苗劲松 黄淼淼 卫正统 张晖 郭东琴

[摘 要] 在通识教育大背景下，将自主学习和探究学习能力的培养上升为一种教育理念，一种教学思想和一种教学态度。以能力素质培养为目标，以工科非物理专业本科低年级学生为基本定位，紧密结合学生的学习程度和能力现状，紧扣大学物理课程教学，深度挖掘略高于且紧贴教材和教学要求的探究内容，以课堂教学为牵引，逐步融入问题探究的多个元素，使大学物理教学面向能力素质培养有章可循，探索和实践了如何在知识迁移中有效培养学生的自主学习和探究学习能力。

[关键词] 学习能力;素质;自主学习;探究学习

[作者简介] 苗劲松（1969—），男，陕西西安人，硕士，信息工程大学副教授，主要从事大学物理研究;黄淼淼（1981—），河南潢川人，硕士，信息工程大学讲师，主要从事大学物理研究;卫正统（1987—），男，河南南阳人，博士，信息工程大学副教授，主要从事大学物理教学及光信息技术研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）24-0109-04   [收稿日期] 2021-03-18

物理学是一门与实验紧密结合的自然科学，其基本理论渗透于自然科学的各个领域，是其他自然科学及技术相互融合的基础和重要节点，在人才的科学素质培养中具有重要地位。以物理学基础为教学内容的大学物理课程，是高等学校理工科各专业学生的一门重要的通识性必修基础课，在培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程无法替代的重要作用，能够实现学生知识、能力、素质的协调发展[1]。显然，在通识教育大背景下，知识、能力和素质三层次培养目标中，知识目标是最基本且最容易实现的教学目标;素质目标主要指科学思想、科学精神、科学态度和科学方法等科学素质的培养。对于工科大学物理教学而言，能力目标主要体现为学习能力、实践能力和创新能力这三种能力的培养，在三层次培养目标中起到承上启下的作用，在人才培养中举足轻重。而三种能力的培养，以学习能力最为基本，体现为学生自主学习和探究学习能力的培养，这一能力培养能够帮助学生养成自主学习习惯，给学生的终生学习和后续发展提供后劲，是能力素质培养中最务实和最核心的选项。

一、大学物理课程对学生自主学习能力和探究学习能力培养的引领

物理学是自然科学中的基础学科，是其他自然科学和工程技术的基础，在人类物质文明的进步和思维发展中起着重要作用。在学生自主学习和探究学习能力培养中，工科大学物理课程，无论从课程的教学内容、教学过程使用的方法手段，还是课程本身的实践性特点，都具有其他课程所无法替代的重要作用。

（一）教学内容方面

工科大学物理定位于基础学科，教学内容在中学物理的基础上有所延伸，不但涉及经典物理，而且涉及近代物理以及科技前沿，呈现出由简单到复杂、由特殊到一般的循序渐进过程，不但要求学生知其然，也要求学生知其所以然[2]。和中学物理相比较，尽管工科大学物理的深度和广度均有所增加，但是工科大学物理所涉及的很多概念、知识、原理和规律，学生在高中已经有所接触，不会感到特别陌生，学习起来没有跳跃感，这就为工科大学物理教学对其自主学习和探究学习能力的培养奠定了基础。

（二）教学实施方面

就教学实施而言，工科大学物理教学需要两个学期，一方面该课程的教学过程能够给学生的自主学习和探究学习能力培养提供足够的时间和空间。另一方面，工科大学物理一般在第二、三学期开设，此时，学生对待知识的态度已经由简单的接受和理解，转变为对规律的溯源，以及知识、原理间的因果关系和来龙去脉，对物理原理和规律有着足够的探索欲望和内在动力;同时，这一阶段的学生已经学习了一定的高等数学知识，对微积分思想有所了解，已经具备用高等数学工具初步探究大学物理问题的能力[3]，这就为其在大学物理课堂上自主学习和探究学习能力培养的实施创造了条件。

（三）课程特性方面

物理学是一门以实验为基础的自然科学，实验和探究是物理学的灵魂。工科大学物理课程教学在凸显其基础教学、讲授基本知识的同时，注重学生分析问题和解决实际问题能力的培养，教学过程不但有课堂演示实验和理论讲授，而且有验证性、探究性等操作实验，形成了由实验到理论再到实验的一个完整的科学探究体系[4]。这一体系本身就是在探究中学习，相对于其他学科，在培养学生自主学习和探究学习能力方面，具有明显优势，并能够使学生养成良好的自主学习和探究学习习惯，实现本科和硕士阶段学习和科研能力的无缝衔接。

二、自主学习能力和探究能力培养的教学实践

大学物理课程教学对学生探究学习能力的培养，要以探究性课堂教学为牵引，结合培养对象的工科非物理专业本科低年级这一特点，因材施教，从课堂教学入手，创设紧贴教材和教学要求、但略高于教材和教学要求的探究问题，尝试开展多种形式的自主学习和探究学习能力培养的教学实践。

（一）在小问题的知识迁移過程中实现自主学习和探究学习能力的培养

教材是教学实施的重要参考，但是教学实施不能受限于教材。物理学是一门以实验为基础的自然科学，工科大学物理教材将物理学基本理论和实验紧密结合，这种结合体现了物理学的本质。无论是教材的编排还是教学过程的实施，都要紧扣课程教育教学的主线和核心内容，因此，教材中将有些边缘化的内容或结论，在基本公式或原理的基础上，不加证明地用“实验发现”“由此可见”“显然”等语言给出。其实，由于授课对象的不同，有些结论并不是很“显然”，而是需要适当推导或证明，否则，对于学生的理解而言，就会形成“断层”。这些内容大部分不难，这就给老师带领学生进行探究学习能力的培养留下了足够空间，相对较难的内容由老师讲授，比较简单的内容，可以在老师的引导下，让学生自主学习和探究，打通学生理解层面的这最后“一公里”。学生完全释疑、不断获得成就感的同时，培养了其自主学习和探究学习能力。比如热学部分，温度越高最可几速率越大，麦克斯韦速率分布函数峰值点下移，工科大学物理教材只是将这一结论定性地进行了说明，其实，这一结论可以很简单地由麦克斯韦速率分布函数和最可几速率成反比这一数学关系式来解释[5];再比如，牛顿环干涉一节，工科物理教材将牛顿环半径给出来之后，一般都会说“由此可见，牛顿环是一系列内疏外密的同心圆环”，其实这并没有将此问题说透，尤其没有说透为何内疏外密。其实，对于学过微积分的学生而言，对牛顿环半径公式两边进行微分，可以很简单地证明牛顿环内疏外密。其实，这些问题是数学和物理的学科交叉或者边缘性问题，数学和物理都觉得“无关大碍”，甚至“懒得讲解”。数学是和物理结合最为紧密的自然科学，然而，学生却往往不知道数学工具在物理上如何应用，这些问题不弄清楚就会在学生的心中永远留下一块阴影，对物理规律的深度理解以及严密性有所怀疑。同时，这些问题的难度，对学生而言，呈现为“伸伸手就能够得着”的状态，是最能激发学生探究兴趣、最能培养学生自信的内容，这些问题一旦在老师的引导下，由学生自主学习探究解决，会让学生产生很强的成就感，对其学习动力的促进，会起到牵一发而动全身的功效。因此，在老师的引导下，让学生从这些简单问题入手进行自学和探究，不但培养了学生对课程学习的自信，也培养了学生将数学等课程知识向物理课程的迁移，以及物理向后续专业课的迁移能力，还让学生养成了“于不疑处有疑”的好习惯，这样就有效提高了学生的自主学习和探究学习能力。

（二）常态化的一题多解教学将知识的应用转化为探究能力的培养

在巩固知识和应用举例时，一题多解是最简单、最常见的课堂讲授模式，在多种教育教学中被广泛采用，当这种行为上升为一种教育理念，一种教学思想和一种教学态度时，一题多解则是最基本的探究思维训练[6]。有些学科的一题多解练习，仅限于解题方式方法和手段的不同，规律上并无本质区别。大学物理的一题多解训练，不但体现为解题方式方法的多样，还体现在解题过程中使用的物理原理和规律的差异，这种差异，更容易培养学生的发散思维，更容易推动学生对物理规律的深层次思考和探究。在大学物理课堂讲授过程中，本文有意跨大类和跨体系做题。比如，一质量为10kg的质点，开始时静止于原点，其后沿x方向受到合外力F=3+4x（N）的作用，问质点在此合外力作用下运动到x=3m处的速度。显然，本题的常规解法是由牛顿运动定律求出加速度，然后积分得速度，然而，学完变力做功后，本题由做功和动能定理求解则更加简单;再比如，一质量为m的物体用轻绳绕在半径为R、质量为M、转动惯量为J的圆盘状定滑轮上，求理想情况下物体由静止开始下落过程中任一时刻的速度。本题可由刚体定轴转动定律和牛顿运动定律求解，也可由机械能守恒定律求解，还可由角动量定理解题。通过这些题目的一题多解练习，提高了教学和学习效率，训练了学生的发散思维和综合应用能力。这些解法的不同体现了不同物理规律解决实际问题的差异，然而却殊途同归，这不但使学生对物理规律及其内涵有了更深的理解，使学生对物理规律间的本质联系及其迁移有了更深的理解，同时，会促进学生对几种截然不同的解法能够自洽的根本原因做进一步剖析，自然而然地进行了探究训练[7]。这种常态化一题多解的教学实施，没有仅仅将教学停留在解决一个问题或一个题目上，而是着眼于对问题进行全面剖析和深入探究，不断培养学生的自主学习和探究学习能力。

（三）线下探究为主、线上自研为辅的自主学习和探究学习能力培养

无论是小问题式的探究，还是一题多解的探究，在老师课前做了充分准备的前提下，形式上都呈现为课堂上的即时问题探究。这些探究性教学和学习的特点是灵活，以及问题的相对简单，在不占用大量课堂时间的情况下对学生进行了自主学习和探究学习能力的培养，但是，对学生的强制性较差，对探究问题的解决程度没有做统一要求，对探究学习能力的培养效果无法检验[8]。讨论式的自主学习和探究学习能力培养实践弥补了上述自主学习和探究学习能力培养的缺陷。线下讨论式探究的总体思路是根据学生的实际情况，结合学生后续专业课，结合工程及军事应用，提前拟定探究内容，将探究问题提前告诉学生，经过学生自主学习、分组探究，最后由学生集中在课堂上进行讲解，同时，老师以平等的身份参与和引导学生在课堂上进行探究和讨论。这种模式由于课前自研和分组探究的时间较长，因此探究的问题和前两种情况相比，相对较难，但不能过难，而要符合工科低年级非物理专业本科学生这一现实特点，这就要求老师在问题的挖掘上多下点功夫。比如“逆风行船的原理”“荡秋千的原理”“对产生动生电动势的非静电力是洛伦兹力、洛伦兹力不做功的理解”这类问题，探究内容涵盖知识、原理和应用，并且适合学生探究。这种模式的教学组织流程大致为，首先对学生进行分组，老师发布多于分组数的探究问题;然后，所有学生通过一周的时间对所有问题进行自研和组内探究;其次，老师在课堂上随机抽取题目和讲授代表上台讲解，如有需要，讲授代表可以结合实验操作进行讲解，讲授代表讲解的过程中，所有人员包括老师，可以对讲解过程随时质疑并展开问题探究;再次，其他学生就讲解过程进行补充或对讲解问题提出其他解决办法;最后，老师解答学生还没有解决的疑惑，指出探究过程中存在共性问题和需要进一步思考的问题及其探究方向。

和线下相比，线上探究学习能力的培养偏重于资料的查询、问题的自主探究和网上提交。该模式突破了时空限制，有效拓展了线下自主学习和探究学习能力培养的手段和空间，容易将学生的碎片化时间利用起来，将学生的探究学习能力培养通过网络无限延伸，讓探究性学习常态化。该模式依赖于网络，便于学生查阅资料并互相交流和网上探讨，同时使学生学会了对网上信息的收集、整理、分析和判断[9]。这种模式特别强调探究学习的自主性和创造性，适合于高层次的探究性学习，也适合于低层次的探究学习能力培养，对工科大学物理的探究性教学和学习而言，给学生提供了一种跨时空的探究学习能力培养模式。同时，线上探究过程的每个细节都可以通过网络保留下来，这样就给学生对探究过程的回访提供了方便，更有利于自主学习，以及对问题的反复探究和深入探究。

三、结语

本文在通识教育大背景下，以三种能力和科学素质培养为牵引，结合工科大学物理非物理专业低年级本科教学这一特点，提出了“较低层次”的自主学习和探究学习能力培养，给出了相对应的教学实施策略，进行了教学实践，成效显著。本文给出的自主学习和探究学习能力培养策略，不同于研究型教学，也不同于一般的一题多解和习题讨论，该策略探究问题的难易程度介于研究型教学和习题讨论之间。本策略针对教学对象的特点，坚持脚踏实地，强调能力素质培养的可操作性和现实教学的实效性，克服了教学实施的华而不实和好高骛远，也杜绝了学生接受层面的简单和乏味，能够让自主学习和探究学习成为一种常态。本文强调探究问题要依据教学对象的现状，紧扣教学内容进行深度挖掘，在结合后续专业、工程技术和军事应用的同时，不但要关注物理学自身内部的知识迁移，也要关注数学、物理、专业课等诸多学科之前的知识迁移，这一理念和研究型教学以及习题讨论大不相同。这种基于知识迁移的探究能力培养依赖于实实在在的教学内容适当延伸，容易使学生形成探究体系，能够切实培养学生自主学习和探究学习物理问题的能力，将这种体系移植于后续专业课的学习，将不断强化学生终身探究问题的能力，养成学生终身探究问题的习惯，便于实现学生本科与研究生学习及科研过程的无缝衔接。

参考文献

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[9]魏淑芳.谈物理教学中学生探究能力的培养[J].中国西部科技，2010，9（20）：90+78.

Exploration and Practice of College Physics Teaching Based on the Cultivation of Inquiry

Learning Ability

MIAO Jin-song， HUANG Miao-miao， WEI Zheng-tong， ZHANG Hui， GUO Dong-qin

（Information Engineering University， Zhengzhou， Henan 450001， China）

Abstract： Under the background of general education， the cultivation of independent learning and inquiry learning ability has been elevated to a kind of educational concept， a kind of teaching thought and a kind of teaching attitude. Taking the cultivation of ability and quality as the goal， taking the undergraduate students of non-physics majors of engineering as the basic positioning， closely combined with the students learning level and ability status， this paper closely follows the teaching of College Physics course， digging in depth the exploration content which is slightly higher than that of the teaching materials and teaching requirements， and taking classroom teaching as the traction and gradually integrating multiple elements of problem inquiry. There are rules to follow in order to make College Physics teaching oriented to the cultivation of ability and quality. We have explored and practiced how to effectively cultivate students ability of independent learning and inquiry learning in knowledge transfer.

Key words： learning ability; quality; independent learning; inquiry learning