1、大学物理 3D 课堂教改初探摘 要：为培养兼具基本知识、创造能力、科学精神的立体型人才，文章探索一种以学生实践为核心、以“制作、展示、研讨”为主线的大学物理 3D 课堂教学模式，主要集中阐述了大学物理 3D 课堂的含义与目标、框架体系及考核方法，并对 3D 课堂的未来规划做以简要的分析。 关键词：教学改革；大学物理；3D 课堂 中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2016）05-0012-03 大学物理是高校多数学生的必修课程。长期以来，包括该课程在内的几乎所有大学课程，采用的是传统课堂教学模式，即教师一堂课讲授到底，学生完全被动听课，最后期末考试一锤定音。
2、这种从书本到书本、到试卷的教学方式，扼杀了学生学习的主动性和创造性。惠普公司前CEO、不久前宣布参选美国总统的卡莉?费奥里娜女士说，中国学生擅长考试，但缺乏想象力和创造精神1。这话虽有一竿子打死的味道，但确也道出了中国教育的要害。 物理学史上，我们看到，法拉第、富兰克林等，虽然没上过多少学，却有伟大的科学发现和创造2-4。而我们现在的好多学生，从中学到大学，学习了那么多年的物理，做了那么多的题目，到头来，却连一个小物件坏了也不会修，甚至连一个螺钉也不会拧。如此反差，又是为什么呢？动手实践的问题！ 注重理论联系实际，让学生在实践中自主学习、探究创造，就是我们大学物理课堂教学改革的理念。这一理念，
3、是基于对大学物理的教学现状也是对整个国家的教育现状和人才问题的认识。我们期望通过强化实践创造的 3D 课堂教学模式的实施，为培养富有想象力和创造精神的新型人才探索一条路子，同时也从高等教育的层面呼应当今“大众创业、万众创新”的国家战略5。本文结合大学物理 3D 课堂的教改运作，对大学物理 3D 课堂的含义目标、框架体系及考核方式进行梳理，对 3D课堂的初步实践加以总结，并对 3D 课堂的未来发展做出规划。 一、大学物理 3D 课堂的含义与目标 大学物理 3D 课堂的“3D” ，指的是“Do，Display，Discuss” ，即“制作、展示、研讨” （图 1） 。其中“制作”是课堂外的实践活动
4、，作品的“展示”在课堂上进行，展示过程中进行课堂“研讨” ，且问题及实践的研讨可以在课外进一步向网络平台及实践空间延伸。概括地说，大学物理 3D 课堂就是，在教师精心点拨大学物理核心知识体系、学生精心制作课题报告和实物装置的基础上，定期组织课题和实物的课堂展示与问题研讨。以课题报告、实物制作、研讨作业、期末考试四项内容综合评定学生的课程成绩。3D 课堂将教室里的小课堂，拓展到了教室外的大课堂，课堂的主体是学生，教师发挥引导作用。 3D 课堂的目标是培养三维立体创造型人才。这三个维度分别是：知识（K-knowledge） 、能力（C-capability） 、精神（S-spirit） ，即物理基
5、本知识、实践创造能力、科学探究精神（图 2） 。这里，知识维度是传统课堂教学的目标，能力维度是大学物理 3D 课堂着力追加的目标，精神维度则是 3D 课堂更高境界的追求目标。具体地讲，这三大目标是：（1）知识目标：大学物理 3D 课堂实施“瘦身”学习法，化繁为简，去琐存精，把最基本的大学物理思想方法、概念关系、定理定律、典型应用等核心内容，作为学生的知识架构目标。 （2）能力目标：大学物理 3D课堂注重学以致用，以用促学。学生通过 3D 课堂的学习实践，不仅增长知识，更增长才干。实物制作培养动手实践创造能力，报告制作培养调研分析处理能力；课堂展示培养表达应对沟通能力，互动研讨培养提问质疑探究能
6、力等。其中培养想象力和创造力是贯穿这些能力的核心。（3）精神目标：大学物理 3D 课堂在创新教学模式、培养实践技能的同时，更追求学生科学精神的提升。这些精神包括实干精神、创新精神、怀疑精神、挑战精神、冒险精神、吃苦精神、执著精神、合作精神、独立思考精神等，以及好奇、童心、热爱等品质因素。 二、3D 课堂的框架体系 大学物理 3D 课堂首先进行小班试验。班级人数不超过 40 人，根据自愿组合原则，组建 10 个左右的学习小组。课堂教学紧紧围绕“制作、展示、研讨”三个 D 展开（图 3） 。 第一个 D“制作” ，是学生的课外实践。除了精选适当数量的知识作业要求学生完成外，更注重课题研究和实物制作
7、两大实践作业。课题研究要求选择与课程相关，同时又可作知识拓展的不同方面的内容。实物制作要求兼顾本学期的知识体系，选取感兴趣的方面，尽可能利用身边闲置的乃至被废弃的材料，动手制作体现一定物理学原理的实物装置。这两大实践作业，均以小组为单位，人人参与，个个动手，合作完成，按计划分期进行课堂展示。 第二个 D“展示” ，在课堂上进行。除了教师把精心梳理的大学物理核心知识向学生生动展现外，更引入学生课题研究和实物制作的展示。课题研究以精心准备的 PPT 报告进行课堂展示，小组成员集体汇报他们对选取课题所做的系列工作。实物制作以精心制成的器件装置进行课堂演示，报告所制作物件的物理原理、制作经历及收获体会
8、等。对于每一次的课题报告及实物展示，均要求组员人人上场，相互配合，作好演示、讲解及问题回答工作。 第三个 D“研讨” ，相当大一部分在课堂上进行，另外也向课外实践空间及网络平台延伸。每一次课题报告和实物展示之后，当堂组织讨论，以小组为单位，向讲台上的报告和实物展示组全体成员，提出涉及物理学原理、知识、应用等方面的各种各样的问题，进行互动研讨。问题研讨也包括，对教师精心选讲的物理学基本思想方法、概念关系、定理定律及应用实例，采用若干典型的思考选择题进行师生互动研讨。当然，无论是课程知识方面的问题，还是课题研究和实物装置涉及的问题，都不可能在有限的课堂时间里得到深入细致的讨论。为此，我们将利用建设
9、中的大学物理实践中心及网络学习交流平台，把知识及实践问题的研讨延伸至课外。 在大学物理 3D 课堂中，制作实践成为课堂教学改革的重头戏。学生的课外制作实践，及其在课堂上的展示和研讨，可以辐射知识、能力乃至精神的四面八方。通过 3D 课堂的“制作、展示、研讨” ，我们期望切切实实增强学生学习的主动性，提高解决实际问题的能力，提升敢于疑问、百折不挠、执著奋斗的科学精神，造就富于想象和创造的时代人才。三、3D 课堂的课程考核方式 与“制作、展示、研讨”的课堂构架相配套，大学物理 3D 课堂采用形成性、多维评价课程考核体系。学生的期末总评成绩由四个方面构成。（1）研讨作业：由课堂出勤、研讨提问、课后作
10、业三部分给出。 （2）报告成绩：由课题研究、PPT 报告、问题回答综合评定。 （3）实物成绩：由器件制作、演示讲解、疑问答复综合给分。 （4）考试成绩：期末试题分选择题、计算题、简述题三种题型，考查学生对最基本的概念关系、定理定律的把握，以及对课堂报告、实物制作、问题研讨中涉及的物理学原理应用内容的了解。 以上四个部分，课题报告、实物制作、研讨作业，各占总成绩的20%，期末考试占 40%，但期末考试中仍然要考到报告、实物、研讨这三块内容，因此实质上，课程报告、实物制作、研讨作业、基本知识考试，各占了总成绩的 25%（图 4） 。 四、3D 课堂的初步实践 笔者在 2015 年上半年的大学物理教
11、学班上，尝试了大学物理 3D 课堂教学模式。首先，确定了一学期必须教学的大学物理核心知识体系，设计了服务于该体系的各章知识练习，题型包括选择题、计算题和简述题，内容涉及各章最基本的物理思想方法、概念关系、定理定律及工程应用。其次，在课程开始，即向学生说明课程考核方式，宣布其由“课题报告” 、 “实物制作” 、 “研讨作业” 、 “期末考试”四项构成，以及各项所占总成绩的比例。第三，根据自愿组合原则，对学生进行分组，每组3 到 4 人，让各小组选择配套本学期知识内容的课题报告题目方向，约定分布到整个学期不同周次的具体报告时间。第四，下达实物制作任务，具体制作何种装置由各小组自行决定，以与本学期知
12、识相关为宜，于适当的时候，在课堂上进行作品展示讨论。第五，对每一次的课题报告及实物展示，均组织课堂讨论，以组为单位至少各提一个问题，请报告展示组人员回答或供大家集体研讨。经过近一个学期的教改实践，这种以“制作、展示、研讨”为主线的大学物理 3D 课堂教学模式已初具形式。 3D 课堂的核心是实践。一个学期下来，学生制作、展示、研讨了共振的应用与危害 汽车发动机原理 生活中静电技术的应用 电容器的分类及其应用 电磁技术与环境工程 电磁效应与医学技术电磁技术与媒体应用 磁悬浮技术原理、应用及发展等课题报告，以及直升飞机模型、飞去来器、重力小车、声学共振装置、航模动力装置、磁悬浮装置、静电转动装置、直
13、流发电机、太阳能动力装置、光立方、电子音乐发生器、电子录放机等实物装置。这些实践活动体现了“学、思、干”三者的有机结合以实践带动学思，学思又更好地推动实践。例如， 电磁线圈与现代生活课题报告的制作，引发自感互感、涡流效应等多方面知识的学习和思考，进一步又催生电磁效应探矿装置等的制作。又如，电声弦乐器的制作，带出电磁感应、振动、驻波、频率与弦长关系、十二平均律等众多的知识内容，进一步又促成收音机、无线播音器等多种器件的制作实践。 以实践带动学习的大学物理 3D 课堂，大大改变了学生以往被动学习的状态，代之而来的是主动学习、积极探索、勤于实践的崭新局面。分组制作、集体研讨的教学方式，以一个小组的报
14、告和实物的课堂展示，带动起整个班级的学习、探索、实践，形成一个整体辐射效应，其激励效果十分明显。学生学习积极性提高，参与性增强，上课玩手机、打瞌睡等消极现象消除，教学效果良好。 五、未来规划 为更好实施大学物理 3D 课堂教学改革，有两个平台需要建设。 （一）制作实践平台 大学物理 3D 课堂，原则上可以因地制宜、白手起家，不需要特别的硬件条件。但我们期望为学生提供一个坚实的课外实践平台。为此，计划创建“大学物理实践中心” 。该中心区别于一般的大学物理实验室，它不是安排好实验器材让学生按部就班做某个确定的实验，而是着力营造两个空间：动手制作的实践空间为学生制作实物装置提供一处公共实践场地，以及
15、一些必备的仪器工具材料，便于学生相互交流研讨、发挥想象、动手创造；示范激励的展示空间为 3D 课堂教改实践提供一处经常性的成果展示场地，通过系列作品的展出，既给学生以示范激励，也为教师相互交流、观摩研讨、分享教改提供渠道。 （二）完善网络学习平台 由于课时的限制，一些物理知识点的学习需要放到课外。为此，将制作与课程配套的知识视频、PPT 课件、练习题库等，把它们放到网络教学平台，供学生课外预习、复习和研讨。同时，也可利用网络空间，展开课外制作实践的互动研讨。 随着 3D 课堂教改实践的展开，教师将及时总结经验，改进方法，提升教学效果和质量。通过一系列的深入实践探索，不断丰富 3D 课堂教学模式
16、的内涵，打造课堂教学模式改革的精品，并适时撰写大学物理 3D 课堂教改论文及课程教材，将 3D 课堂教学模式由个人试点，逐步向系、院、校乃至更大范围推广。 大学物理 3D 课堂教学模式，基于对国家的教育状况和人才问题的认识，以培养自主学习、富于想象、执著探索的立体型创造型人才为主旨，围绕“制作、展示、研讨”三大环节，强化理论与实践的结合，使学生在掌握物理学基本理论知识的同时，更得到实际能力的提高、兴趣爱好的激励和精神意志品质的提升。课程采取形成性综合考核方式，以课题报告、实物制作、研讨作业、期末考试四块内容确定学生的总评成绩。在教改实践中，教师对 3D 课堂教改模式的框架体系、实施策略、关键问
17、题、方式方法等已形成初步的认识，取得了较好的教学效果。未来制作实践和网络学习两大平台、课程教材等方面的建设，以及教改实践中的不断摸索总结、交流研讨、改进提高，将使 3D 课堂教改模式走向成熟完善，并向更大的班级、课程、地域范围推广普及。 参考文献： 1朱东阳.美国总统女参选人声称中国人擅长考试没想象 力EB/OL.2015-07-02.http：/. cn/n/2015/0528/c157278-27067139.html. 2美弗?卡约里；戴念祖译.物理学史M.呼和浩特：内 蒙古人民出版社，1981：231-235，123-130. 3郭奕玲，沈慧君.物理学史M.北京：清华大学出版社， 1993：114，133-137. 4李艳平，申先甲.物理学史教程M.北京：科学出版社， 2003：180-181，194-198. 5李克强.2015 年政府工作报告EB/OL.2015-07-05. http：/ tent_35077119.html.
