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问题驱动下复现物理理论创造过程的创新思维培养

教学模式设计——以电磁学教学为例

焦志伟，杜建华，孙有才

中国计量大学理学院，浙江，杭州310018

摘要：传统物理教学重知识传授、轻创造过程，导致学生物理创新思维能力难以

得到有效培养。针对这一教学困境，本文第一作者以国家级一流线上线下混合式

课程《电磁学》的教学改革为切入点，深入探索并实践了一种“问题驱动下复现

物理理论创造过程”的创新教学模式，旨在引导学生在物理学习过程中逐步形成

“像物理学家一样思考和创新”的能力。本文系统阐述了该教学模式的核心思想，

着重对教学内容进行了基于问题逻辑架构的重构，并以库仑定律的教学为例，展

示了“问题驱动下复现过程”教学模式的具体设计方案。经过近五年在《电磁学》

和《力学》等课程教学改革中的实践验证，该教学模式在培养学生物理创新思维

能力方面取得显著成效，被学生誉为“物理课堂教学革命”。从理论层面来看，

该教学模式具备良好的普适性，可推广应用于各类物理核心理论课程的教学实践

中。

关键词：问题驱动；复现过程；物理创新思维能力；教学模式；翻转课堂

爱因斯坦曾说：“大学教育的价值，不在于学习很多事实，而在于训练大脑

会思考。”爱因斯坦和笛卡尔都曾经说过：提问题比解决问题更重要；哈佛大

学名言“教育的真正目的就是让人不断地提出问题、思索问题”。然而，现在的

大学生很少有提问题的欲望，越来越不会提问题，更提不出有价值的问题，当然

也就不具备物理创新思维。清华大学的王青教授率先倡导发起“问题驱动式教育”

[1]。实现“问题驱动式教育”的方法是利用翻转课堂和线上线下混合教学模式，

在问题驱动下开展积极的互动，实现有效的教育和教学，锻炼和培养出强大的应

对未知的能力[1-3]。关于大学生创新能力和创新思维的培养也有很多学者进行研

究实践[4-5],然而，关于开展以学生为主体、真正能够培养学生物理创新思维能力

基金项目：国家自然科学基金;浙江省“十四五”教改项目（JGBA2024807）资助

作者简介：焦志伟，女，教授，主要从事力学、电磁学教学和凝聚态物理研究工作.

通信作者：焦志伟.jzwgj@163.com

的有效途径鲜有报道。本文第一作者受王青教授《电动力学》的教学方法、南京

大学李向东教授《宇宙简史》的教学方法，以及北京大学穆良柱教授“ETA物理

[6]

教学法”的启发，基于“建构主义教育理念”和“问题驱动教育理念”，从内

容重构、多元化教学方法、多元化考核评价三个维度开展《电磁学》教学改革实

践，经过5年的探索实践，逐渐明确将“问题驱动、复现物理理论创造过程”作

为培养学生物理创新思维的有效路径。

1“问题驱动下复现物理理论创造过程”的基本思想

物理学家创造物理理论的过程，就是运用创新思维与研究方法构建新理论的

过程。基于此，创新提出以“复现物理学家创造物理理论的过程”作为培养学生

物理创新思维的路径。为有效实施复现过程，开展以学生为中心的问题驱动式教

学。（1）教师构建问题链：将物理理论创造的过程拆解为问题链；（2）课前，

学生带着问题链利用智慧课程或慕课等线上资源自主探究；（3）课中，以翻转

课堂模式，教师以问题链导引，师生同台讲解，互动研讨，一步步探究，复现物

理学家创造物理理论的过程，在探究过程中引导学生参透物理学家的思维方式和

研究方法。这种以学生为主体的复现过程相当于“学生经历一次科学发现之旅”。

通过若干个物理理论创造过程的复现，学生逐步将物理学的研究范式内化为自身

的物理创新思维能力，从而有效实现培养学生“像物理学家一样思考和创新”

的目标。

2以问题逻辑重构教学内容

传统教学和教材以知识逻辑构建内容体系，导致教学以灌输知识和被动接受

知识为主。为改变上述现状，基于“问题驱动式复现过程”教学的需求，作者以

问题逻辑重构《电磁学》的知识体系，设置6个专题：第一章电力与磁力可以统

一吗？第二章如何描述静电场和静磁场的物理性质？第三章电磁场与其中的物

质如何相互作用？第四章稳恒电流是如何形成的？第五章电场和磁场是同一种

物质吗？第六章为什么电磁场以电磁波的形式运动？与传统教学将电场、磁场分

离开来教学不同，新体系以电场和磁场的

对称统一为主线，每个专题都将电场与磁场放在一起研讨。新体系既与电磁

学理论的创造历史吻合，凸显对称统一物理美学思想对电磁学理论建立的指引作

用，又