線上線下融合教學體會范文
時間:2023-12-07 17:47:01
導語:如何才能寫好一篇線上線下融合教學體會,這就需要搜集整理更多的資料和文獻,歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文,供你借鑒。
篇1
[關鍵詞]特殊公共衛生事件;醫學教育;混合式教學
2020年初特殊公共衛生事件爆發后,由于口腔門診診療情況特殊,需要長時間醫患近距離接觸,口腔渦輪手機等專業設備在工作時也會產生大量水霧飛沫及氣溶膠,常用的防護措施不足以有效地阻止特殊公共衛生事件的發展,若患者隱瞞病情或者潛伏期患者在未確診的情況下到口腔科門診進行治療操作,將導致特殊公共衛生事件蔓延,所以口腔科成為特殊公共衛生事件防控的高危學科[1]。中南大學按照教育部的統一部署,2020年春季學期的教學全部采用線上教學方式進行授課,相較于傳統的教學模式,線上教學尤其是臨床見習線上帶教具有更大的挑戰性,需要精心的設計和準備。為了保障正常的教學秩序及最好的教學效果,口腔教研室全體教職工積極行動,針對口腔科學教學特殊性,從課前準備、教學過程及學習監督管理三個主要過程著手,探索線上教學模式,保障本學期口腔科學教學的順利開展。隨著特殊公共衛生事件全球化不斷發展和網絡時代的進步,線上線下聯合教學將會成為主流,本文將口腔科學線上教學過程經驗分享出來供大家參考。
一、醫學歷史與理論知識點的融合
本次線上理論課教學以醫學史為切入點,挖掘醫學理論知識的深度和廣度[2]。比如20世紀初中國東北地區暴發的鼠疫奪去了6萬多人生命。對于那次的鼠疫,伍連德深入一線疫區,親自診查病患,從呼吸道感染癥狀嚴重的情況判斷,推斷極有可能是通過飛沫在人與人之間進行呼吸傳播,他駁斥外國專家的偏見同時發明了加厚口罩,解剖患者遺體,開展細菌培養試驗,鎖定鼠疫桿菌,進而發現了通過呼吸和唾液的渠道傳播,通過游說鐵路部門的當地官員,借調來1300節火車車皮隔離患者和正常人,切斷疫情蔓延的途徑;通過焚燒疫尸,徹底撲滅傳染源……科學的抗擊疫情理念使年輕的伍連德初露鋒芒[3]。還有俄羅斯骨科醫生伊里扎羅夫,他治療了大量骨折不愈合的病例,傳統的治療方法會有骨斷端愈合后縮短的弊端。但是在一次骨折不愈合病例治療中,他的治療團隊使用了一種外固定加壓促進斷端愈合支架,他的助手想增加骨折端的壓力,使骨斷面接觸更好,調緊了外固定支架上螺絲,但是把調整螺絲的旋轉方向搞錯了,骨折斷端非但沒有貼緊,反而更加分開了。后期X片顯示,分開的骨折斷端之間卻顯示有新生骨痂形成,伊里扎羅夫沒有放過這一“反常”現象,對這一“失敗”手術進行了嚴密觀察和科學思考,并利用動物進行了后續截骨牽引成骨的相關研究,最終發現了“牽張成骨”技術[4],最終使其在骨科和口腔外科大放異彩。融合醫學歷史大大提高了教學的吸引力和趣味性,使學生從重復乏味的知識點背誦中解脫出來,攝取更充裕的醫學歷史同時寓教于樂。同時,通過深入探索醫學歷史,學習醫學史不斷完善的發展道路,我們適當地啟迪學生以史為鑒,培養學生探索醫學的創新思維。
二、醫學人文精神的教授
教師在整個線上授課過程中注重醫學人文精神的輸入和滲透,且輸入和滲透具有藝術性和技術性[5]。既往醫學人文精神教學的過程中,教師可能只是把醫學生誓詞強加給學生,學生可能勞而無功,并不能身臨其境。目前,隨著醫學水平的不斷發展,醫學人文精神在醫學研究中確有偏離,在醫學教學過程中推動其回歸是十分必要的。相比線下教學,醫學人文精神的滲透在整個線上授課過程中更具有挑戰性。例如,口腔外科手術時間長、風險極大但是收益低,年輕醫學生不愿意選擇從事口腔外科,口腔外科面臨年輕醫師培養接班的困局。“樹立獻身醫學科學”這一醫學人文精神,在特殊公共衛生事件時代的口腔外科線上教學活動中,將樹立獻身醫學科學人文精神融入口腔醫學的外科知識點中講授,不失時機地結合醫護抗疫的視頻片段,全國各地數百支醫療隊,4萬余名醫務人員不畏艱險,支援湖北及武漢一線;武漢一位醫生身患漸凍癥,妻子感染上病毒,卻依然以頑強意志戰斗在最危險的地方;醫護們奮力投身一線,臉上被口罩勒出醒目的血痕、手指被汗水浸泡得發白發皺[6],從而激發學生榮譽感和責任感,啟發其對生命意義和醫學人文精神的思索。讓學生感同身受地體會醫者的仁心和責任心,提醒醫學生不要在物質世界里迷失自我,樹立救死扶傷的工作理想,在工作中最大程度上減少給患者造成身心傷害的并發癥,培養出對生命的熱愛、不屈不撓地進行醫學科學實驗和研究,以他們的醫學實踐和創新精神貢獻給人類健康事業。
三、制作優秀線上教學課件
由于線上教學依賴多媒體展示,均需通過電腦或手機屏幕展現,手機屏幕展示效果與投影儀不同,學生長時間使用電子屏幕,注意力難以長時間集中,長時間使用也容易眼疲勞,進而導致教學效果打折;課件字體和版面設計不合理導致學生上課易疲憊。教師在設計線上教學多媒體課件時,需要合理安排多媒體的字體格式和字體大小,排版布局適合手機和電腦觀看[7],教師在授課前都應該在教研室進行課件網絡試課,提前進行在線教學演練,授課教師之間相互進行聽課和課件批改。我們應該采用多姿多彩的課件形式展現我們的內容,避免過多的文字堆積,因此,更多采用動畫演示、操作手術視頻和流程圖等手段就非常有必要,這樣能使多媒體課件更加豐富多彩,適時變換教學課件模板使線上教學效果更佳,課堂講解中變換語調、語氣和停頓從而調節課堂氣氛,最終規避線上授課的缺點,取得線上線下同樣的學習效果[8]。
四、課堂語言要求有特色
在傳統課堂上,教師與學生面對面授課時,教師可以運用眼神、面部神情、肢體及語言等多種方式來表達自己。教師線上教學的表達受到了網絡的限制,教師主要靠語言來表達自己,教師需要挖掘更多的語言特色。因此,教師在線上授課過程中,盡量使用具有流利的和充滿趣味的語言。教師能夠采用有聲有色的語言,風趣幽默的用詞,結合網絡流行段子語錄和新詞匯,或發揮教師個人特長,激勵能夠帶動課堂氛圍的講授方法,激起學生學習興趣,最終取得線上線下同樣的教學效果。
五、確保線上授課平臺運行平穩
線上教學活動依靠教學平臺和完備的各種設備和軟件的支撐。我們教研室群策群力,開展眾多網絡教學平臺的試課,如暢課、騰訊會議、釘釘等,教師在授課前都應該在教研室進行多平臺提前試課,熟悉教學設備和軟件的使用,年輕和年長教師一對一合作幫扶,保證年級較大的教師軟件正確使用,教研室能夠保證多臺教學設備同時正常運行,提前進行教學平臺故障演練。在實際教學時,保證充裕的時間,穩定的網絡信號,安靜的教學空間,如有干擾和網絡故障需備有其他空間和網絡,這為線上教學提供了更多可利用空間。同時,教學秘書課前還通過各種途徑搜集學生聽課設備和網絡通暢情況,在出現個別學生出現困難時,準備好彌補方案,如備有課堂錄像等,確保學生們都能夠加入線上教學中來[9]。
六、醫學創新科研思維的導入
在傳統教學中,教師往往注重醫學知識的灌輸和技巧的傳授,學生容易走神,參與度低。而我們在這次線上教學中,提前布置學習任務,發放教學大綱,提供討論案例和學習文獻,同時預留一個交流討論區,讓學生可以在網絡上向教師提問或學生之間討論,教授學生們開始查閱專業文獻,學生查閱大量文獻的過程就是學會思索的過程;讓學生能夠通過自主探索、合作交流、獨立獲得知識,避免了在日復一日的“填鴨式”教學中失去學習興趣。學生們閱讀、歸納和總結文獻后,對一些醫學知識和問題,學生們會慢慢形成自己的理解,在這樣的學習過程中,學生站在了課堂的中央,激發了他們的興趣和積極性,激起他們自主探索的氛圍,教師再加以指引,他們創新精神的科研思維能力就會不斷提升。
七、課前課中課后同步管理
傳統的教學模式一般僅僅注重課堂的教授,特殊公共衛生事件時代,變更教授模式勢在必行,線上線下混合制教學模式迎來了成長機遇,課前學習和課后復習的落實在線上線下混合式教學中非常重要。我們提前5~10天布置教學任務,將同學們相應分組,向同學們發放教學大綱、教學視頻和討論臨床案例,鼓勵同學們進行課前學習,針對不懂的問題同學們在小組內進行組內交流和討論學習;課前學習有助于培養學生主動學習和思考的能力,提出問題并向教師請教或學生之間進行討論學習。課堂上我們將不再講授提前布置學習的內容,只回答學生課前學習的難點、討論中提出和存在的疑問,對教學大綱快速總結和概括,進一步強調重點,對課前學習中未涉及的問題進一步講授。課堂學習討論是重點,我們精心設計和實施課堂互動內容,采用多樣化互動形式,如分組討論、提問互答和課堂測驗等。在課堂互動后,我們應該進行適當的總結和討論內容指導。在課后階段可以引導學生閱讀相關書籍和文獻,開闊學生眼界,同時開展相關測試檢測學習效果,并及時了解學生課后閱讀情況,通過單獨交流、成績總結、課后線上討論等形式對整體學習效果進行評價。
八、反饋和改進并舉
2020年春季學期的線上教學任務下達后,由于是首次線上教學,教師和學生們并無相關經驗和設備,我們在線上立刻對學生的網絡設備、學習工具和網絡教學要求進行了統計調查,做到了有的放矢,部分學生家庭網絡信號不佳、流量不足或者線上設備顯示效果不佳,經協調后解決問題[9]。教學開始后進行了線上教學的單獨交流訪談,根據學生在線學習的感受改進教學方式和內容,根據同學們反饋的視頻缺乏的缺點,購買了人民衛生出版社的相關視頻,并拍攝了部分簡短教學小視頻;教學完成后再次進行調查反饋,調查顯示大部分學生和教師認為線上教學可以滿足臨床理論課的要求,部分學生認為線上教學無法滿足討論型教學的要求,大部分學生認為線上教學無法替代操作等實踐教學,線上教學要求學生有更好的自主性和可拓展空間,但也存在一定缺陷。因此,針對以上問題需要后期線下教學進一步補充,醫學線上虛擬操作平臺的建設也是今后教學模式改革發展的方向,包括拔牙、麻醉、切開縫合和小手術等[10]。
九、線上考試和考核
傳統的教學模式一般僅僅注重課堂后的書面考試,特殊公共衛生事件時代,變更考核模式勢在必行,線上教學考核模式迎來了機遇,在本次線上教學中我們改進了我們的考核模式,本課程總成績由理論考試+實驗考核+綜合評價三部分組成,具體測評指標如下:一是理論考試:嚴格按照口腔科學的教學大綱的核心,通過挑選各章節核心來配比題目數,以確保試題覆蓋口腔科學學科的重點和難點,以期全面而透徹地考核學生們的掌握情況;二是實驗考核:以操作視頻截圖和結構圖片考核學生對知識點的掌握,確保同學們能夠知曉口腔科學的基本知識,為后續其他醫學橋梁課程的學習做好準備;三是綜合評價:評價包括課前學習知識掌握情況、線上課程基本情況、線上討論參與率、線下討論參與率和課后作業完成質量[11]。根據學期考試成績和綜合評價對比表明,在現代信息化發展的支持下,線上教學改革能夠適應當前教學的需要,我們在線上教學變革初步摸索中獲得了一些經驗和反饋,將根據反饋進一步挖掘提高課堂教學質量的方法。
篇2
關鍵詞:新工科;計算機專業;問卷;計算思維
1引言
2020年是極為復雜的一年,突如其來的疫情對各行業都造成了歷史性的影響。對于人才的供給與需求研究而言,最為直觀的影響有兩點:一是經濟形勢惡化衍生的“就業難”問題;二是國際形勢惡化衍生的“出國難”導致高端人才回流。在兩點影響的交織下,人才市場原有平衡會向公司為代表的需求側傾斜,畢業生的就業成功率與待遇水平的兩極化趨勢加劇。在嚴峻的現實考驗下,伴隨新工科改革的不斷推進,高校對專業人才的培養改革工作變得更為重要。本研究針對計算機專業本科生教育培養進行了理論和實踐的調研與探索,以期得出切實可行的改革舉措。
2計算機專業現狀調查與結果分析
遵循調查研究的一般過程,針對吉林省部分普通高校計算機專業學生制作并發放結構化封閉問卷,首先了解學生的“輸入特征”,調查學生的專業志愿選擇、專業熱愛程度、專業培養目標認知等基礎情況;其次了解學生的“過程特征”,調查學生的專業教學方式期望、科研意向與機會獲得、知識技能期望等過程情況;再次了解學生的“輸出特征”,調查學生的單位類型期望、就業地區期望、歸因方式等結果情況;最終結合擇業效能感、專業特質焦慮和社會支持三項測試調查結果,綜合考察當前計算機專業人才培養的實際情況,得出當前計算機專業人才供給側現狀的一般結論。經過對問卷收集、整理與分析,初步對問卷有效性進行了檢驗。通過對調查問卷基礎項目的回答情況分析后,可以發現以下結果。
2.1人才輸入特征方面
由于計算機專業的理工科學科性質,受訪者大多數為男生,受訪者男女生比例約為1.86:1;從受訪者年級分布上看,大一和大四學生的回答數量位列第一、第二位,能夠較好地符合研究需要。通過對高考填報志愿的選擇進行調查,了解到計算機專業并不完全是受訪者最希望進入的專業,第一志愿填報計算機專業并入學就讀的學生僅占全部受訪者的57%左右。在進行專業熱愛程度問項調查時,表現出非常熱愛的學生僅有約21%,約40%的受訪者比較熱愛,最為重要的是有約35%的學生認為一般??傮w來看,這種供給端的專業態度與人才市場對計算機專業的青睞出現了較大的差異,根據這一線索性結果,下一步可以探索原因并提出具有針對性的解決對策。與專業熱愛度相類似的是,受訪者對專業培養目標的認知也表現出了相當程度的茫然與模糊,對所學專業培養目標很清楚的受訪者僅占全部受訪者約13%,認為自己比較清楚的約占41%,認為一般的約占35%,說明大多數學生并沒有能夠對自身做出清晰合理的職業規劃,這一方面可能源自對專業的熱愛程度不夠,另一方面也可能源于在培育過程中高校在職業生涯的規劃和指導方面有所欠缺,有待進一步借助后面的量表測試開展深入分析。
2.2人才過程特征方面
研究發現:在預設的五種教學方式中,有58%左右受訪者認為教師在教學過程中應更注重實踐模擬方式,其次是理論講解和案例分析,學生對翻轉課堂和傳統的考核測試不感興趣,說明計算機專業人才培養應緊緊把握應用性的專業屬性,為學生提供更多的上機實踐操作與課后、課外實踐機會;在科研意向與機會獲得方面,61%的受訪者沒有機會參與到科研活動中,25%的受訪者認為機會較少,僅有13%的學生得到了充足的科研機會;在知識技能期望方面,約50%受訪者認為在專業學習過程中掌握的知識技能與就業單位比較相符,約14%受訪者認為很相符,但仍有約30%的受訪者認為相符程度一般,說明在實質性的計算機專業知識技能教學方面仍然需要高校緊密貼合業界實踐,動態調整培養方案與課程內容,努力提高課程供給與業界需求的匹配程度。
2.3人才輸出特征方面
通過對受訪者最期望的就業單位類型進行調查,發現有約33%的學生選擇國有企業作為就業單位類型的首選,其次是約38%的學生希望進入科研機構或高等學校從事相關工作,重要的是僅有約7%的學生主觀上希望去私營企業從事工作,研究認為這一調查結果可能受地域、文化、家庭背景等影響較大,另一方面,與過程特征中科研意向與機會獲得的調查數據比較,可以清楚發現仍有約25%的受訪者難以接觸到其主觀希望得到的科研機會,未來應結合這一情況進一步探索解決對策;在就業地區期望方面,約71%的受訪者希望在大中型城市工作,約20%的受訪者希望在中小型城市或縣城工作,約7%的受訪者希望在特大城市工作,說明學校應在就業資源對接上主要側重于大中型城市用人單位開展溝通;在歸因方式上,六成以上受訪者認為行業市場、學歷提升、實習工作經驗三項條件是畢業生實現理想就業目標的主要影響因素。在對問卷數據進行描述性統計分析和調查結果研討后,進一步對擇業效能感量表、專業特質焦慮量表和社會支持量表進行Cronbach信度分析,分析結果顯示:擇業效能感量表α系數為0.990,專業特質焦慮量表α系數為0.955,社會支持量表α系數為0.994,三種量表的全部測度項已刪除α系數均未超過量表總體α系數。綜上所述,本研究所采用的三種量表均達到了良好的信度,可以進行后續的模型分析。
3計算機專業人才培養改革舉措
3.1教學中注重計算思維的培養
通過前期的問卷調查、無結構式訪談,研究發現:在新工科時代,計算思維對于計算機專業學生的成長成才至關重要,是學生在校以及未來職業生涯發展的重要影響因素,計算思維本身就蘊含在學生的專業能力與思維方式之中,是計算機專業人才的核心專業特質之一。計算思維較強的學生往往會被用人單位視為是“專業”“學習勤奮”“能力強”的體現,會更受到人才需求側的青睞。因此,在新工科背景下,需要更加注重培養高校計算機專業大學生的計算思維,使學生逐漸擁有計算思維的思維習慣。結合文獻研究與調查問卷結果,并根據當前計算機專業人才教育教學實踐,認為應該在教學過程中更多地融入案例教學,調動學生學習和研習興趣,才能從思維而非表層的知識技能層面上引導學生接受并自我塑造新的思維模式。通過對高校計算機專業課程培養方案以及實地觀察發現,可以嘗試在經典案例中理解計算思維,如在算法學習中對冒泡排序的形象化理解;在疫情期間培育出的線上線下融合教學模式中,探索符合本校計算機專業學生特點的“MOOC+SPOC+翻轉課堂”的協同教學模式;還可以嘗試與實際的工程案例相結合,在教學中培養學生的計算思維等等。目前,“MOOC+SPOC+翻轉課堂”課程改革有望成為互聯網時代新工科教育教學改革的重要方式之一,能夠有效促進計算思維在計算機專業人才教育培養過程中的融合程度;程序設計思維是計算思維的重要組成部分之一,進一步探索在程序設計類課程中強化計算思維混合教學模式效果有助于強化計算機專業人才供給質量。因此,對計算思維的培養不應只停留在形而上學的抽象概念階段,應讓學生實際感受到現代化科學的豐富魅力,在學生自主的實踐實證活動中不斷探索、體會計算思維的真正含義。
3.2理論教學改革
根據問卷調查結果,計算機專業學生普遍對傳統的考核測試不感興趣,原因在于傳統的考核測試并不能夠真實全面地反映學生的學習成果,難以達到對學生專業綜合能力培養的準確衡量,需要進一步探索產生這種問題的原因,及時提出解決對策。從大一開始訓練學生的“計算思維”和“創新思維”,而不只著眼于“知識”的學習。在教學過程中,《大學計算機》課程突出“以學生為中心”的教學理念,實現了由“教”向“學”的轉變,通過MOOC平臺和SPOC工程案例相融合的創新理念實施教學;同時摒棄“唯期末考試”論,實現過程性考核,大大提高了學生學習的主動性和積極性,是本校計算思維培養和運用的典型代表課程?!陡呒壵Z言程序設計》《離散數學》《軟件工程》等課程從2018級開始嘗試根據實踐案例的教學特點設計教學方案,將多輪漸進式教學方法和任務翻轉式融入教學中,促使學生主動思考、深入探究,應用“找問題,想方法,去解決”的思維方式進行學習,并采取靈活多元的考核評價體系,通過學生期末反饋教學模式改革的評價體會,進一步修正和完善教學改革。
3.3實踐教學改革
專業實驗室是學生實踐環節培養的重要場所。在教師的指導下,自大二開始,越來越多的計算機專業本科生進入到實驗室參與教師的科研實踐、模擬仿真工作中;鼓勵和帶領學生參加電子設計競賽、國際ACM程序設計大賽、大學生創新創業大賽、數學建模競賽、ITAT教育工程就業技能大賽等科技活動,不僅拓寬了知識面,提高科技創新思維和創新能力,通過比賽中不斷取得的優異成績,也提高了本校在社會上的知名度,進而促進學生就業擇業的穩步增長;同時持續擴建、新建專業實驗室,如硬件綜合創新實驗室,物聯網技術實驗室,大數據技術實驗室。積極拓展省內外的實習基地。力爭增加校外實習實訓基地,每年選派一定數量學生到基地進行認識實習和畢業實習,深化校企合作,針對計算機專業大四畢業生,通過學生與企業雙向選擇方式,實施校企學分置換;充分發揮合作企業所具有的工程教育資源優勢,與本校的人才培養進行優勢互補,將更多具有綜合性、實踐性、創新性、先進性的企業課程引入到教學當中,注重培養具有創新思維、創新精神和實踐能力的計算機應用型人才。
篇3
1力學課程教學過程中存在的問題
1.1大量知識點與高中物理重疊,知識的新鮮感不足,難以激發學生學習興趣
力學課程中質點運動學、質點動力學、動量、動能、勢能、振動和波動等大量知識點都是高中物理重點內容,大學力學課程只是以微積分為載體用一種更系統、更基本、更符合物理思維邏輯的方式展現出來,并在此基礎上進一步深入、拓展。學生在高中三年很大一部分時間都在與這些知識點打交道,早已沒有了新鮮感。這就導致學生對力學知識的求知欲不強,課程的學習興趣不足,對教學過程和教學效果不可避免地產生負面影響。而且,一些高中物理的核心知識點,如質點運動學、質點動力學、動量以及動能等正好是力學課程前面部分的內容,很容易使學生在剛剛接觸力學課程的時候產生錯覺,認為它僅僅是在高中物理相關知識基礎上簡單的進行一下擴充和補充,從而在課程學習的初期產生輕視的態度,造成課程前期基礎掌握不牢,后續學習力不從心,嚴重影響學習的效果。
1.2高中物理式思維慣性嚴重,難以建立以微積分為基礎的物理思維模式
力學課程是將經典力學的基本定理和規律以微積分為基礎并通過嚴密的數學推演呈現出來的。這與高中物理直接給出基本定理、規律的教學模式完全不同,它更具普遍性,也更符合物理思維模式。然而,學生通過三年高中物理的學習,已經習慣了高中物理教學模式和思維模式,對力學基本定理、規律的推演過程不重視,解題過程總是習慣采用高中思維模式,不愿意嘗試采用以微積分為基礎的更一般化的思維來處理力學問題。這樣很容易導致力學課程僅成為高中物理力學知識的簡單補充或擴充,達不到建立以微積分為基礎的更具系統性、普遍性和邏輯性的經典力學理論體系的要求,也難以達到通過力學課程的學習培養、鍛煉學生物理思維的目的,更直接的后果往往是到了力學課程中后期,對一些較為復雜且必須以微積分為基礎的力學問題,很多學生就感覺力不從心,嚴重影響一些核心知識點的學習和掌握。
1.3注重知識的積累,忽視了知識的消化和內化力學課程包含質點運動學、質點動力學、動量及動量守恒定律、動能及機械能守恒定律、角動量及角動量守恒定律、剛體力學、流體力學、振動、波動以及相對論力學等內容。雖然課程知識點多、定理多、公式多,但是這些知識之間有內在關聯,其中質點運動學和動力學是基礎和核心,通過質點系可以引申到其他大部分知識點。此外,微分和積分的思想與力學基本物理量、基本定理和定律的建立密切相關,利用微積分思想可以將很多物理知識點關聯在一起理解。然而,學生在力學課程學習過程中往往只注重這些具體知識點的理解和掌握,忽視了它們之間的內在關聯,致使學生往往學完力學課程后感覺所學知識太零碎,不成體系,印象不深刻,理解不透徹,更達不到舉一反三、觸類旁通的效果。
2力學教學改革的探索
2.1合理規劃教學內容和方法,突出重點和特色
筆者所在學院物理學專業力學課程近年來一直采用高等教育出版社出版的文獻作為教材。該教材也是目前國內物理學專業力學課程使用最多的教材之一,其內容豐富、全面,包含了物理學和力學、質點運動學和動力學、三大守恒定律、萬有引力定律、剛體力學、振動和波動、流體力學以及相對論簡介,共11章的內容。根據長期的教學實踐,我們發現力學課程的這些知識點大致可以分為三類。第一類,如質點運動學和動力學、動量和機械能及其守恒定律等,這些內容是高中物理核心內容,學生對知識點很熟悉,有較好的基礎,只需引入微積分思想,建立以微積分為基礎的知識體系和思維模式。第二類,如角動量及其守恒定律、剛體力學等,這些內容是學生比較陌生的全新知識點,也是力學課程中的難點部分,需要學生重點把握。第三類,如流體力學、相對論等,這些知識點只是作為完整力學課程體系進行了簡要介紹,如果要全面掌握這些內容還需要系統的學習后續相關課程。因此,針對第一類知識點,我們重點突出微積分的基礎作用,重建基本物理概念、定理和定律的過程,以及采用微分或積分的方式處理力學問題實例的教學,而淡化類似高中物理式的知識點的應用;針對第二類知識點,我們既重視學生對基本概念、定理、定律的理解和掌握,知識點理解的強化和深化,也注重知識點的具體應用;針對第三類知識點,我們在建立基本概念體系的基礎上引導學生自主學習。
2.2加強微積分與物理思維的融合,培養學生物理思維
建立以微積分為基礎的經典力學體系,并在此過程中培養、鍛煉學生物理思維是力學課程的核心任務和目標,為此,我們從三個層次強化微積分與力學知識以及物理思維的融合。首先,強化基本物理量的微分或積分定義,以及基本定理、定律的推演過程的講解,使學生逐漸體會細分后取極限構建基本物理量的思維方式和方法,領會基于導數和積分幾何意義所表示物理量、物理定理和定律的本質及具體內涵,感受基于微積分的力學知識表述的簡潔性、準確性和一般性。其次,利用一定量的例題和練習題教導和訓練學生運用求導和積分的方法處理力學問題,引導學生逐漸習慣以微積分為基礎的力學思維方式。在此過程中,要著重注意物理量方向導數的計算和積分上下限的確定。前者為對矢量求導,學生一般不熟練,且物理意義也較為難懂一些,需要重點講解,使學生既理解物理內涵又熟悉計算方法;后者需要將高等數學中的定積分與一個具體物理過程對應起來,以該物理過程的初態和末態來確定積分的上下限,需要結合具體例題和練習題有針對性地進行強化訓練,使學生能夠靈活處理關于某一物理過程的積分問題。最后,利用微積分的內涵將不同物理量、物理定理和定律聯系起來,體會這些物理量、物理定理和定律的共同特征,更深層次的理解他們的物理內涵。例如,力函數對時間和空間的積累分別對應沖量和功,雖然二者物理含義不同,但其實都是力函數對自變量的積分,只不過積分對象不同。顯然,若是將二者統一起來,學生將對力的作用效果的理解更加深刻,也會進一步促進學生對沖量、功的概念以及質點動量定理和動能定理的掌握。又如,守恒量從微積分角度來說就是其對時間的導數為0,以此來理解動量、機械能和角動量三大守恒定律自然更加深刻、透徹,也更能在具體應用中達到舉一反三的效果。
2.3借助知識之間的關聯性,開拓思維,促進知識的二次消化
剖析力學課程中各研究對象、知識點之間的關聯性,找出其共性、相似性以及差異,不僅可以促進學生對相關知識點的理解和把握,而且可以促進學生的自主思考,開拓思維,實現對知識的二次吸收和消化。為此,我們首先從質點、質點系、剛體以及理想流體這些力學課程非常重要的理論模型和研究對象入手,通過理清他們之間的內在關系,調動學生主動思考,嘗試對知識點進行外延式和內涵式拓展,促進學生對知識點進行遷移、融合,從而達到對知識的二次吸收和消化,建立更加完整、有機的經典力學體系。在這個過程中,質點的運動學和動力學是基礎,將其拓展到質點系是關鍵。在從質點拓展到質點系過程中,要著重注意內力和外力的處理以及借助高中物理熟悉的整體法與隔離法使用技巧。有了比較扎實的質點及質點系力學知識后,再將剛體和理想流體看成是特定質點系,引導學生利用質點及質點系力學理論分析、處理剛體力學和流體力學相關知識不僅可以達到事半功倍效果,而且有利于學生對經典力學整體性和系統性的理解。其次,我們將一些相關知識點進行對比、對照,分析其共同性、差異性以及內在聯系,促進學生進一步理解知識的內涵和外延,達到融會貫通、舉一反三的效果。例如,將質點平動的概念、定理和定律與剛體轉動的概念、定理和定律進行對比、對照,并借助線量與角量間的關系將二者有機聯系起來,利用學生熟悉的平動知識不僅會極大促進學生對剛體轉動的學習和應用,也會促進他們對整個經典力學體系更深刻的理解。再如,將經典時空觀與相對論時空觀進行對比分析會使學生更加容易建立正確力學時空觀,將不同坐標系特征進行比較會促進學生對三種坐標系更好地理解和選擇等。最后,根據知識之間關聯性,多角度分析、處理問題,開拓學生思維,加深其對相關知識點的理解。例如,關于人在船上行走的問題,可以從牛頓運動定律、動量守恒以及質點系質心運動定理三個角度來分析、處理,這樣既解決了具體問題,又將牛頓運動定律、動量守恒定律以及質點系質心運動定理有機聯系起來進行了一次對比和比較,增強了學生對它們的理解。又如單擺做簡諧振動的證明,可以從其所受的動力矩、滿足的動力學方程以及表現的運動方程三個方面進行證明,從而加深學生對簡諧振動本質的理解。
2.4結合科研和實踐以及計算機輔助開展教學,激發興趣,拓展思維和視野
結合教師自身科研,設計一些“科研小題目”,展示經典力學在其中的具體應用,不僅使學生切身感受到經典力學重要性和生命力,極大地激發學生力學課程的學習興趣,而且可以拓展學生思維和視野,增強其專業學習的熱情和信心。例如,在關于牛頓第二定律的應用中,以強場物理中經典模型為例向學生展示即使是在微觀粒子與飛秒激光脈沖相互作用的情景下,牛頓力學也可以描述其很多重要特征和特性,可以大大減少牛頓力學在學生心目中“老、舊、土”的形象,激發其學習興趣,再輔以計算在激光場中不同時刻釋放的電子能否返回初始位置及其返回初始位置時動能的練習,可以使學生更好地理解和掌握牛頓第二運動定律的應用。此外,引入一些利用力學知識處理日常生活中相關力學問題的具體實例,如騎自行車下坡時為什么不能突然剎前輪,將繩子在樹樁上纏幾圈后在繩子一端只需很小的力就可以拉住繩子另一端很重的物體等等;不僅可以激發學生積極主動地將力學知識學以致用的熱情和興趣,而且還可以通過這些具體實例培養學生通過抽象建模處理實際問題的物理思維。最后,通過一些通俗易懂的計算機軟件,如Matlab、Math-ematica等進行輔助教學,將一些力學現象、力學規律和計算結果等用可視化圖像甚至動態視頻展現出來幫助學生理解、消化,或引導學生自己進行類似的嘗試,也將增強學生力學課程的學習興趣,加深學生對相關力學知識的理解。例如,在討論簡諧振動的合成時與分解時,我們通過Matlab軟件直觀地畫各簡諧振動及其合成的質點運動軌跡來進行分析,學生感覺即真切又有趣,顯著提升了教學的效果。