中国教育

解放军理工大学理学院  吴王杰

　　现在，案例教学不仅在工商管理类课程中，而且在自然科学课程教学中也得到了广泛注意和应用。在“大学物理”课程中，也有案例教学问题的研究和应用。本文对大学物理教学案例、如何进行大学物理案例教学等问题提出一些初步看法，并以一个示例来说明。

　　一、“大学物理”案例教学的作用和意义

　　什么是教学案例？目前，多数大学物理教师对案例的认识有些模糊，而且大多数人没有写案例的实际经验。一旦准备写案例，许多教师往往与写教案联系起来，甚至写成了教学总结。一般地说，教学案例是从教育教学实践活动中总结出来的实例，在被描述的具体情境中包含一个或者多个问题，同时也包含有解决这些问题的方法和技巧，有具体情境的介绍和描述，也有一定的理论思考和对实际活动的反思。我们认为，大学物理教学案例应是一个具体的、完整的教学内容，包含着与知识点相关的一个或多个实际物理问题，在教学内容中紧密结合训练物理思维方法，在实际物理问题中紧密围绕提高解决问题能力。

　　案例教学就是力图设计一种与建构主义学习理论以及建构主义学习环境相适应的教学模式，案例教学首先使教师的角色定位发生转变。在案例教学法中，教师的角色是指导者和推动者，教师利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，其角色定位是要领导案例教学的全过程，即以教为主导。

　　案例教学同样使学生的角色定位发生转变。在案例教学中，学生是学习的主体，学生的学习是一种高度自治性的学习活动，他们不仅要听，要思考，更重要的是要运用物理学的基本理论和基本观点去发现问题、提出问题，对所涉问题有一定深度的理解，采用某种方法试着去研究一些问题，并判断研究结果的合理性。在教师的引导下，学生需要去探索、去思辨，把学习从被动的接受变成主动的品味。另外，案例教学中经常需要分组研究问题，它也要求学生应主动围绕案例与其他同学相互讨论、交流，陈述与辩护自己的观点，评论、发展、支持、批判他人的观点，点醒、启发别人，要学会分享经验。

　　因此，“大学物理”案例教学过程实际上是高于课堂教学的案例研究，它不仅对大学物理课程的教学改革起到一种积极的导向作用，而且是一种非常好的综合素质和能力训练方法，它在培养学生的科学观察和思维能力、分析问题和解决问题的能力等方面具有显著的作用。

　　二、大学物理课程案例教学中的问题

　　1. 案例设计应注意的问题

　　案例蕴含了教学复杂性和不确定性、问题性。它常常与实际教学活动中常见的疑难和容易引起困惑的物理问题有关。这就要求案例本身具有深度和综合两个特点。深度强调的是对事物的连续过程及其深层因果关系进行透视；综合是强调案例本身具有多侧面、多层次、动态性。只有在这种复杂案例的基础上学会解决问题的方法，发现一些重要的结论，才能达到提高学生分析问题和解决问题的能力。

　　撰写一个具体的教学案例不仅应当有对物理现象、概念、定律描述，有解决问题的技巧，还应当蕴含一定的教学基本原理和教育思想，引导学生去认识、了解物理学的研究方法，体现出观察、分析、综合、演绎、归纳、科学抽象、类比联想、实验等科学思维方法。通过学习物理学的研究方法、亲自去发现物理规律的体验，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望。

　　案例设计应有一个基本的结构。大学物理教学案例可以由以下几个部分组成：教案名称、教学时数、教学形式、教学目标、教学步骤、学业评价和教学扩展。特别要注意的是，在教案设计时要以问题为核心，问题的设计要有层次感，要充分重视演示演示和探索性实验的作用。

　　另外，案例教学是对正常教学形式的一种补充。每个案例都要突出一个鲜明的主题，有相对完整的教学内容，它常常是教材第一个章节。在大学物理课程中一节的内容一般较少，所以最好在每章或者是每个单元结束时开展一次案例教学。由于案例教学比正常的课堂教学复杂得多，需要大量的备课和设计，因此不可能也没有必要每次课都是案例教学。在每章或单元快结束时，综合基本概念、基本原理和定律，结合一些实际的问题进行一次案例教学，既是对所学内容的一次总结，又是一次综合应用。

　　2. 案例教学时要注意的问题

　　案例教学中，课堂讨论的主要形式是全班学员的集体讨论，这是整个案例教学过程的关键与中心环节。在此过程中，教师应少说，只需围绕题目中心给予必要的引导，以免偏离案例分析讨论的目的、要求。例如，当学生讨论冷场时，应及时启发，活跃学生思维，使每个人都能进入角色；当学生离题太远时，要及时调整、控制节奏。因此，教师更像是一个“导演”，任务是让学生“演员”去赏析知识发现的思路美，问题解决的方法美，知识表达的形式美，把案例教学变成是学生深化对知识的认知、完成知识内化的过程。

　　案例教学应强调主动性的学习形式和相应的学习方法。案例教学不仅是教学方法的理论突破，它还必须在技术上做出一整套能适应案例教学的具体手段。比如，可以以不同特点、各有所长的学生来分组取长补短；可以组织不同小组围绕同一案例，进行辩论或质疑；可以组织学生进行调查、试验活动，等等。这些都是在围绕上述既定前提条件而展开的具体方式。

　　在案例教学结束时，教师一般应进行总结。教师对案例教学中的各种讨论结果不应简单做结论，而只就整个讨论情况做出评价，指出案例涉及的理论问题及讨论的优点和不足，并对学生提出的问题进一步引导其深入思考。

　　三、案例：牛顿定律的应用与物理建模

　　牛顿定律的应用是教学中的一个重点和难点内容，通常都是讲解几个不同类型的例题，再配合习题课来进行教学。我们在教学中采用了案例教学的方式，尽管这是在“大学物理”课程中开展的第一次案例教学，但深受学生欢迎，并取得了很好的效果，每个研究小组都写出了很好的研究报告。特别是，学生在利用物理模型寻求流体阻力公式时，找到了三种不同的推导方法，这是教师所没有预见的。另外，学生在利用物理理论解决实际问题的过程中，也表现出了极大的兴趣和积极性。下面的内容就是这个案例。

　　案例名称：牛顿运动定律的应用

　　教学时数：3学时

　　教学形式：小组讨论和研究

　　教学目标：

　　1.掌握并熟练运用牛顿第二定律解题。
　　2. 学习利用物理建模发现物理规律的思维方法。
　　3. 利用牛顿第二定律解决一个实际问题。

　　教学步骤：

　　1. 简要回顾牛顿运动三个定律，特别是强调应用牛顿第二定律解题时要注意的问题。
　　2. 提出要研究的问题：物体在粘滞流体中的运动。
　　（1）现象观察：雨滴在空气中的下落；
　　（2）演示实验：金属小球在粘滞液体中的自由下落；
　　（3）根据观察和实验结果，找到物体在流体中下落的运动学特征；
　　（4）分析物体在流体中下落时受到的力：重力和粘滞阻力；
　　（5）分析粘滞阻力与哪些因素有关；
　　（6）设计一个简化模型来表示实际物体，研究物体在下落过程中与流体相互作用的物理过程，找到理想情况下阻力的表达式；
　　（7）对得到的理想情况下的阻力公式进行适当修正，得到物体在流体中下落过程的一般阻力公式，并对结果的合理性进行评价；
　　（8）利用得到的阻力公式和牛顿第二定律，求解物体在流体中运动速度随时间变化的规律，并对结果进行分析和讨论，再与观察和实验结果进行比较。
　　3. 实际应用：利用物体在流体中下落运动的特点，估算保证伞兵安全跳伞着落的伞面积。
　　4. 以小组为单位写出研究报告。

　　学业评价：

　　1. 对物理建模能力的评价。
　　2. 对实际应用能力的评价。

　　教学扩展：

　　1. 如果物体在粘滞性大的流体中很缓慢地下落，分析阻力的特征。
　　2. 如果流体很快地流经一个固定在流体中的物体，在物体附近会出现什么情况？