高等农林院校“大学物理”课程教学改革的探索

党亚爱　刘亚龙　杜光源　张　敏　王国栋

(西北农林科技大学理学院，陕西杨凌　712100)



高等农林院校“大学物理”课程教学改革的探索

党亚爱刘亚龙杜光源张敏王国栋

(西北农林科技大学理学院，陕西杨凌712100)

摘要：物理学是自然科学的基础。现代农业的发展急需具有良好数理基础和创新能力的高素质复合型人才，“大学物理”课程对奠定学生的数理基础、提高学生的科学素质和创新意识有着不可替代的作用。针对目前农林院校“大学物理”课程教学中存在的学时少、课程理论性强、学生学习兴趣不高、与后续专业课程脱节等问题，在明确农林院校“大学物理”课程教学目标的前提下，对“大学物理”课程教学改革进行了探讨：首先通过对教学内容的“增”“减”，优化教学内容；其次采用灵活多样的教学方法；第三，充分利用多媒体教学手段；第四，将知识教育与素质教育相结合。通过教学改革，提高了学生学习的兴趣，培养了学生的科学素质，促进了教师的教学能力和水平的提升，保证了课堂教学的质量和效果。

关键词：大学物理；课堂教学；教学研究

物理学是自然科学的基础，“大学物理”作为一门综合性课程，其教学目标是要培养学生发现问题、解决问题，能独立思考、分析和推理的能力，培养学生科学的思维方式，全面提高学生的综合能力[1]。但目前农林院校“大学物理”课程教学现状不容乐观。如何提高教学质量、激发学生的学习兴趣、培养学生创新意识和创造能力，是任课教师一直在思考和探索的课题。

一、高等农林院校“大学物理”课程教学的特点

农业科学涵盖了农业气象、生态环境、耕作栽培、畜牧养殖、农业机械化以及农业育种等农业生产的各个环节，具有极强的应用性和综合性。现代化农业不再像传统农业那样建立在有效经验的基础上，而是广泛运用数学建模和计算机模拟，结合遥感、遥测以及高度智能化的机械电子手段，成为极为复杂的系统工程和产业。换言之，农业科学可以看作是由农业气象、水文、生理生态以及分子生物学等多学科组成的复杂科学体系，具有鲜明的学科交叉的特点。现代农业的发展急需具有良好数理基础和工程能力的高素质复合型人才，而物理学尤其是经典物理学在农业科学中具有重要的地位，是农业环境科学的理论基础。因此，农林院校普遍开设了“大学物理”课程，该课程作为一门自然科学，一方面可以为学生掌握农业科学技术打好必要的物理基础；另一方面可以让学生初步掌握科学的思维和研究问题的方法，培养学生发现问题、解决问题的能力，提高学生的综合素质。

二、高等农林院校“大学物理”课程教学面临的问题

(一)“大学物理”课程未得到应有的重视

各高校教学计划中“大学物理”课程学时的逐渐减少，说明了各院校对“大学物理”课程的重视程度的降低。大多数高校农林专业“大学物理”课程由原来的72～90学时，降到32～48学时，导致许多内容不能容纳到课程教学中[2-3]，教学内容之间衔接不紧，难以给学生建立一个全面完整的物理知识体系。

(二)课程教学的理论性较强，学生学习兴趣不高

由于“大学物理”课程内容包括经典物理和近代物理，涵盖了力、热、电、光、狭义相对论、量子力学等分支体系，内容多，理论性强，公式复杂[4]，学生普遍认为学习难度较大，学习兴趣不高。

(三)“大学物理”课程与后续的专业课程严重脱节

与工科相比，农林专业在“大学物理”课程结束后几乎没有与此相关的课程设置，学生在后续专业基础课和专业课的学习过程中体会不到物理学知识的作用，学生自身也很难建立物理学理论知识与农林专业的联系，造成物理学科的学习与专业学习无关的表象，只想拿到学分，导致学生降低了物理学知识的有效性。“大学物理”课程教学目标的狭窄性影响了学生学习的积极性，达不到素质教育的目的。

三、高等农林院校“大学物理”课程教学改革的探索

教学改革的各项举措最终都要落实于课堂教学中，改善课堂教学效果是教学改革的核心。结合农林院校“大学物理”课程教学的特点，教师首先应明确农林院校“大学物理”课程的定位及教学目标，并以课程教学内容改革为突破口，从课程内容、教学方法、教学手段等方面进行调整，开展特色化课堂教学。

(一)明确课程的定位和教学目标

以物理学基础为内容的“大学物理”课程是高等学校理工农科各专业的一门重要的通识性必修基础课。该课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分，是科学工作者和工程技术人员所必备的基础物理知识。

通过“大学物理”课程的学习，学生应对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和理解，进一步提高数学建模、逻辑推理和计算机模拟的能力以及获取知识的能力，为后续专业学习打下坚实的基础。教师在“大学物理”课程教学中，应在传授知识的同时，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重对学生探索精神和创新意识的培养，努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。

(二)优化教学内容

在保证“大学物理”课程教学框架完整性的基础上，结合农林院校学生的专业特点，对“大学物理”课程教学内容进行适当调整，通过对课程内容科学地“减”“增”，进一步明确课程的教学要求，强调物理学思想和方法，淡化数学过程，最大程度将物理学的知识理论与农林科技、生命科学进行有机结合，搭建好“大学物理”课程教学和专业“接口”的平台。

首先，可以优化力学部分，删减质点力学和刚体力学等经典内容，增加与农林专业结合较为密切的流体力学、表面张力等基本理论及最新应用成果。其次，对课时比重较大的电磁学部分，应重点讲解电磁学研究思路和方法，强调其中的物理思想和数学处理方法，淡化推演过程，增加生物电磁学等基本理论以及电磁学在医学、生物学方面的应用等相关基础知识。第三，在光学部分，除了讲解波动光学基本性质和原理外，应适度增加与农林专业结合密切的光度学等基本概念、光学及光度学在生物、农林科技方面的应用等内容。第四，对近代物理教学内容的处理过程中，应突出物理学的本质和思想，避免复杂的数学推导，利用图表，简单明了地阐述近代物理学中的基本概念和基本规律，注重介绍近代物理学知识的现代应用方法，回答近代物理学中的一些基本问题等。

通过对“大学物理”教学内容进行科学地“减”“增”处理，提高了学生学习“大学物理”课程的积极性，增加了学生的学习兴趣，使学生感受到物理学原理和方法与他们后续课程的学习是密不可分的，在潜移默化中为学生搭建了“大学物理”课程教学和专业“接口”的平台。

(三)采取多样化的教学方法

在“大学物理”课程教学过程中，笔者采用了“教—学—讨论”相结合的教学模式，打破了课堂教学机械、呆板的局面，使学生在课堂上处于主体地位，提高了学生学习的积极性和主动性。这种教学模式可以将物理学知识与学生专业特点相结合，课堂讨论可以加深学生对理论知识的理解和消化。例如，在课堂上，以小组为单位，学生可以结合毛细现象和表面张力，讨论土壤中水分的运移规律；结合电磁感应现象，讨论汽车防抱死制动系统(ABS)的原理、高频发电机及高频焊接的原理；结合物体的发光原理，讨论激光及其在农业生产中的应用等等。在课堂讨论的过程中，培养了学生理论联系实际的能力、应用知识的能力及创新思维的能力。

除了课堂讨论，笔者还积极鼓励学生参与课堂教学，激发学生学习的积极性，提高学生学习的效果。例如，预留一两次课，让学生来主持课堂教学。学生讲课前，可以根据自己的兴趣查阅、整理资料，并由三五个学生成立一个学习小组，通过讨论形成自己小组的讲授主题，之后分工合作，将讲授的相关内容整理成幻灯片在课堂上和大家进行交流。笔者经过近几年的教学实践发现，学生讲课的方式受到好评，学生的兴趣很高，选择讲授的内容也很丰富。例如有与热力学第二定律相关的“熵的应用”，提出了日常生活中“熵”的应用及生命活动的本质，介绍了信息熵等相关概念；还有“光的偏振性应用”，讨论了立体电影的制作及观看特点等；还有“表面张力的应用”，提出了不沾雨玻璃的设想；还有“生物电磁初探”，简单介绍了生物信息场理论、技术和一些实验成果等等。学生授课方式也很灵活，有的学生从2014年度诺贝尔物理学奖讲起，为大家展现了“五彩斑斓的灯世界”；有的学生以精彩的“虫洞理论”为切入点，和大家一起探索神奇的时间旅行。通过课堂讲解和讨论，学生能针对主讲学生的发言提出疑问，并表达自己的观点，进而展开课堂讨论。学生围绕课堂教学内容查阅、整理相关资料，提炼、总结科学问题，这种训练不仅拓宽了学生的知识面，而且大大提高了学生学习的兴趣，促进了“大学物理”课程的教学效果，这是教师单纯授课的教学方式所达不到的.

(四)充分利用多媒体教学手段

多媒体教学可以让学生更加直观地了解教学内容。教师可以根据课堂教学内容适当播放相关的动画与视频，如在“物质的基本性质”章节，可以播放宇宙大爆炸视频；在“热学的热机和制冷机循环”章节，播放汽油机和柴油机及冰箱的工作原理视频；在“振动与波动”章节，播放电动门及其控制视频；在“光学”章节，播放圆孔衍射视频等等。多媒体教学手段的引入，能使学生直观地了解抽象的物理过程，对学生理解物理原理起到了很好的辅助作用。

(五)将知识教育与素质教育相结合

物理学理论知识的学习是枯燥单调的，而科学成果作为人类认识物质世界客观规律的结果，是在不断积累和发展的过程中获得的[5]。我国著名物理学家钱三强曾经说过：“物理学发展史是一块蕴藏着巨大精神财富的宝地，这块宝地值得我们去开垦，这些精神财富值得我们去发掘”。课堂上恰当地利用这些资源可以提高学生学习兴趣，提高课堂教学效果。比如，在讲解物理理论知识时，引入相关物理学发展历程，有利于学生掌握物理学这门自然科学发展的来龙去脉，以一种整体性的眼光更好地学习和理解这门课程。此外，物理学发展长河中许多名人轶事及其主要研究成果的研发过程都对后人有积极的指导作用。在理论教学中如能恰当地穿插物理学史中的逸闻趣事，不仅能活跃紧张、单调的课堂气氛，增强课堂教学效果，还能从不同的角度激发学生认识物理问题的热情，领悟物理概念，培养学生的科学素质，实现“授之以渔”，达到对学生进行素质教育的目的。例如，在“统计物理学”章节中，在讲解熵的公式时，教师讲解完玻尔兹曼把物理体系的熵和概率联系起来，阐明了热力学第二定律的统计意义后，可以穿插讲解玻尔兹曼的简介。作为热力学和统计物理学的奠基人之一，玻尔兹曼一生都热衷于研究热学，而他本人却选择用自杀的方式来结束其“混乱程度”不断增加的精神生活。在“光学”章节中，教师可以将“波粒二象性”对立统一的认知发展过程穿插于介绍复杂单调的理论讲解中，既能激发学生的学习兴趣，又能将物理知识要点与科学的世界观及哲学发展论有机地结合起来，有利于学生知识底蕴的累积和眼界的开阔，提高学生的人文素养和科学素质。但由于学时限制，课堂上只能抛砖引玉，大量物理学史资料可以作为学生的课外读物，既可以训练学生物理思维方式、拓展学生知识面，又能培养学生自主获取知识的能力，达到素质教育的目的。

四、高等农林院校“大学物理”课程教学改革的保障措施

(一)不断提高教师的教学水平和能力

教育的核心是全面提高学生的知识水平和综合素质，但作为教育过程的实施者和教学过程的引航者，教师教学水平和综合素质的高低是决定教学成败的关键。要培养高水平人才，必须建设高质量的师资队伍，因此，提高教师的教学水平和能力是提高课堂教学效果最基本的保障。

台上一分钟，台下十年工，要想在课堂上深入浅出地将深奥的物理学理论知识讲得活泼生动、让学生易于理解并接受，教师雄厚的知识蕴底是必不可少的。“讨论式”教学方式也对教师提出了更高的要求。教师不仅要知道教什么，更要知道如何教。对于所讲授的内容，教师要进行精心设计，引导学生大胆思考，鼓励学生发表不同见解，进行讨论、争辩，在讨论和争辩中逐渐明晰、掌握所学的知识。以西北农林科技大学理学院“大学物理”教研室为例，为了提高教师自身的教学水平，在自我摸索、学习的基础上，教研室还定期观摩优秀教师的课堂教学，召开研讨会，切磋教学中的难点问题。

为了进一步提高教师的教学能力，西北农林科技大学理学院每年都会举行青年教师讲课比赛，该比赛是教师交流教学技能和教学经验的平台，学院教学督导组经验丰富的老教师、物理系教师及学生作评委，大家就“大学物理”课程教学改革思路、教学改革的具体实施情况及30分钟的现场教学等展开大比武。通过多次参加讲课比赛，青年教师能够取长补短，择优弃弊，提高了教学水平，探索了课堂教学艺术。

他山之石，可以攻玉，如何提高课堂教学质量是门艺术，需要教师不断地融合和提炼。西北农林科技大学理学院每年派一两名教师到国内外农林院校去学习深造，以吸取别人的精华，完善自身的知识结构体系，提高自身的教学水平。西北农林科技大学理学院还鼓励青年教师参加相关的师资培训，如国内一流教学专家的教学工作坊培训、教学多媒体课件制作培训等，不断提高教师的教学水平。

教学水平的提高是一个潜移默化的过程，通过教师自身的重视、学习和不断摸索，同行间的相互学习、观摩和交流，教学名师的集中培训，教师的教学水平得到不断的提高和升华。

(二)广泛收集学生及督导教师对教学改革的反馈意见

教师工作的对象是学生，在课堂教学中，作为课堂的主体，学生对课堂内容的理解、掌握和接受程度是课堂教学质量和效果优劣的关键。因此，教师在课后通过与学生的交流，了解学生对课堂教学的意见和建议是尤为重要的。教师可以在课间或课下和学生交流课堂体会，也可以让学生通过邮件、网络教学平台等途径反映自己对课堂教学的看法和建议，教师则应根据学生的反馈意见调整课堂教学进度、改善教学方法，以进一步提高学生学习和课堂教学效果。

在教学过程中，教学经验丰富的督导组老教师会随机走进课堂对教学过程进行督查指导，根据随机听课情况对整个课堂的教学过程给予一定的评价。任课教师在听取督导组老教师对课堂教学过程的评价后，要进行查漏补缺，以进一步提高课堂教学质量。

五、高等农林院校“大学物理”课程教学改革的成效

通过对“大学物理”课程内容的“增”“减”处理，能够将物理原理与农林专业结合、知识教育和素质教育相结合。在教学方法上，将课堂教师讲授和学生讨论、学生讲解相结合；在教学手段上将常规教学手段和多媒体手段相结合，使课堂讲授更加丰富化、多样化，收到了较好的教学效果。学生学习的积极性和主动性普遍提高，学生对课堂教学的满意度普遍提升。期末学生对课程评价高于99分，教学效果提升明显。在教学过程中培养了学生分析问题、解决问题的能力，提高了学生的人文素养和科学素质。

资助项目：2014年高等学校教学研究项目——农林院校“大学物理”课程教学现状分析及对策研究，项目编号DWJZW201415xb；2015年高等学校教学研究项目——农科“大学物理”课程基本要求探究，项目编号DWJZW201519xb。

参考文献

[1]赵凯华.物理教育与科学素质培养[J].大学物理，1995，8(6)：32-35.

[2]刘杰，李永平.农林院校大学物理课程现状及改革探讨[J].长江大学学报(社会科学版)，2009，32(4)：288-289.

[3]张中卫，刘风勤，倪涌舟.高等农林院校“大学物理”课程教学模式改革探索与实践[J].中国林业教育，2011，29(1)：70-73.

[4]谢开.比较中外大学物理教育 提高教学质量[J].科技信息，2009(20)：47-48.

[5]蒋丽娟.大学物理课堂教学改革[J].新乡学院学报(自然科学版)，2011，28(2)：183-185.

(责任编辑王伟)