问题导向学习在大学物理教学的应用

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摘要：在大学物理教学中，融入反映物理基本原理的工程实际问题，以问题为线索，引导学生积极思考问题，培养学生运用所学知识解决问题的能力和工程意识，主动建构自己的认知结构。

关键词：大学物理；问题导向学习；工程实际问题

2013年6月，我国成为《华盛顿协议》的预备会员，这标志着工程教育专业认证在我国已经拉开帷幕。工程教育专业认证遵循三个基本理念：成果导向、以学生为中心、持续改进。这些理念更注重学生的学习效果，对于提高人才培养质量至关重要。高等教育学会会长瞿振元教授指出：“没有高质量的课堂教学就没有高质量的高等教育”[1]。因此，要提高人才培养质量，就要从课堂教学改革入手。大学物理是我校一门通识性的公共基础课，开设在大一下学期，不仅是为各个专业学生后续专业课程服务的，而且还承担着培养学生科学素养的职责。对于那些入学不久的学生来说，他们对自己本专业的知识结构还没有形成系统认知，更没有意识到大学物理这门基础科学在整个知识体系中的地位和作用，往往不重视物理的学习，总会抱怨说：“学习物理有什么用呢？我们以后的专业和工作跟物理没有关系啊！”他们对于物理的学习很茫然。传统课堂教学仍是以教师为中心，对知识进行传授、灌输，而学生被动地接受知识，缺乏学习的主动性。在这种教学模式下，学生的表现不尽如人意，有些学生课上玩手机，有些学生逃课，有些学生是为了考高分拿学分而学习。显然，这种教学模式已经无法适应当今社会发展的需要了，难以担负培养世界一流人才的重任。“当学生毕业时，他们学到的全部知识、能力和态度应该有哪些？”这是一线教师需要深刻思考的问题。教师需要认真选择实现课程培养目标的教学方法，该方法应围绕成果导向（即学习产出），树立“以学生发展为中心”，即学生应该得到什么学习成果、为什么要让学生得到这些学习成果、如何帮助学生得到这些学习成果、学生是否得到了这些学习成果、如果未得到该怎么办。这并不否认教师在提高教学质量中的主导作用，而要强调“用优秀的人培养更优秀的人”。教师始终是课堂教学的组织者和实践者，是教学质量的责任主体。

一基于问题导向学习的物理教学

（一）问题导向学习概述。1969年，加拿大安大略省汉密尔顿市的麦克马斯特大学的医学教育工作者霍华德�巴罗斯最早提出了问题导向学习(Problem-BasedLearning，简称PBL)，其目的是为了培养医学院的学生。PLB教学模式，不是把所有知识都灌输给学生，再将知识应用于临床场合，而是要求学生研究一个具体的病历，提出恰当的问题，并自己拟定解决方案。实际上，它充分体现了建构主义思想。建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资源，通过意义建构的方式而获得[2]。因此，学习是学习者主动获取知识的过程，而不是学习者记忆或背诵教师讲授内容。这样的“学习者”心怀求知求学的渴望，深知自己的学习需要，善于选择和利用现有的资源来满足自己的需求。巴罗斯把PLB这种新方法规定为“起自于努力理解和解决一个问题的学习”[3]。PLB教学模式可以有效地促进学生学会学习，提高解决问题能力，并强调对知识的迁移运用。它在医学教育中引起了一场小小的革命，并逐渐地由医学领域走向其他学科教育领域。（二）问题导向学习在物理教学中的应用。从“新工科”的视角重新审视和开展教学活动，以学生为中心，强调学习产出，注意把经典的教学内容与工程实际问题相结合，培养学生的工程意识，激发学生的学习兴趣。在教学中，结合民航专业背景来创设问题情境，更容易引起学生的情感共鸣，这样学生就会在情感上接受物理，认为学好物理对于自己的专业是重要的。实际上，物理学中的每个知识点都是自然科学和工程技术的基础，渗透于生活、生产、人类科技文明和社会进步的方方面面，在物理课堂教学中，教师可以从日常生活、工程技术或后续课程中搜集反映物理基本原理的素材融入课堂，让学生体会到物理这门基础性科学的重要地位，认识到基础科学是新技术和工业发展的原动力。例如，在讲解静电场内容时，教师可以创设问题情境，引入“飞机静电场”。然后，教师引导学生思考并探究飞机起电原理，调动学生参与课堂讨论或与同学交流，激发学生学习的主观能动性。学生凭借自己原有知识或生活积累，知道飞机在飞行时与大气和其他杂质的摩擦，飞机机身上将产生大量的静电电荷。当然，飞机起电原理不仅仅是通过摩擦起电，当飞机接近带电云团时会由于静电感应带电，或者由于飞机引擎燃烧产生等离子体而起电。飞机起电的原因有多种可能，教师可以进一步对学生的结论进行补充完善，促进学生建构其认知结构。目前已知，飞机起电产生的静电场大到足以在数公里的范围内可测，但是现有的科学技术还不可能完全消除飞机静电[4]。教师可以进一步提问：“那你们知道大量的电荷对于飞机飞行有什么影响吗？”来引发学生的深度思考，在解决问题的过程中也培养了学生对于知识的迁移应用能力。教师总是以避雷针为例讲解静电放电原理，可学生在中学学习物理时就知道了，重复讲解会让学生觉得毫无新意，不愿意听。如果教师以“飞机外表面的尖端部分为什么都安装了静电放电针”提问，那么学生就会有耳目一新的感觉，而且这个问题与民航相关，更能引起学生共鸣。讲电磁波时，教师以“在飞机上使用手机到底有没有危害”、“国内外的普通手机使用说明书中都明确规定‘请不要在加油站内使用手机’的警告语，你知道原因吗”等问题引起学生讨论，这些问题直接将理论与工程实际应用结合，使得学生能够学以致用，并逐步培养学生树立工程意识。诸多研究表明，课堂中师生互动的频次与质量已成为衡量本科生学习经历满意度的一个重要变量[5]，尤其是以问题为导向的课堂教学模式把学生置于教学环节的中心地位，强调学生主动学习的意识，同时培养学生分析问题、解决问题的能力。

二结论

在大学物理教学中，融入反映物理基本原理的工程实际问题，一方面可以加强学生对知识的迁移应用能力和解决问题的能力，另一方面使理论联系实际，使学生能够了解物理原理在工程实践中的应用，强化学生的工程意识。以问题为导向，引导学生多角度、多层次的思考，能够培养学生的发散思维，主动建构自己的认知结构，最终对于提升人才培养质量有一定积极的作用。

参考文献

[1]瞿振元.着力向课堂教学要质量[J].中国高教研究，2016，12：1-5.

[2]何克抗.建构主义——革新传统教学的理论基础（上）[J].电化教育研究，3:3-9.

[3]张玉昆.论巴罗斯的“问题导向学习”与新课程改革[J].新课程：教育艺术，2011，6:4-6.

[4]李银林，施聚生.飞机静电场特性及其探测原理[J].探测与控制学报，1999，4：46-49.

[5]潘金林.聚焦生师互动：提高本科教育质量的“支撑点”[J].中国高教研究，2016.12：19-22.

作者:杨芳 孔伟 周青军 单位:中国民航大学