学生创造积极思考的空间。如果在教学的各个环节中，教师能及时创设问题情境，激起学生的兴趣，则教学效果会大大提高。问题的提出可以采用以下几种方式：第一，问题背后隐藏着有趣的物理学史故事。例如在讲波动光学时，可以把“光的本质是什么”这一问题作为切入点，介绍历史上有关此问题的争论，引出杨氏双缝干涉这一实验，由实验结果让学生自己得出结论：光具有波动性。再比如在讲量子力学的黑体辐射时，可提出这样的问题：“维恩公式和瑞利－金斯公式的问题出在哪里？有没有与全波段都符合的公式？”接着介绍普朗克仅用一天的时间就把黑体辐射的正确公式“凑”出来的故事，进而引入能量子假设。第二，有些问题可以“故弄玄虚”，引起学生兴趣，如在讲到相对论时，可提出这样的问题：“从前，有一对双胞胎兄弟，哥哥去做太空旅行，弟弟留在地球，60年后，哥哥回到地球，这时弟弟已经成为白发苍苍的老人，而哥哥却依然年轻，这就是著名的“双生子佯谬效应”，这个结论是真的吗？”学生听到这里时，探究动机非常强烈，因此学习效果明显提高。第三，有些问题可以与现代科技联系，同样会引起学生的兴趣，例如在讲到光的偏振时，可创设这样的问题：“立体电影的原理是什么？能否设计实验自己拍摄出立体照片？”第四，有的问题可以与后续专业课联系，如在讲到科里奥利力时，可以对地质学专业的学生提这样的问题：“为什么沿晋陕两省边界向南流的黄河西岸显得比东岸陡峭？”等等。
二、教学手段的改革
1.改善多媒体课件质量，注重物理过程的动态演示及物质结构的展示，建立动画库和图片库
在我国，多媒体技术引入课堂教学已有10年了，这种技术使教学效率大大提高。但在实施过程中也出现了一些问题。很多多媒体课件还仅限于电子教案，即只是物理概念、规律的文字描述以及公式的推导，没有充分发挥其在物理教学中的积极作用。针对这种情况，我们改进了多媒体课件的质量，注重物理过程的动态演示及物质结构的展示，建立了动画库，包括力学、热学、电磁学、振动与波动、光学以及近代物理在内的350个动画。
例如，对于驻波这部分内容，Flash课件可以生动地演示两列传播方向相反的机械波叠加的物理图景，使学生直观地认识到驻波不是行波，两个相邻的波节之间作为一段，同一段内的质点振动的相位相同，相邻两段的质点振动相位相反。再比如，在讲到简谐波的能量时，学生很容易误认为质元在平衡位置时的势能为零，与单个质点的简谐振动混淆。而自从利用Flash动画形象地演示了简谐波中的质元在平衡位置的形变最大之后，学生就很容易理解动能和势能同时达到最大这一结论了。
2.注重板书与多媒体的有机结合
经过多年的实践发现，若电子教案使用不当，会对教学效果产生一些负面作用，主要表现在公式的推导上。在电子教案中公式往往直接给出，不利于学生消化吸收。因此要注意板书与多媒体的有机结合，特别是在推导公式时，尽量使用板书，让学生更容易理解。
3.引入专题，放映录像
在课堂教学中引入一些专题，并采用放映录像的手段来激发学生的兴趣。
如在讲量子力学之前，先放映一段著名物理学家、诺贝尔奖获得者杨振宁的报告《20世纪物理学的主旋律》。杨先生生动地描述了20世纪初物理学所经历的深刻变革，穿插了一些有趣的鲜为人知的故事。他幽默的语言及深厚的物理知识使学生深深地体会到了大家风范，进而让学生对物理学这个研究物质世界最基本、最普遍规律的学科产生了更深刻的认识，同时，对量子力学的学习也充满了期待。而以往没有引入这个专题时，学生总觉得量子力学太难、太枯燥，又不是考试的重点，所以提不起兴趣。在大学物理教学中引入的专题主要包括：“物理学的挑战”、“宇宙中最基本的粒子”、“物理学与美”等等，这些专题都是物理大师的讲座。
三、实施效果
以2009级地质学和资源勘查工程专业为试点，实施更新的教学模式，经过一个多学期的实践后，设计量表对学生的学习兴趣、学习效果进行了调查，调查项目如下：
（1）你对物理概念、规律的建立及其内涵与外延有贴切的理解吗?
（2）通过物理学习，你的数理结合能力有所提高吗?
（3）你能阅读高于大学物理教材水平的资料，并理解其主要内容吗?
（4）你经常能找到现代科技中的物理知识渊源吗?
（5）你知道两个以上物理学中悬而未决的重大问题吗?
（6）通过本课程的学习，你对物理的兴趣有所提高吗？
（7）通过物理学习，你分析问题的能力有所提高吗？
调查完成后，统计了在上述问题中做肯定回答的学生比例，并与2005年的调查结果（即2004级学生）进行比较，如图1所示。可以看出在每个调查项目上2010年的比例都高于2005年。例如在2005年，只有80.1%的学生认为对物理概念、规律的建立及其内涵与外延有贴切的理解，而这个比例在2010年为93.0％，增长了近13个百分点。数理结合能力是理工专业学生的一个重要能力，在2005年，表示通过本课程学习，数理结合能力有所提高的学生为76.0％，而2010年为93.0%，提高了17个百分点。阅读文献是高年级专业学习，特别是在做毕业论文时必须涉及的，因此在低年级时就培养这方面的能力有重要意义。表示能阅读高于大学物理教材水平的资料，并理解其主要内容的学生比例由2005年的61.1％提高到73.9％。物理学是一切现代科技的基础，学习物理不能纸上谈兵，要学以致用。在2005年，有83.2％的学生认为经常能找到现代科技中的物理知识渊源，到了2010年提高到87.3%，这个比例增幅不大，说明应对教学内容进行改革，尽量使教学内容与现代科技相联系。兴趣是最好的老师，如果没有兴趣，学习将是被动的、枯燥的，不会取得好的结果。在2005年，表示通过本课程学习，对物理的兴趣有所提高的学生为65.2%，而2010年这个比例为87.3%，增幅为22.1%，在所有调查项目中，此项调查结果的增幅最大，有力地说明了教学方法与教学手段的改革取得了显著的成效。物理学习的重要目的之一是提高学生分析问题的能力，2005年认为通过物理学习，分析问题的能力有所提高的学生为74.2%，2010年上升到80.7%。总体来讲，大学物理课堂教学模式的改革收到了良好的效果。
四、结束语
大学物理是培养学生科学素质的一门重要课程。实践证明要想真正发挥其培养人才的积极作用，在教学方法上，可采用5步式教学法，同时要注意及时创设问题情境，引导学生自主探究；在教学手段上，应强调多媒体课件对物理过程的动态演示及物质结构的展示，要注重多媒体与板书的有机结合，可采用放映录像的方式引入有趣的专题，激发学生兴趣。以上教学模式的改革取得了显著成效。当然，大学物理教学研究是一个长期的过程，需要我们在实践中不断探索。
参考文献：
[1]苏培升.浅谈大学物理课堂四段教学模式的构建[J].中国成人教育,2009,(7):140.
[2]阎元红.跨学科教学：大学物理教学范式的转变[J].物理与工程,2010,(2):53.
[3]曹春梅,李琦,张冬生.基于大学物理教学的探究性学习课堂教学模式的研究与实践[J].中国电力教育,2007,(S4):499.
（责任编辑：麻剑飞）