1. 引言
科技的飞速发展催生了“00后”获取知识的渠道不断扩大。在这样开放多元的环境下成长的新一代年轻人，他们接触了诸多优秀的知识分享视频和文章，因而对现有的教学方式产生了一定程度的抵触情绪。据《2021年中国本科生就业报告》显示，2020届本科毕业生中，有64%的人认为“实习和实践环节不够”，43%的人表示现有教学方法难以调动学习兴趣 [1] 。因此，大学物理课堂亟待改革，以适应时代发展和学生需求的变化。
学生喜爱有趣的知识、新颖的学术观点和动手实践的过程，对枯燥乏味的知识、墨守成规的课堂和教师长篇累牍的讲授存在一定程度的负面情绪。高质量的大学物理课堂应能激发学生对物理学习的热情，引导他们探究与思考物理问题，融会贯通多学科知识、将理论应用于实际，并在动手实践中拓宽知识边界。更重要的是，高质量的大学物理课堂要让学生感受科学前沿的魅力，在触及人类知识边界的过程中加深对基本物理概念的理解，形成更为清晰的物理图像 [2] 。在课程思政背景下，高质量的大学物理课堂也应主动发挥课程思政功效，学生对知识的追求以及由此产生的热忱是课程思政教育中最佳的潜移默化途径 [3] 。
然而，现有大学物理课堂往往由于有趣知识、多学科知识和动手实践的匮乏限制了课堂效用的发挥，未能很好地满足学生的上述具体需求。因此，亟需从融入物理学史、引入科学前沿、丰富动手实践等三个方面入手，并融合课程思政，拓展大学物理课堂内容，使大学生在课堂上体验到知识的魅力与实践带来的成就感，提成课堂实效性。
本研究旨在基于对高质量大学物理课堂特点和现有大学物理课堂存在问题的分析，提出符合现代学生需求的教学策略，更好地发挥课堂实效性。本文的第二章将探讨当代大学生对优质物理课堂的期望，即高质量的大学物理课堂的特点，并指出现有的大学物理课堂存在的挑战，例如有趣知识、跨学科知识、实践活动的缺失等。本文的第三章将探究改进大学物理课堂的策略，包括融入物理学史、引入科学前沿以及丰富实践环节。
2. 大学物理课堂改革的方向
2.1. 高质量大学物理课堂的特点
本节将对高质量大学物理课堂的特点进行探讨，集中体现在以下方面：有趣的知识与新知识的融入、多学科知识与动手实践的结合、科学前沿的探寻与知识边界的突破，以及课程思政在潜移默化中引导学生。
1) 有趣的知识与新知识的融入
现代大学生渴望掌握有趣且实用的物理知识，这种知识往往能够引发他们的好奇心和兴趣。大学物理课程应积极保留有趣的知识内容，让学生在轻松的氛围中愉快地学习。同时，课程应紧跟物理学科的最新发展，让学生始终站在学术前沿。涉及当前热点及学术界关注的课题，如量子计算、黑洞、暗物质理论等，将有助于激发学生的学习热情与求知欲。
2) 多学科知识与动手实践结合
物理作为一门基础理论学科，深度探究的意义不仅在于理论体系的建立，还在于多学科知识的交融与应用。大学物理课堂应与其他学科融合，如数学、化学、生物和工程等领域。鼓励学生将所学知识应用于实际生活和科研项目。此外，课程中可以安排各种实践环节，让学生在动手操作中巩固理论知识。例如，课后实验、课题研究和科学实践活动等形式，以帮助学生拓展视野、提高创新能力与实际操作能力。
3) 科学前沿的探寻与知识边界的突破
物理课堂应注重对科学前沿的引导，将最新的物理研究成果、国际学术动态与趋势纳入教学 [4] ，使学生在学习过程中不断感受到探索未知领域的挑战与乐趣。通过关注基本物理概念的原理与应用，明晰其指导作用，使学生在不断深入探究中形成清晰的科学认知体系。
4) 课程思政在潜移默化中的引导
在物理课堂中融入思政教育的内涵，讲述物理学百年发展史中科学家们的爱国情怀与探索精神 [5] 。以课前引入、课间视频等形式进行国家科学家的经验分享，引导学生树立正确的学术观念与科研创新意识。通过课程思政教育，为社会主义事业培养具备人才素质、科学精神和社会责任的优秀人才。
2.2. 现有大学物理课堂存在的问题
本节将对现有大学物理课堂存在的问题进行分析，主要集中在以下几个方面：有趣知识的缺乏、多学科知识的缺乏和动手实践的缺乏。这三个问题是限制教学质量提升和学生充分发挥潜力的核心困扰，也是亟待解决的重要课题。
1) 有趣知识的缺乏
当前许多大学物理课程过于侧重基本理论与概念的讲解，忽略了有趣知识的重要性，使得学生感受到学习物理的枯燥乏味。其中，过于追求繁复的数学推导、空洞的理论陈述等问题导致课堂趣味性缺失。缺乏有趣的教学内容与方式往往会导致学生兴趣减弱，进而影响他们对大学物理的学习积极性和成绩。
2) 多学科知识的缺乏
物理是一门深刻影响其他学科发展的自然科学基础学科。然而，现有大学物理课堂中，往往过分强调物理本身的知识体系，缺少与其他学科的交融与渗透 [6] 。这种教学方式不利于培养学生的综合素质和跨学科能力。当代社会对高等人才的需求越来越注重多学科知识共融与协同创新，教育教学亟需关注这一问题。
3) 动手实践的缺乏
现有大学物理课堂过于注重理论教学，而实践教学相对薄弱。通常，实验课与理论课之间缺乏有机衔接，实践环节的组织和实施离学生的理论知识储备相距甚远 [7] 。这种现象不利于培养学生将理论知识应用于实践的能力，也削弱了学生对物理学科的热情和兴趣。
3. 大学物理课堂改革探究
本节将对大学物理课堂改革的几种可行方案进行探讨，从以下几个方面展开讨论：物理学史的融入、科学前沿的引入、动手实践的丰富。
3.1. 物理学史的融入
物理学史不仅有助于让学生了解科学家们是如何发现、改进和完善物理理论的，还能激发学生的科学兴趣。在课堂中，教师可以穿插讲述一些有趣的物理学史故事，使学生了解科学家们的探索精神。例如，牛顿在鼠疫期间发现的三大运动定律，薛定谔的猫，以及宇宙微波背景辐射辐射的发现等。讲述这些物理学史故事能引发学生对物理理论的思考和兴趣，并为他们提供一种科学研究的方法。同时，也能帮助学生建立起清晰的物理概念体系。在表1中给出了几个具体的物理学史融入大学物理课堂的实践案例。
1) 有趣的物理学史
在讲授大学物理课程时，教师应关注物理学史中那些有趣、耐人寻味的故事，并进行适当的讲解。在讲解牛顿三定律时，让学生了解牛顿当时的生活背景，并结合牛顿与胡克关于“光的本质”的争论进行讲解。在讲述量子力学的诞生和哥本哈根诠释的时候，为学生介绍波粒二象性、测不准原理等概念，讲述物理学家的思辩与论战。还可以通过“薛定谔的猫”这个经典的思想实验讲述量子叠加态的概念，帮助学生了解量子力学的奇特性质。这些物理史引人入胜，不仅能够激起学生的兴趣，还能帮助他们了解学科知识的历史渊源和发展过程。
2) 从不同角度展示物理学史
在物理学史的融入中，我们需要从不同角度来讲述物理学史。可以沿着物理学的历史发展，按照时间顺序描述各个时期的重要发现、理论和学派，以便体现其发展脉络。由于物理学可分为许多子学科，如力学、光学、热力学、电磁学、原子物理学、核物理学和粒子物理学等。也可以从这些学科角度展开物理史阐述，有助于理解各个领域的发展和相互影响。还可以介绍物理学史上的著名科学家及其贡献，如牛顿、开尔文、麦克斯韦、玻尔兹曼、爱因斯坦等，同时描述他们的生平、成就以及对物理学的影响。这些物理学史的不同角度可以让学生更全面了解物理学的发展历程，体会不同学派之间的思想碰撞和交流，激发他们的探索和思考精神。
3) 物理学史与其他学科的交叉融合
物理学史的融入不局限于物理领域，在多学科交叉的背景下，物理学史可以与各种学科进行结合。一方面，物理学史可以与哲学、社会学、历史学等人文社科领域相结合。通过与科学哲学进行交叉介绍，了解物理学史中的科学方法和原则，探讨物理学理论发展的哲学意义，如因果律、对称原理等。运用社会学知识，分析物理科学在不同历史时期的社会背景和影响，探究科学家、科学机构及科学技术在社会结构和文化中的地位和作用。另一方面，物理学史也可以与数学、化学、生物学、地球科学等自然科学领域相结合。数学作为物理学的语言，物理学中的许多重要概念，如微积分、线性代数及概率论等都是和数学密切联系的。同时，还应该介绍物理学在化学领域的应用和发展，如原子物理、光谱学及量子化学等；在生物领域的应用和发展，如生物力学、生物电磁学、生物光学等；在地球科学领域的应用和发展，如地震学、大气物理学及海洋物理学等。这些物理学史与其他学科的交叉融合将拓宽学生的视野，帮助他们在各学科之间建立联系，提高综合素质。
Table 1. The practical case of integrating the history of physics into college physics courses
表1. 物理学史融入大学物理课堂的实践案例
3.2. 科学前沿的引入
在大学物理课堂教学中，教师应及时关注科学研究的前沿进展，将最新的科学成果融入课堂教学。这样不仅可以使课堂内容更具时代感，还有助于拓宽学生的知识面，激发学生对科学探究的热情。同时，此举还有助于提高学生的创新能力和科研兴趣，为他们今后的科学研究奠定坚实基础。因此，科学前沿的引入是大学物理课堂改革的重要方向。在表2中给出了几个具体的科学前沿引入大学物理课堂的实践案例。
1) 引入新颖观点和现象
科学前沿的引入主要体现在将新颖的观点、现象和研究方法融入课堂教学。例如，在讲解圆周运动时，教师可以向学生介绍星系旋转曲线之谜，从而介绍暗物质的知识，在讲解万有引力定律时，教师可以向学生介绍华中科技大学对于引力平方反比验证的最新研究；在讲解量子力学时，可以向学生介绍量子计算和量子通讯的最新应用领域。在教学过程中尽量引入新的科学成果，让学生更好地理解科学原理和发展趋势，显著提高教学质量。
2) 展示前沿技术和装置
在物理课堂上，教师可以向学生展示一些前沿技术和装置，让学生了解其原理和应用。例如，在讲授光学时，可以向学生展示光纤通信技术的发展及其对现代通信的革命性意义；在讲解磁矩时，可以向学生展示核磁共振成像技术如何在医学领域实现疾病的早期诊断。这些前沿技术的介绍，可以使学生对所学知识更加具体，并激发他们投身相关领域研究的兴趣。
3) 关注重大科学项目
大型科学项目通常汇集了最前沿的科学突破和技术成果，是各学科研究的重要组成部分。例如，国际上的大型强子对撞机(LHC)，通过高能粒子对撞实验观察到希格斯子，从而验证了希格斯机制的存在；国内的神威–太湖之光超级计算机曾是全球排名第一的超级计算机，为学术研究提供计算能力支持；国内的大亚湾中微子探测实验测定了中微子最后一个混合角。将这些重大科学项目的相关内容融入课堂教学，可以让学生对物理学科产生更深刻的理解，提高科研兴趣。
Table 2. The practical cases of introducing cutting-edge science into college physics courses
表2. 科学前沿引入大学物理课堂的实践案例
3.3. 动手实践的丰富
在大学物理课堂教学中，强调理论知识的传授固然重要，但应充分关注培养学生的实践能力。将动手实践活动与课堂教学相结合，可以增加课堂趣味性，激发学生对所学知识的兴趣，并有助于培养学生的创新能力。丰富动手实践活动中，是提高大学物理课堂教学质量的重要途径。应根据学生的实际情况，有针对性地设计实验课程、实践项目，培养学生的实践能力和创新能力。通过各种形式的实践活动，使学生真正体会到物理学的魅力，激发他们对物理学的学习兴趣，为学生今后的科学研究和职业生涯打下坚实基础。在表3中给出了几个具体的动手实践加入大学物理课堂的实践案例。
Table 3. The practical examples of hands-on participation in college physics classes
表3. 动手实践加入大学物理课堂的实践案例
1) 课堂上的动手实践
在大学物理教学过程中，应安排一定的课上实验内容，让学生通过亲身操作了解实验原理和方法。教师可以根据教学内容设计实验项目，例如，在讲授光电效应原理时，可进行光电效应实验；在讲授电磁感应时，可进行法拉第电磁感应实验等。课堂上的动手实践活动中，教师应充分发挥引导和监督作用，确保学生安全、有效地开展实践活动。课堂上，教师可以与学生保持沟通，及时解答学生在实践过程中遇到的问题，提供合理建议和指导。
2) 课堂外的动手实践
根据学生的兴趣和特点，选择合适的课外实践课题。同时，实践活动的内容应与课程教学相衔接，以确保活动的有效性。在组织实践活动时，教师应重视培养学生的团队协作能力。组织学生分组开展实践活动，每个组员分工明确，相互协作，共同完成课题。在实践活动结束后，可组织学生展示自己的实践成果，邀请专家和教师对学生的课外实践成果进行评价。对表现优秀的学生给予奖励和肯定，以激励学生在今后的学习中继续努力。
3) 有组织的实践竞赛
学校可定期举办物理实践竞赛，鼓励学生参加。竞赛内容可涵盖实验设计、实验操作、实验结果分析等方面，旨在检验学生的实践能力和创新能力。学校可以提供实验器材、设施等资源，让学生在课余时间自主或组队进行实践竞赛。通过这种方式，学生不仅能巩固所学知识，还有机会开展自主研究。学校可以邀请业内专家和教师组成评委团，对学生的作品进行公平、公正的评判。此外，还可以将参赛作品进行展览和公开评述，让更多的人了解和参与物理实践竞赛，提升大家对物理实验的热情和认识，激发学生的积极性。
4. 结语
随着社会的发展和科技的进步，现有大学物理教学方式已不再满足当代学生的需求。这对我们在大学物理教育领域提出了严峻的挑战和新的要求。为了解决现有课堂存在的问题，本研究从物理学史融入、科学前沿引入、动手实践丰富三个方面提出了大学物理课堂改革策略。首先，物理学史的融入能够提高学生对物理学术观念和创新意识的理解，激发他们的学术兴趣。此外，科学前沿的引入使课堂内容更具时代感，激发学生对科学探究的热情，并拓宽他们的知识面。同时，动手实践的丰富强调培养学生的实践能力，使他们更好地掌握物理学科知识与技能。
本研究从理论和具体实践策略两个层面，探讨了从物理学史融入、科学前沿引入、动手实践丰富三个方面改革大学物理课堂的可行性和有效性。在实际教学过程中，我们需要将理论与实践相结合，因地制宜地开展各项教学活动。我们应重视学生在物理学习过程中的实际需求，创设良好的学习氛围，激发他们主动学习的潜能。总之，大学物理课堂改革是一项系统性、综合性和长期性的工程。在这一过程中，教师的教育理念与教学方法需要不断创新和改进。只有牢牢把握科学教育的内在规律和特点，以学生为本，注重培养他们的学术精神和实践能力，我们方能在大学物理教育领域实现可持续发展，为国家科技创新和人才培养做出贡献。
基金项目
本文得到2022年上海市教育委员会“上海高校青年教师培养资助计划”项目的资助(编号：ZZ202203034)。