军校大学物理教学改革与学习自我效能感的提升

百科 2024-12-16 10:02 北京

摘要

本研究紧贴军校大学物理课程的为战性要求，以战领教，更新和完善大学物理军事应用实例库，引入大学物理演示实验，构建大学物理的实战化教学内容。课程以赛促教，将学科竞赛理念与模式融入教学，形成大学物理军事应用实例教学模式，即军事应用实例实验探究理论分析解决问题拓展提高，以提高应用物理知识及物理原理分析和解决实战化问题的能力。通过对学习自我效能感评价问卷的SPSS分析，研究结果表明，以战领教、以赛促教的教学改革实践能提升学员的学习自我效能感，尤其是在提高学习能力自我效能感方面有显著成效。

关键词学习自我效能感；大学物理；教学改革

Abstract According to the war-oriented requirement of college physics course in military academics,this paper updates the database of physics military application cases and adopts relevant demo experiments so as to contribute to teaching under combat situation. Improving teaching via competition,the course integrates the concept and mode of discipline competition into actual teaching, and forms the teaching model of military application case in college physics, i.e military application case-experimental exploration-theoretical analysis-problem solving-expansion and improvement,with the purpose of improving the ability to analyze and solve issues under combat situation by applying physical knowledge and theories. A SPSS analysis of the survey of learning self-efficacy suggests that this teaching reform practices which is guided by war and promoted by competition plays a significant role in improving cadets' learning self-efficacy,especially in self-efficacy concerning the ability to learn.

Key words learning self-efficacy; college physics; teaching reform

1 研究背景

大学物理作为军队院校本科学员的科学文化必修课，其新理论、新思想、新方法、新成果等推动着武器装备更新换代，引导着战争模式的演化发展。这就要求军队院校大学物理教学既要完成教育部理工科类大学物理课程基本要求规定的必修内容，又要主动顺应国防现代化和军队发展建设需求，充分发挥大学物理对军事人才的知识构成、文化修养、综合素质、创新能力及未来军事职业发展的基础性和长效作用^[1-3]。

学习自我效能感是指大学生的学业能力信念，即大学生对自己能否利用所拥有的能力或技能去完成学习任务的自信程度，是大学生对控制自己学习行为和学习成绩能力的一种主观判断^[4]，分为学习行为自我效能感和学习能力自我效能感。

本研究通过问卷星调查了解学员的知识基础、学习特点和兴趣动机。知识基础方面，高考首选科目为物理的占比96.5%，高等数学期末成绩优良率为72%，可见大部分学员具有中学物理和高等数学基础，但因大学物理的概念和逻辑结构与中学物理有很多相似性，导致学员存在大学物理是中学物理重复的疑惑，缺乏从中学物理研究现象到大学物理研究本质的思维转变，缺乏用微积分表达大学物理思想的意识^[5]。学员普遍认为课程太难了，理论知识难吸收，学习能力自我效能感不强。

兴趣动机方面，调查结果显示：86%的学员对成绩期望在80分以上，表明学员关注知识内容、考试成绩。59%的学员表明不清楚物理知识与岗位任职有何关联，缺乏用物理知识解决军事问题的意识，存在“学无所用”的懈怠思想，同时高中学习习惯导致学员重刷题，轻实践，忽视物理建模、逻辑思维和知识迁移的训练，不会学，学习行为自我效能感不高。

下面将详细介绍笔者开展军校大学物理课程改革的具体教学实践。首先，以战领教，动态更新大学物理军事应用实例库，引入演示实验以构建实战化教学内容。其次，以赛促教，将学科竞赛题目与教学内容有机结合，将学术竞赛模式融入教学以改革课堂教学模式。最后，通过学习自我效能感评价来检验课改成效。

2 以战领教，形成军事特色内容体系

2.1 动态更新教学内容，形成章节对应的军事应用实例库

一个出色的案例，是教员与学员就某一具体事实相互作用的工具;一个出色的案例，是以实际生活情境中肯定会出现的事实为基础展开的课堂讨论，是进行学术探讨的支撑点^[6]。

导入环节引用军事应用实例可以激发兴趣，让学员带着问题去听课。如播放武警部队夜间搜山抓捕携带有枪支的逃犯，从视频中看到武警官兵使用红外成像仪，于是提出问题：“红外成像仪的原理是什么？”以此导入黑体辐射的新课教学。

课中在讲完物理原理之后引入军事应用，加深对相关知识内容的理解。例如在成功推导安培力后引入电磁轨道炮的军事应用实例，将其设置为例题，引导学员应用安培力计算电磁轨道炮的出膛速度，加深对知识的理解与应用，进一步了解军事前沿的高新技术。

拓展应用环节引入军事应用实例，以巩固知识和拓展能力为目的，应用物理原理、规律分析解决军事应用实例，并将探究成果在“五分钟物理”活动中展示，从而加深对所学知识的掌握和运用。如圆孔衍射课后拓展：判断外媒新闻报道的真实性——间谍卫星能在高空中清晰识别车牌号码吗？

本研究挖掘和整理大学物理的军事应用实例，并将其引入教学，以加强物理与军事的联系，培养学员用物理知识解决军事问题的意识。课程融入了98个军事应用实例，形成章节对应的军事应用实例库，表1展示了电磁学部分的军事应用实例。

2.2 物理以实验为基础，建立章节对应的演示实验项目库

杨振宁先生在谈到物理教学时指出: “物理学最重要的部分是与现象有关的。绝大部分物理学概念都是从现象中来的^［7］”。

课堂导入环节可通过简单明了的实验现象吸引学员的注意，锻炼学员的观察能力，激发学员的探索热情。如静电场中的电介质一节，通过演示带静电的塑料梳子可以吸引细小的水流这一直观的实验现象导入新课，引起了学员的关注，发现问题：“为什么带静电的梳子能吸引水柱？”进而引出介质的极化机理。

课中可应用演示实验帮助学员建立物理概念，启发学员探索物理规律。如实验探究圆孔衍射，包含发现并提出问题—猜想假设—设计实验—实施实验—得出结论—总结交流的过程。首先从互动实验中发现并提出问题：物点经小圆孔后成像是什么？引导学员分组实验，观察现象，发现点经小圆孔后成像并不是点，而是以几何投影点为中心的像斑（明暗相间的同心圆环）。然后提出问题：为什么点经大圆孔后成像是点，经小圆孔后成像是斑？哪些因素会影响光斑的大小？引导学员猜想：圆孔孔径越小衍射现象越明显，波长越长衍射现象越明显。最后，引导学员运用控制变量法进行实验，验证猜想，得到结论。通过实验探究过程，显性化实验探究的科学方法，培养勇于探索的科学精神。

我校结合大学物理教学实际需求，分模块按章节构建了大学物理演示实验项目库，共引入108个演示实验，表2展示了电磁学部分演示实验。通过演示实验直观展示物理现象，帮助学员建立物理概念，探索物理规律，提高学习能力自我效能感。

3 以赛促教，形成以学员发展为中心的教学模式

“以赛促教”是指以学科竞赛促进课程改革，通过组织和参与一流物理学科竞赛，将课程内容和竞赛有机结合。这种融入了学术竞赛的课堂教学改革模式，有效激发了学员学习兴趣，提高学员分析解决问题的能力。

3.1 引入学科竞赛题目，提高课程高阶性、挑战度

全国部分地区大学生物理竞赛由北京物理学会和北京高校物理教学研究会主办，由清华大学承办，北京大学命题，赛题有深度，对大学物理教学具有启示作用。如第37届第17题：“一半径为R，总电量Q >0的均匀带电球面，电学教材中通常都用静电场的高斯定理求得全空间静电场分布:,为何未给出球面上的场强E(R) ？有一位同学说因为静电场高斯定理成立的条件是高斯面上不可有电荷，所以不能将高斯面取在球面上用高斯定理求E(R)。那若是均匀的带电球体，为何教材中可在有电荷的球体内取高斯面，用高斯定理求球体内的电场？电作用理论已得知真空静电场能量密度,据此试求均匀带电球面上的场强E(R)。”该题目来源于教材而又高于教材，能加深对高斯定理的理解，能融会贯通整个电场的知识逻辑体系，能扎实学科基础，促进专业成长和思维发展。

中国大学生物理学术竞赛（CUPT）的赛题新颖有趣，引入大学物理教学能激发学习兴趣、激起探究欲望，培养观察力、分析解决问题的能力、团队协作能力、创新能力，从而提高课程的挑战度。本研究从全国部分地区大学生物理竞赛和CUPT中挖掘32道赛题融入大学物理教学的不同模块，提高课程的高阶性和挑战度。表3展示了部分电磁学模块的题目。

3.2 融入CUPT理念，形成大学物理军事应用实例教学模式

传统的大学物理课堂基本属于以教员为主、学员为辅的教学，效果好的可能与学员互动多些。学员在被动接受知识的情况下，未能形成主动解决实际问题的能力。CUPT以协同创新为根本理念，参赛队伍就开放性物理问题的基本知识、理论分析、实验研究、结果讨论等进行辩论性比赛，在某种程度上很好地解决了“理论知识不会用”的问题。

如图1所示，我校将CUPT竞赛模式引入课堂教学，形成大学物理军事应用实例教学模式。首先，从军事应用实例中发现和提出问题，采用简化、转换、控制变量等方法进行实验探究寻找规律。之后，通过建立模型并运用猜想、类比、逻辑推理、归纳总结等方法对问题进行理论分析，建立公理认知；应用理论分析的结果解释实验现象，达到理论与实验自洽。接下来，进一步应用获得的物理知识解决从军事应用实例中发现和提出问题。最后，举一反三，将知识迁移类比，拓展延伸至其他军事案例。如《薄膜干涉》一节，以大学物理军事应用实例创设情境，提出问题：为什么坦克和狙击枪的观瞄镜在垂直方向上看呈蓝紫色？引导学员简化建立物理模型——薄膜，通过实验探究薄膜等倾干涉现象，发现干涉条纹规律。引导学员理论分析推导明暗纹条件，定义增透膜、增反膜，定量求解观瞄镜镀膜的最小厚度，比较镀膜与不镀膜情况下光强的损失差异，从而揭开“蓝紫色”镜头的秘密。留疑待解：薄膜干涉在歼20隐形技术中的应用。应用物理知识和物理规律分析解决问题，设置例题，实现大学物理与军事问题的融合渗透，在培养科学方法的同时，提高学习自我效能感。

4 学习自我效能感效果评价

本研究的学习自我效能感李克特五点量表问卷设计步骤如下：初步拟定问卷，通过预测试收集数据，应用SPSS软件对问卷进行效度分析和信度分析，最终确定正式问卷（见表4）。评价者根据自身真实感受进行5级打分，1代表非常不同意、2代表比较不同意、3代表中立、4代表比较同意、5代表非常同意。学习能力自我效能感和学习行为自我效能感的得分之和就是学习自我效能感的总分，分数越高代表被测对象学习效能感越高。

问卷的探索性因子分析结果见表5，KMO值为0.777，p值接近于0，学习能力自我效能感和学习行为自我效能感两个因子的方差解释率值分别是50.119%,32.260%，旋转后累积方差解释率为82.380%>50%，意味着问卷能有效地提取信息，效度好。

问卷信度分析结果见表6，信度系数值为0.938，表明研究数据信度质量很高。针对“项已删除的α系数”，任意题项被删除后，信度系数并不会有明显的上升，说明题项设计合理。

笔者向教改班（32人）和普通班（28人）发放问卷，分别收回有效问卷31份和28份，应用SPSS软件进行差异性分析。如图2所示，无论是自我效能感总分、学习能力自我效能感还是学习行为自我效能感，教改班的平均值均高于普通班。

进一步分析在学习能力自我效能感和学习行为自我效能感两个维度上的差异，独立样本T检验的结果表明，教改班与普通班在学习能力自我效能感方面存在显著性差异（p<0.05），教改班的学习能力自我效能感（平均值13.03，标准差2.81）显著优于普通班的学习能力自我效能感（平均值11.36，标准差2.64）。

由此可见，以战领教、以赛促教的教学改革实践能提升学员的学习自我效能感，尤其在提高学习能力自我效能感方面有显著成效。得益于学习自我效能感的提高，教改班参加学科竞赛的积极性大幅度提高，CUPT校赛参赛率达到74.19%（远超普通班）。最终在校赛中，教改班获团体一等奖，一名学员晋级地区赛，并于地区赛中荣获“最佳反方”，一名学员于全国部分地区大学生物理竞赛中荣获全国一等奖。

5 结论

本研究在精准分析学情的基础上，开展军校大学物理课程教学改革的研究，旨在提升大学物理学习自我效能感。主要策略包括：（1）坚持以战领教，为战育人，动态更新大学物理的实战化教学内容，注重与学科前沿、部队演训、军事谋略的结合，形成军事特色内容体系，成功解决了大学物理教学内容缺军事应用的问题。（2）引入演示实验，直观展示物理现象，帮助学员建立物理概念，探究物理规律，解决物理理论知识难吸收的问题。（3）引入学科竞赛题目，与教学内容有机结合，将学术竞赛理念和模式融入教学，形成以学员发展为中心的教学模式，成功解决了学员不会学的问题。

结合物理学科特点，本研究拟制了初始问卷，再通过预测试收集数据、利用SPSS软件分析、优化问卷，形成了一套大学物理学习自我效能感评价问卷，对教改班和普通班开展了大学物理学习自我效能感评价。研究结果表明：以战领教、以赛促教的教学改革实践能提升学员的学习自我效能感，尤其是在提高学习能力自我效能感方面有显著成效。

参考文献

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基金项目: 教育部高等学校大学物理课程教指委课程思政案例立项（DWJZW2022KCSZ-22）；军队院校物理联席会教育教学研究课题（2023JWL013)。

作者简介: 陈静，中国人民武装警察部队警官学院讲师，892352470@qq.com。

引文格式: 陈静. 军校大学物理教学改革与学习自我效能感的提升[J]. 物理与工程，2024，34（3）：72-79.

Cite this article: CHEN J. Reform of physics teaching and improvement of cadets' learning self-efficacy in military academics[J]. Physics and Engineering, 2024， 34（3）：72-79. (in Chinese)

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