10年核心期刊論文分析

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1問題的提出

物理學是大學理工科重要的必修基礎課，大學物理課程教學質量的好壞直接影響科技人才培養的質量．學學物理課程學生不但能夠掌握物理知識，更能夠培養和提高科學素質，科學思維方法，科學研究能力［1］近10年來大學物理教學發生很大的變革，尤其在教學理念、課程設置、教學模式等方面上都有巨大進步．特別是2006年以來，大學物理教學研究論文在數量上有了顯著增長，研究內容日益豐富，研究視角更加多元．為了進一步促進大學物理教學研究，提高大學物理課的教學質量，本文對近10年大學物理教學研究成果進行了梳理與總結．

2研究對象

物理教學的研究可以分為兩類:一類是關于如何展開教學，主題與教育教學相關，這類文章關于課程建設、教學方法、教材等;一類是關于教學的內容，主題和關鍵詞是物理概念和規律，其研究對象是具體的物理學內容．在如《大學物理》、《物理與工程》、《物理實驗》等期刊上刊登的文章，大多數圍繞物理學講授的課程內容展開，很少有文章關于怎么教．本文梳理、分析和研究對象是第一類物理教育研究的期刊文章．本文采用文獻法，對2006年至今，國內公開發表、中國知網收錄的大學物理研究論文進行分析．為提高文獻檢索的查全率和查準率，需要選擇正確的主題詞和邏輯運算符［2］．本文將主題概念作為檢索語言，選擇“大學”“物理”“教學”3個方面的主題詞．加入同義詞和選擇范圍更廣的上位詞，以防止文獻被漏檢．引入了“大學”的同義詞“高校”，“教學”的上位詞“教育”進行主題檢索．確定主題詞間的邏輯關系是進行文獻檢索必要步驟．例如用“或”可以擴大檢索范圍，而“并且”則可以避免檢索范圍過大．經過分析與試檢索，最后本文以“大學”或者“高校”、“物理”、“教學”或者“教育”為主題詞進行檢索，以保證高查準率，避免漏檢．核心期刊通常對收錄論文審稿嚴格，質量要求高，故文章的文摘率和引文率較高，具有一定的影響．同時，各個大學和研究機構也將國內核心期刊發表文章數目作為考核研究水平的參考［3］．因此本文重點的研究對象為核心期刊發表的大學物理教學研究類文章提高文獻分析質量和可信度．在中國知網上搜索2006年至2017年核心期刊發表的物理教學類文章有1072篇．選取其中主要的、有影響力的研究論文作為分析研究的重點．

3數據與分析

1072篇大學物理教學研究論文．圖中顯示近十年每年發表的論文數量穩步增長，近五年則保持在每年百篇以上，可見大學物理教學研究有了很大的發展．但與我國約有295所院校開設有物理學專業，從事大學物理教學工作的數萬教師隊伍相比，可以說，從事大學物理教學研究的教師不算多．這也許與目前大學教師工作現狀有關:大學教師多承擔科研與教學兩方面的任務．對于物理學的研究屬于科學研究工作，大學物理教學屬于教學工作．大學對教師的考核以科研為主要，因此教師對物理學的研究顯然多于對教學的研究．雖然有極少數教師科研任務很少，但其教學任務非常之大，使得他們很難對物理教學進行系統研究．總的來說，大學物理教學研究正在逐漸發展，受到關注，但是重視程度和投入量還需要更大加強．關鍵詞是論文的“眼睛”，高度概括凝練論文內容，代表研究方向，體現研究熱點．檢索到的1072篇文章的關鍵詞共線網絡圖如圖2所示，其中圖中節點大小表示該關鍵詞出現的頻次，連接線的粗細表征兩個節點間關聯程度．從圖2中可以看出:“大學物理”和“教學改革”關系密切．“大學物理”包括大學物理理論課堂教學和大學物理實驗教學．理論課堂教學的研究與改革，與教學模式，教學內容，教學方法，教學質量等關鍵詞相聯系，說明近10年來大學物理課堂教學的改革與研究已從大學物理課程體系建設的宏觀架構層面向通過教學模式、教學方法的變革提高教學質量的微觀層面發展.另一方面，圖2中“實驗”二字反復出現，如“大學物理實驗”、“物理實驗”、“實驗教學”等，這些關鍵詞都與“教學改革”聯系緊密，表明了近10年來實驗教學研究進行了大量的改革．“創新能力”和多個與實驗相關詞均有聯系，充分說明了物理實驗對培養人才的創新能力作用巨大．圖2中還顯示實驗教學與“教學質量”、“教學體系”、“教學方法”間有一定聯系．總之，圖2中圍繞著實驗的各個關鍵詞及關系體現了對物理實驗教學研究正在從多角度展開．本文對近10年大學物理教學研究將從兩個方面進行梳理分析:一是大學物理課堂教學研究，二是物理實驗教學的研究．3．1大學物理課堂教學研究從圖2中可以看到，“教學模式”“教學方法”均和“教學改革”、“大學物理”相聯系，顯示出近10年來大學物理課堂教學研究主要圍繞著“如何教”展開．而在10多年前，伴隨著我國大學的改革，大學物理課程體系也處于改革與建設期，為此需要進行大量的研究，以保證課程設置和教學內容的科學性和必要性．在體系建設完成后，學生對大學物理課程的要求變得更加多樣，學生水平也更加參差不齊，為保證和提高大學物理課程的教學質量，教師更加關注教學的方式與方法．特別是，近10年來互聯網技術有了快速發展，為改變傳統的教學模式提供了很好的技術支持．因此，教學方法、教學模式成為近十年來大學物理教學研究的主要關注點．下面對其中具有代表性的工作進行簡述．3．1．1慕課與翻轉課堂慕課MOOC即大規模開放在線課程．2011年秋，來自世界各地的160000人注冊了斯坦福大學SebastianThrun與PeterNorvig聯合開出的一門《人工智能導論》的免費課程，此后慕課進入了快速發展階段．我國慕課發展幾乎與國際同步，2013年同濟大學在物理課中展開慕課教學［4］，并將慕課與傳統教學模式從教師的教學、學生的學習、教學測評及班級管理等四個方面進行對比研究．結果顯示MOOC教學模式將學生被動接受改變為主動思考，提高了課堂效率，也提升培養人才的質量．雖然慕課起源于西方國家對于開放式教育的研究(OER)但是在我國推行過程中被本土化，更適應我國情況．比如，同濟大學在實踐中所開發的視頻插入問題增強交互性，加強課程對學生的監督力度;增加教員數量，滿足學生在線提問的教學需求，并整理學生問題;還提議通過開發游戲的形式增加趣味性獲得更好的學習體驗［4］．翻轉課堂通過視頻將教師所講授內容提供給學生供學生反復自主觀看學習．將傳統教學部分放在預習階段，增加了學生預備知識學習的比例，還使得原來用于講授的課堂時間用于關注學習的重難點，結合傳統課堂和在線課堂，既保留了講授式教學法的高效和準確，又可以在課堂上采用多種新式教學方法，例如研討式學習，項目式教學，等激發學生學習熱情與自主性．上海交通大學在2013和2014年期間開展“翻轉課堂教學試點研究”，采用準實驗研究設計和問卷調查法，探討翻轉課堂教學效果，學生適應性和傾向性的問題［5］．慕課MOOC等開放教育資源結合翻轉課堂，成為新教學模式，體現出現代社會互聯網的發展對傳統的教育教學產生的巨大沖擊，反映出信息技術與課程整合日漸深入的大勢所趨．3．1．2同伴教學法同伴教學法(PeerInstruction簡稱PI)是哈佛大學教授EricMazur受到合作學習理論的指導于上個世紀90年代提出．該方法針首先使用概念測試題，借助計算機投票系統反饋學生答案，根據學生作答正確率教師適當講解．國外研究團隊用十年研究數據表明，大班授課此教學方式效果優于傳統講授法［6］．2010年開始北京師范大學在大學物理課程中構建課堂互動教學模式，使用同伴教學法配合教室交流系統CRS(ClassroomResponseSystemsorClicker)技術［7］，將講授為主的傳統課堂模式轉變為學生自主學習與探究，實現了學生的合作學習．具體教學流程如圖4所示，包括要求學生課前預習，教師課堂上設置試題引發學生討論．生生互動討論中，穿插教師對重難點的講解．并且該研究團隊設計開發多元化評價模式，與教學方法改革共同促進學生學習與發展．3．1．3互聯網技術在日常教學中的應用為提高大學物理大班教學的質量，清華大學與北京師范大學合作研究提出基于互聯網技術的雙重警戒、網絡交互(Dualsafe－GuardWeb－basedInter-active，簡稱DGWI)教學模式，具體內容和相應的教學環節如圖5所示［6］．教學過程如下:首先，課前學生需要進行預習，并完成相應的、組成教學警戒網的物理試題，將答案上傳至網上，教師從網上學生答題的正確率和是否講解教學內容的投票情況了解學情．然后進行課堂教學，其教學內容由3部分構成［8］:原有必須知識體系內容，正確率低于閾值的內容，學生要求講解的內容．課堂教學結束后是課后作業和討論課環節．這一教學模式投入使用并采用定量研究，證實DGWI教學模式有效提高理工科大學物理課教學質量．實證研究的可靠性和科學性保證了該教學模式的真實有效．3．1．4雙語教學隨著全球一體化的快速發展，高校興起和逐步開展了英文為主要語言，中文為輔助語言的雙語課程．如東北大學理學院連續五年在大學物理課進行雙語教學，上課對象是全校所有理工科大一、大二學生．在課程開始和結束后采取問卷調查和座談會形式，以及對部分學生長時間跟蹤調查獲得學生學習情況與教學效果．關于雙語教學的研究論文以思辨方法為主，闡述雙語教學意義與方法為主．引用率較高的一篇實證文章證實雙語教學增加學生學習困難，但是雙語班和普通班學生對于物理知識的掌握程度沒有顯著差異［9］．3．1．5其他教學研究除了以上有代表性的研究以外，還有一些其他有特色的研究．例如:對于非物理專業的物理課程開展研究．南京大學化學化工學院研究團隊對物理化學課程從師資隊伍，教材和課程建設，教學內容，方法各方面都進行改革［10］．陜西師范大學物理化學教學團隊針對物理化學課程存在的局限，構建了具有特色的現代物理化學教學體系，提高學生對理科課程相關性的認識［11］．此外，高校研究學者介紹了國外先進的、有影響的研究．例如:湖南大學的研究者在美國倫塞勒工學院(RensselaerPolytechnicInstitute，簡稱RPI)訪問一年回國后，介紹美國“工作室物理”教學模式(StudioPhysics)．陜西師范大學研究者分析了一些國際一流大學(斯坦福大學，耶魯大學，麻省理工學院，牛津大學，東京大學)課堂教學模式、師生關系、培養目標［12］．西安交大理學院研究者前往美國伊利諾伊大學香檳分校(UIUC)［13］考察學習該校物理課程教學．以上研究關于教學方法、教學模式旨在提高大學物理教學的質量．雖然目前傳統的班級講授模式仍是大學物理教學常態，但其主要地位卻在不斷地減弱，新的教學模式與傳統的教學模式并行．總之，大學物理課堂教學正由傳統的“灌輸式”教學變為學生自主學習與合作探究，并且課堂的界限逐漸模糊，學生的學習發生不局限于教室而可以在任何一個零碎的時間．3．2大學物理實驗的教學研究文章的關鍵詞共線網絡圖2中可以看到，“大學物理實驗”、“物理實驗”與“教學體系”、“教學改革”、“改革”、“教學方法”等聯系緊密，這反映了物理實驗的改革不但包括有教學方法的革新，更有物理實驗教學體系的建設．3．2．1物理實驗教學體系建設研究對于物理實驗教學體系的研究，有影響的工作是由中國科學技術大學物理實驗中心研究團隊開展．中科大所建設的物理實驗課程體系與教學模式被概括為“一個核心，多個層次”．核心指的是“大學物理實驗”歷來是該校培養學生思維能力與工作能力的核心課程，多層次指的是實驗教學平臺包括有基礎物理實驗平臺、自主設計研究性實驗平臺、物理基礎高等實驗平臺與專業性最強的凝聚態等離子等物理實驗平臺共4個平臺，實現從低年級到高年級從物理專業到相關專業乃至全校各專業的物理課程全覆蓋［14］．該校1998年組建物理實驗中心，2006年成為首批國家級物理實驗教學示范中心，至今在物理實驗課程體系方面展開的改革探索有:設立了本碩貫通的實驗選修課程、研究生實驗必修課程和實驗專題課程;構建“以學生為主體、教師為主導、多層次、開放創新研究型”的面向全體學生的物理實驗教學大平臺;對于物理材料類高年級學生在四級實驗基礎上還設立了3個創新研究型物理實驗教學平臺［15］．北京大學基礎實驗中心團隊規范化管理實驗室，充分發揮實驗室資源的作用，以期通過實驗教學為培養創新人才做出貢獻．具體工作包括［16］:建立實驗室電子信息檔案，制作實驗教學服務工作指南，形成日常管理工作檔案．大連理工大學基礎物理實驗教學中心從師資隊伍、教學體系、教學內容三個方面展開改革，建立起一支素質高技能強的師資隊伍，培養學生實驗基礎技能寬厚而扎實［17］．西安交通大學物理教學實驗中心作為國家工科物理教學基地和國家級示范中心，系列教材被30多所高校常年使用［18］，發文分享實驗教學辦學經驗．這些探索工作都是抓住建設國家級物理實驗教學示范中心的契機．以上這些高校近些年來做出改革舉措值得學習與借鑒．3．2．2信息技術對物理實驗教學的促進計算機的發展與科學技術的進步，使得虛擬仿真數值分析成為實驗新途徑．電子科技大學在2002年成立數字物理實驗室，使用軟件如ANSYS，MATLAB等，開發實驗項目［19］．吉林大學研究團隊應用“基于設計的研究”這一范式對大學物理網絡虛擬實驗進行設計與開發［20］．計算機應用于實驗教學的巨大優勢在于可以解決不能進行的實驗或者實驗代價過大的問題［19］．進行物理實驗仿真已經是高等教育工作者需要面對的重要任務．3．2．3將研究性學習方法應用于實驗教學《國家中長期教育改革和發展規劃和綱要(2010—2020)》中明確提出提高學生的“學習能力、實踐能力、創新能力”．這3個能力中創新能力是現代社會越來越重視的人才具有的品質，創新也是社會各界對教育提出的迫切要求［21］．培養創新能力離不開“科學探究”的研究型教學模式．實驗培養學生動手能力，分析和解決問題能力，有利于開展學生研究性學習．因此有人說，物理實驗教學是培養學生創新意識、創新思維、創新能力的豐沃土壤［21］．電子科技大學物理實驗中心在傳統實驗中引入研究性教學，實現創新能力的滲透式培養［19］．其具體舉措是將實驗與科研結合，就具體課題展開教學實踐．山西大學物理實驗中心建立背景反思、設計互動、研究自主和項目踐行四者連動的實驗教學新模式，將研究性學習貫徹實驗始終［22］．電子科技大學物理電子學院受到“STS教育(科學，技術，社會)”指導開發研究型教學新模式［23］．東南大學物理系提出“案例教學”模式［24］實現研究性學習．中國數字教學工作室發表系列文章《現代數字物理教學連載———在數字技術平臺上的研究式學習》共十二篇，介紹了多個大學物理實驗教學中利用數字技術引導學生開展研究性學習情況．關于大學物理教育研究主題發表的文章中研究性學習主題的文章大量存在，并且實踐證明，該方法用于培養學生效果顯著［25］．3．2．4實驗評價方式的創新西南大學分析國內高校物理實驗課程成績評定方式的弊端，改革本校課程評價方案后對2004級學生成績(傳統評定方式)和2005級學生成績(改革后的評定方式)對比發現，兩者呈現顯著性差異，并且2005級學生成績呈現正態分布表明改革后的評定方式是更為科學有效的［26］．華南師范大學提出發展性評價模式，即學生自評、同伴評價和教師評價相結合的方式，實驗結果證實這一評價方式改善實驗教學效果［27］．大學物理實驗教學的研究既圍繞體系建設展開，各高校積極投入改革之中并分享實踐經驗;同時關照引入新式教學方式方法提升教學效果，以研究性學習和計算機仿真實驗為典型代表;而且已有研究開始探索實驗評價的創新，突破傳統書面評價的局限．

4總結與展望

總體上看，近10年來的大學物理教學研究在以下方面取得了長足的進步．第一，互聯網技術對于教學研究產生了巨大的影響，形成了大學物理課堂教學研究的新特色，具體表現在:提供師生交流通道既可以是課上實時的，也可以是課下的;互聯網以定量方式清晰偵測學生學習情況，并數據積累建立學生個人學習過程性資料;我國2011年頒布《教育部財政部關于“十二五”期間實施“高等學校本科教學質量和教學改革工程”的意見》提到“利用現代信息技術……按照資源共享的技術標準，對已建設的國家級精品課程進行升級改造，更新完善課程內容，建設一批資源共享課”．互聯網技術與課程整合，實現高品質教育資源共享．第二，大學物理教學研究對課堂教學展開了更加具體而細致的研究．在高校中開展多種教學模式，實施多樣教學方法是近十年的重要研究主題．教學方法和教學模式的研究文章占據大學物理教學研究的絕大部分比例．這是因為學生的主動新和主體性不斷被加強為持續發展乃至終生學習奠定基礎．第三，大學物理實驗教學研究有了顯著的發展．以往大學物理實驗課題內容陳舊、實驗課程安排課時少、實驗器材老舊、各高校實驗教學缺乏學校特色［19］．但現如今，各高校積極創建國家級物理實驗教學示范中心，進行物理實驗教學改革范圍廣、力度大．物理實驗教學，讓學生受到嚴格、系統的技能訓練，掌握學科知識，方法與技巧，更重要的是獲得物理學科的思考問題的方式，培養將理論聯系實際解決問題的能力．盡管大學物理教學研究在近10年有了快速發展，取得了很多研究成果，但在以下方面存在較大發展空間:首先，現有的、數量眾多的大學物理教學研究中鮮有實證研究．目前的研究成果多采用分析論辯方法獲得的，而沒有采用實證的研究方法尤其是量化研究，導致許多研究成果的重復性和可移植性不佳，缺乏說服力，難以被推廣．國際上，特別是美國，研究工作者采取科學的研究范式進行物理教育研究，使得研究具有量化的實證特點，形成了美國物理教育研究成果具有可靠可信的特點．可以預見，雖現階段我國缺少量化研究，但未來越來越多的研究采用定量方法是必然趨勢．其次，互聯網信息技術對大學物理教學研究產生的沖擊將伴隨信息技術與課程整合的深入越來越大，或許在可以預見的未來，教室不再是一個固定的學習環境，學生可以隨時隨地開始學習，師生互動的方式也將頻繁和便捷．互聯網獲得信息豐富、快速，可以減少人力操作，其結果量化、信效度高，成為開展實證研究的技術支持．再其次，不論是大學物理理論課還是實驗課，對于教學方法的探索仍會是未來研究的熱點．不同于目前的、關注于將國外的大學物理教學研究方法的引進與本土化，未來的研究將重點放在如何創新與發展在我國本土生長出的、具有中國特點的教學方法．這需要研究者掌握越來越豐富的心理學、教育測量學的理論與方法．最后，眾多的研究論文中“改革”是鮮明存在并反復提及的一個詞．高等物理教育為何一直強調改革?社會、經濟和科學技術的迅猛發展，對人才的要求越來越高，學生的訴求也越來越多元化，導致大學物理課程越來越不能滿足所有學生的需求．并且存在師生交互通道狹窄低效等問題，這些都影響了教學質量．可喜的是，對大學物理教學研究的梳理與分析中顯示出參與大學物理教學研究中的團隊、教師人數正逐漸增多，發表文章數量逐年增長;但是，與物理教育研究高水平的國家相比，我國研究團隊占全體教師比例、教育研究類文章占高校發文總數比例都是非常低的，我國物理教育研究水平還有一定的差距．因此，物理教育研究仍需要國家、社會、高校更多的關注與支持，需要每一位高校老師更多的努力與付出．