劉 彥 趙金濤 葛 力 喬艷麗

(杭州電子科技大學(xué)理學(xué)院 浙江 杭州 310018)

1 引言

物理學(xué)作為自然科學(xué)的領(lǐng)頭軍，研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質(zhì)最基本的運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律，是整個(gè)自然科學(xué)和現(xiàn)代工程技術(shù)的研究基礎(chǔ)，已成為支撐現(xiàn)代文明的骨架，與科學(xué)和發(fā)明并駕齊驅(qū)[1].大學(xué)物理作為理工科各專業(yè)必修的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)于培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)思維方式和創(chuàng)新能力發(fā)揮著極其重要的作用，教學(xué)效果將直接影響大學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及其終身的發(fā)展，其影響不言而喻.

然而，近年來(lái)國(guó)內(nèi)諸多高校中，“物理”已被許多學(xué)生們貼上了諸如：繁重、沉悶、無(wú)聊、被動(dòng)、機(jī)械等標(biāo)簽，這很大程度來(lái)源于學(xué)生厚重的課業(yè)和考試壓力[2].快樂(lè)認(rèn)知過(guò)程與之失之交臂，可望而不可及.一方面，學(xué)生在數(shù)年累計(jì)的學(xué)習(xí)過(guò)程中并未真正體會(huì)到“學(xué)以致用”，對(duì)身邊的技術(shù)沒(méi)有一點(diǎn)概念，學(xué)而不知學(xué)有何用；另一方面，我們過(guò)多關(guān)注學(xué)生的成績(jī)，而非學(xué)生腦力勞動(dòng)過(guò)程的感受，這是教育上的短視和急功近利.

目前學(xué)生對(duì)大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)的被動(dòng)性，使得以教師為中心的傳統(tǒng)教育理念和課堂結(jié)構(gòu)廣受詬病，難以適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才的需求，疫情期間問(wèn)題的嚴(yán)重性就更顯突出.傳統(tǒng)的教學(xué)方式如不改革，這樣的環(huán)境和狀態(tài)也會(huì)難以為繼，即使不要求可持續(xù)發(fā)展只維持基本生存，也需要發(fā)展和探索能有效適應(yīng)目前環(huán)境和教學(xué)對(duì)象的新的教學(xué)方式.如何讓學(xué)生愛(ài)學(xué)、會(huì)學(xué)、學(xué)好，是我們改革該課程的著力點(diǎn).

2 “問(wèn)題導(dǎo)向”式學(xué)習(xí)在大學(xué)物理課堂教學(xué)中的意義

講授式為主的傳統(tǒng)課堂教學(xué)，教師是主體、學(xué)生是客體，教學(xué)過(guò)程基本是教師向?qū)W生傳授知識(shí)的一個(gè)單向過(guò)程，教師一言堂，學(xué)生課后做作業(yè)——以講授式為主的課堂教學(xué)可以把授課內(nèi)容全面、明確地傳遞給學(xué)生，學(xué)生直接從中獲益，簡(jiǎn)捷而高效.但講授式為主的課堂教學(xué)中學(xué)生被動(dòng)地接受，也使得學(xué)生進(jìn)行思考內(nèi)化的過(guò)程被阻滯，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、創(chuàng)造性被消弱，不利于學(xué)生個(gè)體參與的獨(dú)立性和認(rèn)知能力的培養(yǎng).

課堂教學(xué)有兩項(xiàng)教育任務(wù)，一是傳授一定的知識(shí)，二是啟發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴望，啟發(fā)他們跳出課堂范圍之外去閱讀、思考和研究[3].對(duì)于第二項(xiàng)任務(wù)，我們沒(méi)有給予足夠的重視，但這卻是學(xué)生能否獲得真正學(xué)習(xí)能力和可持續(xù)發(fā)展能力的關(guān)鍵所在.在對(duì)教師和學(xué)生之間高質(zhì)量的教學(xué)模式的探索過(guò)程中，“問(wèn)題導(dǎo)向”式學(xué)習(xí)(Problem-Based Learning，PBL)或許可以委以重任.

“問(wèn)題導(dǎo)向”式學(xué)習(xí)由美國(guó)神經(jīng)病學(xué)教授 Barrows 于1969年率先在加拿大的麥克馬斯特大學(xué)使用[4]，它突破了傳統(tǒng)授課模式的框架，認(rèn)為學(xué)習(xí)是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，進(jìn)而又發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題的漸進(jìn)過(guò)程，據(jù)此建立了以問(wèn)題為中心的學(xué)習(xí)方式.

隨后，“問(wèn)題導(dǎo)向”式學(xué)習(xí)在國(guó)內(nèi)外有較快發(fā)展，成為當(dāng)前國(guó)際上流行的人才培養(yǎng)模式[5～7].它的教學(xué)思路為：由需要解決的問(wèn)題開(kāi)始，以解答問(wèn)題為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，把學(xué)習(xí)設(shè)置到真實(shí)的情境中對(duì)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行探究，通過(guò)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和小組合作探究解決問(wèn)題之道，從而理解隱含在問(wèn)題背后的科學(xué)知識(shí)，達(dá)到提高解決問(wèn)題的技能和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的遷移運(yùn)用， 轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)課堂教師和學(xué)生教與學(xué)的關(guān)系.

3 “問(wèn)題導(dǎo)向”式學(xué)習(xí)中問(wèn)題設(shè)置的簡(jiǎn)單應(yīng)用

相對(duì)于傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)中“教”與“學(xué)”的方式有較大跨度的轉(zhuǎn)變，學(xué)習(xí)者成為學(xué)習(xí)過(guò)程的主體.學(xué)習(xí)者的主體地位如何被調(diào)動(dòng)，調(diào)查研究認(rèn)為影響學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的因素包括活動(dòng)的挑戰(zhàn)性、個(gè)人興趣、對(duì)活動(dòng)掌控程度以及協(xié)作等條件組成.因此，教師應(yīng)該圍繞這些因素，設(shè)計(jì)不同層次的問(wèn)題，引導(dǎo)師生之間進(jìn)行漸進(jìn)的探討，以便更深入地理解和掌握物理相關(guān)知識(shí)和原理.而這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要教師改變?cè)械慕虒W(xué)思維模式，以新的視角進(jìn)行課堂組織和設(shè)計(jì)，以便更好地致力于真正有效的課堂學(xué)習(xí)，展開(kāi)教學(xué)實(shí)踐.課程的改革是多方位的，不可能一蹴而就.本文就“問(wèn)題導(dǎo)向”式教學(xué)法的核心——問(wèn)題的設(shè)計(jì)和提出，就教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行帶入應(yīng)用.

以機(jī)械振動(dòng)這部分內(nèi)容的講授為例.首先準(zhǔn)備一些振動(dòng)發(fā)生器件，比如不同頻率的音叉，以備課堂使用.為了制造課堂氣氛，帶著敲擊發(fā)聲進(jìn)入課堂，發(fā)聲可以以不同的方式表現(xiàn).

比如以不同的力量敲擊同一個(gè)音叉，了解一下學(xué)生們的感受；然后改換不同頻率的音叉，繼續(xù)讓學(xué)生們進(jìn)行反饋，說(shuō)出它們的不同？引導(dǎo)學(xué)生分析這些不同的感受和振動(dòng)的什么要素相關(guān)聯(lián)？學(xué)生在各自的位置上都能聽(tīng)到敲擊音叉的聲音，意識(shí)到聲波傳遞到各個(gè)位置，說(shuō)明波動(dòng)和振動(dòng)有著直接的關(guān)聯(lián).這樣，從聲波傳遞引出振動(dòng)的主題，再引出聲音的要素：響度、音調(diào)、音色，它們和振動(dòng)的什么參數(shù)有關(guān)？進(jìn)而帶著疑問(wèn)想了解更多有關(guān)振動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)形式的信息，帶著思考進(jìn)入授課內(nèi)容的主題，如何把振動(dòng)描述出來(lái)，關(guān)鍵參量有哪些？如果讓學(xué)生去設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，會(huì)從哪些角度進(jìn)行分析？在這些問(wèn)題中引導(dǎo)學(xué)生逐漸從受力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系建立簡(jiǎn)諧振動(dòng)表示以及振動(dòng)方程的數(shù)學(xué)模型.于是，在問(wèn)題的不同情境的設(shè)置中，調(diào)動(dòng)學(xué)生有意愿參與課堂討論或與同學(xué)交流，激發(fā)學(xué)生想學(xué)習(xí)的熱情.

繼續(xù)使用音叉的作用，通過(guò)對(duì)放置在不同位置音叉的同時(shí)敲擊，學(xué)生聽(tīng)到后再表達(dá)他們的感受，從而引出振動(dòng)的合成問(wèn)題，讓他們嘗試分析這些操作改變了哪些參量，如何進(jìn)一步從數(shù)學(xué)方法分析所得到的結(jié)果？這樣使學(xué)生把自己親身感受的現(xiàn)象和所學(xué)習(xí)的概念知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，有真實(shí)的體會(huì)后，更好地理解后續(xù)學(xué)習(xí)內(nèi)容.

這樣，在前期的引導(dǎo)中，讓學(xué)生繼續(xù)思考哪些生活問(wèn)題涉及到振動(dòng)的合成，還需要對(duì)其進(jìn)行分析.引導(dǎo)學(xué)生用音叉實(shí)現(xiàn)共振的發(fā)生，并分析共振產(chǎn)生的原因條件以及可能的結(jié)果.并請(qǐng)學(xué)生思考，自己曾經(jīng)體驗(yàn)、感受、聽(tīng)過(guò)的一些振動(dòng)現(xiàn)象，哪些是有利的，哪些是不利的，比如：環(huán)境噪聲使人體不安，共振引起的橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，各種弦樂(lè)器音腔在共鳴箱中的振動(dòng)利用了“力學(xué)共振”，醫(yī)療技術(shù)中超聲碎石，激光的產(chǎn)生利用了“光學(xué)共振”等，這一系列的作用和什么參量直接關(guān)聯(lián)？讓學(xué)生組織進(jìn)行討論，探討振動(dòng)能量的概念，分析振動(dòng)能量的組成、影響因素以及如何進(jìn)行數(shù)學(xué)定量表示？

這樣，在師生交互的過(guò)程中將所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)和所展示的具體示例聯(lián)系起來(lái)，知道如何去探究，理解背后的原理，使得學(xué)生能夠以用為學(xué)，激發(fā)學(xué)生更多探究性思考，可以把學(xué)習(xí)延伸到課堂之外.“以問(wèn)題為導(dǎo)向”的課堂教學(xué)模式把學(xué)生置于教學(xué)環(huán)節(jié)的中心地位，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力.

研究表明，課堂中師生互動(dòng)的頻次與質(zhì)量成為本科生學(xué)習(xí)效果的一個(gè)重要指標(biāo)，問(wèn)題的設(shè)置儼然在此起著重要的連接作用.提問(wèn)是教師工具箱中最重要的工具，如何打磨這些工具使學(xué)習(xí)效果最大化，值得教師付出不斷的努力和嘗試.

4 結(jié)論

“問(wèn)題導(dǎo)向”式教學(xué)法以學(xué)生為中心，以問(wèn)題為導(dǎo)向，目的是培養(yǎng)學(xué)生思考問(wèn)題、解決問(wèn)題和學(xué)以致用等諸多能力，而決定大學(xué)物理“問(wèn)題導(dǎo)向”式教學(xué)模式成敗的關(guān)鍵在于：學(xué)生之間、師生之間能否順利進(jìn)行問(wèn)題的交互探討，通過(guò)教學(xué)過(guò)程，達(dá)到師生共進(jìn)，提高教學(xué)質(zhì)量.

教學(xué)改革和實(shí)踐不是一蹴而就的，需要經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)，獲得學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容、提問(wèn)方式、學(xué)習(xí)方法、課堂節(jié)奏等方面的反饋，根據(jù)實(shí)情及時(shí)作出調(diào)整，積累大量第一手資料，并在實(shí)踐的過(guò)程加以消化并吸收.正因?yàn)榻虒W(xué)方法比較新穎，教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中必然會(huì)面臨各種狀況的出現(xiàn)，需要在嘗試的過(guò)程中逐漸地解決和完善，以求達(dá)到更好的教學(xué)效果，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力.