新工科建設(shè)背景下應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理課程教學(xué)的改進(jìn)思路

陳超 蔣麗源 王瑛琪

【摘 要】本文以桂林航天工業(yè)學(xué)院為例，在新工科建設(shè)背景下，分析改進(jìn)應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理課程教學(xué)的必要性，從課程內(nèi)容和教學(xué)方式兩方面論述大學(xué)物理課程教學(xué)改進(jìn)思路：進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化與高等數(shù)學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充，采用實(shí)例活用、合作課堂、課程練習(xí)信息化等多樣化教學(xué)方式。

【關(guān)鍵詞】新工科建設(shè) ?應(yīng)用型本科院校 ?大學(xué)物理 ?教學(xué)內(nèi)容 ?教學(xué)方式

【中圖分類號(hào)】G ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2019）04C-0048-02

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)正處在升級(jí)轉(zhuǎn)型之際，社會(huì)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)Ω鞣N復(fù)合型人才的需求快速增長(zhǎng)，社會(huì)對(duì)高校人才培養(yǎng)提出了更高的要求。在此背景下，開展新工科研究與實(shí)踐的熱潮席卷而來(lái)，國(guó)內(nèi)多個(gè)老牌高校已經(jīng)積極投身其中?？v觀歐美、日本等先進(jìn)國(guó)家近20年的高校課程教學(xué)改革歷程，他們圍繞“學(xué)科間交叉綜合”的主要思路展開教學(xué)改革，大規(guī)模開發(fā)和使用MOOC等在線課程資源，為學(xué)生創(chuàng)造了全天候?qū)W習(xí)的條件，取得了良好的效果。乘著新工科建設(shè)的東風(fēng)，桂林航天工業(yè)學(xué)院也開展了大學(xué)物理課程教學(xué)改革研究工作，以促進(jìn)課程教學(xué)質(zhì)量的提升。本文擬以桂林航天工業(yè)學(xué)院為例，探討大學(xué)物理課程教學(xué)改進(jìn)思路。

一、改進(jìn)應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理課程教學(xué)的必要性

應(yīng)用型本科院校的辦學(xué)目的是為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才。大學(xué)物理課程是工科專業(yè)人才培養(yǎng)方案中必不可少的基礎(chǔ)課，能夠?yàn)閷W(xué)生提供專業(yè)必備的物理概念和物理規(guī)律等知識(shí)，鍛煉學(xué)生的思維能力，是一門十分重要的基礎(chǔ)課程。

目前桂林航天工業(yè)學(xué)院大學(xué)物理課程的開設(shè)情況與眾多老牌高校有所不同，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是課程分配學(xué)時(shí)是80個(gè)課時(shí)，學(xué)時(shí)數(shù)偏少，國(guó)內(nèi)老牌學(xué)校一般是分配112個(gè)課時(shí)。課程學(xué)時(shí)偏少而課程內(nèi)容多，難以進(jìn)行課程的深入學(xué)習(xí)，客觀上增加了課程學(xué)習(xí)的困難。二是大學(xué)物理課程開設(shè)在第二學(xué)期，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)在第三學(xué)期，兩者時(shí)間上不一致，實(shí)驗(yàn)與理論互相驗(yàn)證的過(guò)程嚴(yán)重脫節(jié)。另外大學(xué)物理課程和高等數(shù)學(xué)之間授課進(jìn)度不一，出現(xiàn)課程使用的數(shù)學(xué)知識(shí)在高數(shù)課堂還未講授的情況。而國(guó)內(nèi)老牌高校一般理論課程和實(shí)驗(yàn)課程都開設(shè)在第三、第四兩個(gè)學(xué)期，理論與實(shí)驗(yàn)兩部分的教學(xué)能夠同步，數(shù)學(xué)知識(shí)也滿足課程教學(xué)的需要。

大學(xué)物理課程中內(nèi)容覆蓋面廣，知識(shí)點(diǎn)分散，學(xué)習(xí)難度較大，容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。應(yīng)用型本科院校對(duì)物理課程的學(xué)習(xí)要求側(cè)重物理概念理解和規(guī)律應(yīng)用，對(duì)定律建立的繁雜計(jì)算過(guò)程要求不高。如何組織和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，貼近學(xué)科專業(yè)需求，突出應(yīng)用性，采用怎樣的教學(xué)方式，提高教學(xué)效果，是目前亟待解決的重要問(wèn)題。

多數(shù)物理課程的教師，特別是新進(jìn)的教師，課程教學(xué)的思路普遍停留在著重理論分析、定理定律推演，對(duì)新工科建設(shè)缺乏了解，忽視物理知識(shí)向各工程專業(yè)遷移，與其他工程專業(yè)結(jié)合度欠缺。因此，改進(jìn)課程教學(xué)，有利于促進(jìn)教師團(tuán)隊(duì)教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變和業(yè)務(wù)能力的提升。

二、大學(xué)物理課程教學(xué)改進(jìn)思路

（一）教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化與補(bǔ)充。在新工科建設(shè)背景下，需要思考一個(gè)問(wèn)題：在保證教學(xué)內(nèi)容相對(duì)完整性的前提下，課程內(nèi)容如何向不同專業(yè)延伸，延伸的深度和覆蓋面怎樣選擇？我們?cè)诜治龈鞴た茖I(yè)的人才培養(yǎng)方案，以及與相關(guān)專業(yè)教師開展研討的基礎(chǔ)上，形成一份不同學(xué)科專業(yè)對(duì)大學(xué)物理課程的需求報(bào)告。以需求報(bào)告為基礎(chǔ)，刪減部分課程內(nèi)容，補(bǔ)充部分新內(nèi)容，構(gòu)建能夠滿足專業(yè)培養(yǎng)需要的教學(xué)內(nèi)容。

1.教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化。以桂林航天工業(yè)學(xué)院為例，目前該校的本科工科專業(yè)涵蓋了電子類、機(jī)械類、能源類、通信類、汽車類和計(jì)算機(jī)類等專業(yè)，沒有集成電路制造等和量子力學(xué)密切相關(guān)的專業(yè)。考慮到教學(xué)內(nèi)容的相對(duì)完整性，可將課程內(nèi)容分成力、熱、電、光和近代五個(gè)部分內(nèi)容，力、熱、電、光作為主要講授內(nèi)容，近代部分內(nèi)容做成專題。根據(jù)各專業(yè)對(duì)課程的需要，節(jié)選力、熱、電、光的部分內(nèi)容，補(bǔ)充部分延伸到各專業(yè)的內(nèi)容，經(jīng)過(guò)二次組合優(yōu)化，形成相對(duì)完整且有較好專業(yè)融合度的教學(xué)內(nèi)容。

例如對(duì)于機(jī)械類的專業(yè)，在力學(xué)部分增加力系、力偶、受力分析、力系平衡、兩體問(wèn)題和剛體運(yùn)動(dòng)和平衡方程等內(nèi)容，減少熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)的內(nèi)容。這樣安排的教學(xué)內(nèi)容對(duì)機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生是比較合適的，增加的力學(xué)內(nèi)容為學(xué)生后續(xù)工程力學(xué)和理論力學(xué)的學(xué)習(xí)做好了鋪墊。

對(duì)于汽車類專業(yè)，在力學(xué)部分增加質(zhì)心、兩體問(wèn)題、剛體運(yùn)動(dòng)和平衡方程、機(jī)械振動(dòng)理論和振動(dòng)的控制原理等內(nèi)容，減少熱學(xué)、光學(xué)的內(nèi)容。這樣的教學(xué)內(nèi)容加強(qiáng)了與專業(yè)的相關(guān)性，能滿足專業(yè)對(duì)力學(xué)和電磁學(xué)內(nèi)容的需求。

此外，對(duì)于通信類專業(yè)，適當(dāng)增加電磁理論部分的內(nèi)容，減少力學(xué)和熱學(xué)兩部分的內(nèi)容。對(duì)于測(cè)控類專業(yè)，在電磁學(xué)部分增加傳感器內(nèi)容介紹，減少力學(xué)和熱學(xué)的內(nèi)容。對(duì)于能源類專業(yè)，增加流體力學(xué)、熱流體等少量?jī)?nèi)容，在熱學(xué)內(nèi)容中延伸到工程熱力學(xué)等內(nèi)容，減少電磁學(xué)和光學(xué)的內(nèi)容。近代物理部分以專題方式適當(dāng)介紹，羅列參考資料，點(diǎn)到為止。

2.高等數(shù)學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充。由于大學(xué)物理課程開設(shè)在第二學(xué)期，會(huì)出現(xiàn)提前使用部分?jǐn)?shù)學(xué)知識(shí)的問(wèn)題。例如在解決運(yùn)動(dòng)學(xué)的第二類問(wèn)題時(shí)就需要用到定積分的知識(shí)，而此時(shí)數(shù)學(xué)課上還沒有講授定積分內(nèi)容。因此，需要補(bǔ)充少量的數(shù)學(xué)內(nèi)容，這些補(bǔ)充內(nèi)容不求深入、全面，能達(dá)到理解物理概念即可，目的在于解決學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解障礙和消除心理上的恐懼。

（二）教學(xué)方式多樣化。優(yōu)化后的教學(xué)內(nèi)容，配合有效的教學(xué)方式，才能引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與課程學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率，進(jìn)而提升教學(xué)效果，達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。

1.實(shí)例活用。將生活中的例子與課程知識(shí)點(diǎn)相連，能夠引起學(xué)生對(duì)課堂的關(guān)注。例如講授質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)中運(yùn)動(dòng)方程的內(nèi)容時(shí)，可以事先展示GPS定位系統(tǒng)的實(shí)物模型，介紹廣泛應(yīng)用的衛(wèi)星定位技術(shù)，然后向?qū)W生提出如何精確定位的問(wèn)題，用發(fā)散思維方式引出空間位置的量化和運(yùn)動(dòng)方程概念，再收攏思維到利用任意四顆不同衛(wèi)星的信號(hào)建立四個(gè)運(yùn)動(dòng)方程，求解方程得出質(zhì)點(diǎn)任意時(shí)刻的空間位置。在講授系統(tǒng)動(dòng)量守恒的內(nèi)容時(shí)，展示氣球在排放氣體過(guò)程中氣球的反沖運(yùn)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生分析系統(tǒng)受力和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，歸納系統(tǒng)的動(dòng)量守恒定律，進(jìn)而延伸到動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用—— 火箭發(fā)射。在講授力矩相關(guān)內(nèi)容時(shí)，可以結(jié)合乒乓球技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)球或弧圈球來(lái)展開。在講授電磁屏蔽相關(guān)內(nèi)容時(shí)，可以做個(gè)簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，把A學(xué)生的手機(jī)放入一個(gè)密閉金屬奶粉盒，然后其他學(xué)生都打不通該學(xué)生的電話，一個(gè)很普通的金屬奶粉盒就能夠展示電磁屏蔽的現(xiàn)象。這種例子還有很多，充分發(fā)掘生活中物理知識(shí)的應(yīng)用例子，將會(huì)在教學(xué)中起到事半功倍的作用。

2.合作課堂。合作課堂能夠改變教師主動(dòng)講、學(xué)生被動(dòng)聽的局面，是提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力的重要方式。學(xué)生對(duì)參與課堂互動(dòng)的心理有三種：主動(dòng)型、被動(dòng)型和抗拒型。主動(dòng)型和被動(dòng)型的學(xué)生占大多數(shù)。教師把知識(shí)內(nèi)容合理拆分成不同的問(wèn)題，將學(xué)生分成多個(gè)小組，給不同組別的學(xué)生布置不同的問(wèn)題，要求各小組使用Matlab、Mathematica、Origin等計(jì)算機(jī)軟件工具將物理問(wèn)題可視化，并在課堂上講解問(wèn)題原理和展示可視化成果。

例如在光的干涉內(nèi)容中，將楊氏雙縫干涉、洛埃鏡、等傾干涉和等厚干涉分成四個(gè)主要知識(shí)點(diǎn)分成四組，A組別的學(xué)生負(fù)責(zé)解決楊氏雙縫干涉問(wèn)題，B組別的學(xué)生負(fù)責(zé)解決洛埃鏡的干涉問(wèn)題，C組別的學(xué)生負(fù)責(zé)解決等傾干涉的問(wèn)題，D組別的學(xué)生負(fù)責(zé)解決等厚干涉的問(wèn)題。如果在合作課堂上，學(xué)生能夠?qū)?wèn)題解決過(guò)程講清楚，那意味著學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上對(duì)知識(shí)進(jìn)行了提煉。知識(shí)的提煉和表達(dá)能夠有效地鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

合作課堂促使學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師之間互相學(xué)習(xí)討論，對(duì)促進(jìn)學(xué)校學(xué)風(fēng)建設(shè)也有積極意義。在開展合作課堂時(shí)，需要注意兩個(gè)問(wèn)題：一是各小組的任務(wù)內(nèi)容相近，主題明確;二是任務(wù)難度要符合學(xué)生的能力。

3.課程練習(xí)信息化。課程練習(xí)是十分重要的，對(duì)于非物理專業(yè)的學(xué)生，練習(xí)題的難易程度、覆蓋面和布置方式需要進(jìn)行詳細(xì)的研究。課程練習(xí)在時(shí)間上可分成兩個(gè)時(shí)段：課堂練習(xí)和課后練習(xí)。課堂練習(xí)題型主要是填空題和判斷題，內(nèi)容以概念、定理或定律相關(guān)的基礎(chǔ)問(wèn)題為主，在課堂上通過(guò)手機(jī)APP軟件推送到學(xué)生手機(jī)，要求短時(shí)間內(nèi)完成提交，軟件后臺(tái)自動(dòng)批改評(píng)分。課后練習(xí)題型是計(jì)算題和分析題，內(nèi)容以典型性的例題和習(xí)題為主，也以手機(jī)APP軟件推送形式布置，大約三天時(shí)間提交一次作業(yè)。課程練習(xí)的信息化實(shí)現(xiàn)了全天候練習(xí)的目標(biāo)，也有助于教師全面了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解掌握情況。課程練習(xí)成績(jī)會(huì)按照一定比例計(jì)入課程最終成績(jī)。

以上三種教學(xué)方式分別起到了引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注課堂、參與課堂和延續(xù)課堂的作用。結(jié)合這三種方式進(jìn)行課程教學(xué)，將會(huì)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)形成“前拉后趕”的效果，培養(yǎng)學(xué)生成為具有自我學(xué)習(xí)能力的復(fù)合型人才，這就是開展新工科建設(shè)的目標(biāo)。

如何服務(wù)于新工科建設(shè)和實(shí)踐，是當(dāng)前大學(xué)物理課程教學(xué)任務(wù)中的新問(wèn)題。桂林航天工業(yè)學(xué)院已經(jīng)開展了一些初步的研究工作，重組了課程教學(xué)內(nèi)容，嘗試了新的教學(xué)方式，目前課程教學(xué)效果較好。下階段要建設(shè)與學(xué)科專業(yè)需求貼合度更緊密的優(yōu)質(zhì)課程資源并上線，創(chuàng)造出學(xué)生全天候的課程學(xué)習(xí)條件。

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【作者簡(jiǎn)介】陳 超（1978— ），男，廣西玉林人，桂林航天工業(yè)學(xué)院理學(xué)院講師，研究方向：計(jì)算物理;蔣麗源（1981— ），女，廣西全州人，桂林航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處實(shí)踐教學(xué)科科長(zhǎng);王瑛琪（1987— ），黑龍江齊齊哈爾人，桂林航天工業(yè)學(xué)院理學(xué)院講師，研究方向：光學(xué)。

（責(zé)編 蘇 洋）