工程認(rèn)證和新工科背景下大學(xué)物理課程品質(zhì)提升模式探索*

于慧 張永梅 許麗萍

(中北大學(xué)理學(xué)院 山西 太原 030051)

1 引言

工程教育是為國(guó)家輸送工程技術(shù)與管理人才的主要渠道，在我國(guó)高等教育中占有極其重要的地位，而工程教育認(rèn)證是高質(zhì)量工程教育的保證，其核心理念“強(qiáng)調(diào)教育過(guò)程要始終以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，重點(diǎn)關(guān)注教育產(chǎn)出和實(shí)際成效，并在持續(xù)改進(jìn)過(guò)程中促使教學(xué)質(zhì)量不斷提升”．隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的轉(zhuǎn)型升級(jí)以及創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的深入實(shí)施，加快工程教育的改革和創(chuàng)新，提高工程技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量迫在眉睫．2016年6月，中國(guó)成為國(guó)際工程師互認(rèn)協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》的正式成員，為工程教育改革的進(jìn)一步深化提供了良好契機(jī)．

“新工科”概念正是在此大背景下提出的．它是立足于國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、立德樹(shù)人新要求而提出的高等工程教育改革指向標(biāo)[1]．“‘新’工科之‘新’， ‘新’在理念——應(yīng)對(duì)變化，塑造未來(lái)；‘新’在途徑——繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)同與共享；‘新’在要求——培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才”[1,2]．“新工科”建設(shè)要求培養(yǎng)出具有很好理工科基礎(chǔ)的復(fù)合型、綜合性創(chuàng)新人才[3]，而“大學(xué)物理”作為高校理工科學(xué)生最重要的通識(shí)教育課程之一，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力有不可替代的作用．面對(duì)“新工科”，大學(xué)物理課程又該如何應(yīng)對(duì)呢？

2017年5月，中北大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)通過(guò)國(guó)際工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證，標(biāo)志著我校工程教育與國(guó)際工程教育的正式接軌．在順應(yīng)時(shí)代變革的“新工科”要求下，進(jìn)一步提升大學(xué)物理課程品質(zhì)，提高工程技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量成為亟需解決的問(wèn)題．以此為契機(jī)，在歷年來(lái)教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容改革的基礎(chǔ)上，我們對(duì)工程教育認(rèn)證和新工科背景下大學(xué)物理課程品質(zhì)提升模式進(jìn)行了探索與實(shí)踐．本文將重點(diǎn)圍繞課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)評(píng)價(jià)等4個(gè)方面介紹我校工程教育認(rèn)證和新工科建設(shè)過(guò)程中大學(xué)物理課程的教育教學(xué)改革，以期與同行進(jìn)行一番交流．

2 大學(xué)物理課程品質(zhì)提升模式構(gòu)建

2.1 大學(xué)物理課程目標(biāo)的制定

本課題組在參與我校儀器與電子學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)工程教育認(rèn)證的教育教學(xué)改革過(guò)程中，對(duì)照課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐，重新修訂大學(xué)物理教學(xué)大綱，設(shè)定了3個(gè)大學(xué)物理課程目標(biāo)，如表1所示．這些課程目標(biāo)的達(dá)成，能夠?qū)υ搶?zhuān)業(yè)畢業(yè)要求12條中的如下3條起到支撐作用，如表2所示．

表1 測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理課程目標(biāo)

表2 大學(xué)物理課程目標(biāo)對(duì)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)工程認(rèn)證的支撐

說(shuō)明：★★★表示強(qiáng)支撐，★★表示中等支撐，★表示弱支撐.

2.2 大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

我校是一所有著70多年歷史的省部共建省屬重點(diǎn)大學(xué)，其中近50個(gè)理工科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了大學(xué)物理課程．由于不同專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)不同，對(duì)物理知識(shí)的需求也不盡相同．在教學(xué)內(nèi)容組織上，針對(duì)不同的學(xué)科和專(zhuān)業(yè)，在保證物理學(xué)知識(shí)體系完整性的同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容各有側(cè)重，并用小專(zhuān)題的形式將教學(xué)內(nèi)容與科學(xué)前沿、高新技術(shù)適度關(guān)聯(lián)起來(lái)[4]．這些小專(zhuān)題成為了物理學(xué)通向相關(guān)專(zhuān)業(yè)的“窗口”，選講內(nèi)容偏重于近代物理學(xué)和高新技術(shù)物理的理論進(jìn)展及實(shí)際工程應(yīng)用，還包含一些跨學(xué)科跨專(zhuān)業(yè)的交叉學(xué)科問(wèn)題，重點(diǎn)介紹其中包含的物理基礎(chǔ)、物理思想和方法．“側(cè)重點(diǎn)+小專(zhuān)題”的教學(xué)內(nèi)容改革解決了大學(xué)物理教學(xué)中普遍性與特殊性的矛盾，對(duì)于更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生在未來(lái)新工科建設(shè)和發(fā)展中的視野，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)都是非常有意義的[4]．部分專(zhuān)業(yè)的教學(xué)內(nèi)容如表3所示．

表3 大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容按專(zhuān)業(yè)類(lèi)別的優(yōu)化

2.3 大學(xué)物理教學(xué)模式的改革

(1)基于BOPPPS的大學(xué)物理授課模式

BOPPPS模式基于構(gòu)建主義理論，根據(jù)人類(lèi)認(rèn)知的過(guò)程和水平，將大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程分為6部分．“B”“O”“P”“P”“P”“S”分別表示“Bridge-in”——導(dǎo)言或引入、“Objective”——學(xué)習(xí)目標(biāo)、“Pre-assessment”——前測(cè)、“Participation Learning”——參與式學(xué)習(xí)、“Post-assessment”——后測(cè)、“Summary”——總結(jié)．這6部分相互聯(lián)系，連貫起來(lái)組成完整、有效的課堂教學(xué)模式．該模式目前主要用于高校教師的教學(xué)技能培訓(xùn)，我們嘗試將其引入到了大學(xué)物理課堂教學(xué)中．

首先，教師用美麗的“鳳頭”吸引學(xué)生的注意力——Bridge-in．每節(jié)課伊始，教師會(huì)從具有啟發(fā)性和趣味性的工程應(yīng)用或日常生活入手，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”優(yōu)勢(shì)，借用視頻、動(dòng)畫(huà)或圖片等引出本次的教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲，引發(fā)學(xué)生思考，把學(xué)生迅速帶入物理情境之中． 例如在講授熱力學(xué)第一定律時(shí)，以曾讓天才愛(ài)因斯坦都吃驚的中國(guó)古代玩具“永動(dòng)鳥(niǎo)”引入話(huà)題——“無(wú)電無(wú)磁無(wú)發(fā)條，頭上點(diǎn)水開(kāi)始搖，只要杯中水不斷，日日夜夜不停腳．” 難道世人真的創(chuàng)造出了“永動(dòng)機(jī)”——這個(gè)永遠(yuǎn)在不停喝水的小鳥(niǎo)？這樣的引入使課堂教學(xué)妙趣橫生，引人入勝，為下一步的教學(xué)打下了良好的基礎(chǔ)．之后通過(guò)一系列中間環(huán)節(jié)的討論，得到第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的；在此基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)，查找關(guān)于 “永動(dòng)鳥(niǎo)”的相關(guān)資料，把參與式教學(xué)由課堂拓展到課外，引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，把握物理規(guī)律．

接下來(lái)，教師明確清晰地表述通過(guò)本章節(jié)學(xué)習(xí)擬達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)，使每一位學(xué)生明確學(xué)習(xí)方向——Objective．針對(duì)具體教學(xué)內(nèi)容，采用“通過(guò)XX內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠利用XX概念、XX原理、XX數(shù)學(xué)工具解決XX具體問(wèn)題”的表述方式，使學(xué)生明晰在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要掌握的基本概念、基本原理、基本方法、重點(diǎn)內(nèi)容以及能夠解決哪些具體問(wèn)題等等．

第三步，以提問(wèn)或討論的方式，及時(shí)了解學(xué)生對(duì)后面學(xué)習(xí)內(nèi)容需要用到的前期知識(shí)的掌握程度——Pre-assessment．這一步實(shí)際上起到了承前啟后的作用，既是對(duì)以前所學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)的回顧，也是對(duì)后續(xù)討論所用相關(guān)知識(shí)的預(yù)習(xí)，從而為達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)做好知識(shí)儲(chǔ)備．

第四步，具體內(nèi)容講解過(guò)程中，采用多樣化的輔助教學(xué)方法，如提問(wèn)、討論、做中學(xué)、學(xué)中做、案例教學(xué)等，誘導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，提高學(xué)生的參與度——Participation Learning．參與式學(xué)習(xí)是教學(xué)過(guò)程中的重要組成部分，在這一環(huán)節(jié)，我們始終將分層次要求、分層次提問(wèn)、分層次指導(dǎo)貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，確保不同層次的學(xué)生均有機(jī)會(huì)參與課堂教學(xué)，分享成功的喜悅[4]，達(dá)到“因材施教，整體提高”的教學(xué)目標(biāo)．

第五步，針對(duì)教學(xué)重難點(diǎn)，科學(xué)設(shè)計(jì)檢測(cè)內(nèi)容，對(duì)是否達(dá)成教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行后測(cè)，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)成效——Post-assessment．題型設(shè)計(jì)一般以題組的形式出現(xiàn)，一類(lèi)三題，一題三問(wèn)，一題多解，由易到難，由簡(jiǎn)到繁，循序漸進(jìn)．

最后，每次課結(jié)束前，教師與學(xué)生一起總結(jié)教學(xué)重難點(diǎn)內(nèi)容，強(qiáng)化課堂學(xué)習(xí)效果——Summary．這一環(huán)節(jié)主要采取學(xué)生為主，教師補(bǔ)充的教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生自己總結(jié)各章節(jié)主要內(nèi)容，總結(jié)學(xué)習(xí)收獲．

(2)豐富多彩的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)

實(shí)際上，大學(xué)物理的教學(xué)過(guò)程一直注重引導(dǎo)學(xué)生將物理學(xué)的方法和理論應(yīng)用到工程實(shí)際中去，體會(huì)學(xué)有所用的樂(lè)趣.每學(xué)期要求學(xué)生提交兩份物理學(xué)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用報(bào)告，并以PPT形式在課堂上進(jìn)行講解，講解完后學(xué)生、教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)．通過(guò)這樣的形式“翻轉(zhuǎn)課堂”，強(qiáng)化教學(xué)過(guò)程管理，逐步培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力．

此外，通過(guò)積極開(kāi)展專(zhuān)題辯論、物理學(xué)原理應(yīng)用報(bào)告會(huì)、學(xué)科競(jìng)賽、科研創(chuàng)新等形式多樣、內(nèi)容豐富的課外教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全體學(xué)生的發(fā)展和學(xué)生個(gè)體的全面發(fā)展，為工程認(rèn)證和新工科要求的創(chuàng)新性、復(fù)合型人才的培養(yǎng)奠定良好基礎(chǔ)．

2.4 大學(xué)物理教學(xué)評(píng)價(jià)體系的重構(gòu)

科學(xué)合理的教學(xué)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建，是提升大學(xué)物理課程品質(zhì)，促進(jìn)人才培養(yǎng)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)的有效途徑．大學(xué)物理課程在教學(xué)評(píng)價(jià)體系的重構(gòu)過(guò)程中始終堅(jiān)持 “育人”為本，遵循全面評(píng)價(jià)原則、縱向發(fā)展評(píng)價(jià)原則和改進(jìn)教學(xué)的評(píng)價(jià)原則，建立了一個(gè)內(nèi)容多維、方法多樣、既重視結(jié)果又強(qiáng)調(diào)過(guò)程的教學(xué)評(píng)價(jià)體系．

(1)全面評(píng)價(jià)原則

基于對(duì)評(píng)價(jià)影響要素的分解，從出勤、課堂問(wèn)答情況、小測(cè)驗(yàn)、課后作業(yè)、物理學(xué)應(yīng)用報(bào)告、期末考試、課外實(shí)踐等環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生進(jìn)行多角度、多方面的評(píng)價(jià)，構(gòu)建過(guò)程性綜合評(píng)價(jià)方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的參與熱情，促進(jìn)學(xué)生身心、素質(zhì)和能力的全面發(fā)展．

(2)縱向發(fā)展評(píng)價(jià)原則

基于學(xué)生的個(gè)體差異性，關(guān)注學(xué)生個(gè)體在原有基礎(chǔ)上的提高，充分肯定每一位學(xué)生的進(jìn)步，保持學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，構(gòu)建強(qiáng)調(diào)發(fā)展與激勵(lì)的學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)模式．

(3)改進(jìn)教學(xué)的評(píng)價(jià)原則

基于教學(xué)評(píng)價(jià)改進(jìn)教學(xué)的功能，在學(xué)生學(xué)業(yè)考評(píng)過(guò)程中，始終堅(jiān)持全面評(píng)價(jià)原則和縱向發(fā)展評(píng)價(jià)原則，通過(guò)專(zhuān)家聽(tīng)課、同行評(píng)課、學(xué)生問(wèn)卷等評(píng)價(jià)方式改進(jìn)教學(xué)過(guò)程中的不良環(huán)節(jié)，激勵(lì)教師調(diào)整和完善教學(xué)工作，激勵(lì)學(xué)生不斷進(jìn)取，促進(jìn)“新工科”人才培養(yǎng)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)．

3 大學(xué)物理課程品質(zhì)提升模式實(shí)踐與應(yīng)用

在我校工程教育認(rèn)證和新工科建設(shè)過(guò)程中，以大學(xué)物理省級(jí)精品資源共享課平臺(tái)及歷年來(lái)教改項(xiàng)目為依托，我們對(duì)大學(xué)物理課程從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)評(píng)價(jià)等多個(gè)方面進(jìn)行了一系列新的改革，成效顯著．

通過(guò)《中北大學(xué)第三期教師教學(xué)發(fā)展基金項(xiàng)目學(xué)生反饋調(diào)查表》問(wèn)卷調(diào)查可以得知，新的大學(xué)物理課程教學(xué)改革受到了學(xué)生的歡迎．在對(duì)“大學(xué)物理教學(xué)改革的認(rèn)可度”方面，粗略統(tǒng)計(jì)表明，普通班75 %以上的學(xué)生選了A和B(A：非常同意;B:同意；C：一般)，說(shuō)明這種教學(xué)改革得到了大多數(shù)想要在大學(xué)物理的學(xué)習(xí)中有所收獲的學(xué)生的認(rèn)可；而針對(duì)卓越班的調(diào)查表中，75%的學(xué)生選了A，25%的學(xué)生選了B．在“對(duì)這門(mén)課和對(duì)老師的觀點(diǎn)、建議”中，學(xué)生普遍認(rèn)為：“新方法的使用效果非常好，更容易激發(fā)同學(xué)們的興趣”“新方法使用的課堂，更能引導(dǎo)我去思考，上課更輕松，下課完成作業(yè)也比較輕松”“新方法兼顧到了專(zhuān)業(yè)自身特點(diǎn)，能夠?yàn)楹罄m(xù)課程學(xué)習(xí)打下良好的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)，也有利于培養(yǎng)我們的工程實(shí)踐能力”“新的評(píng)價(jià)方式更‘人性化’，能夠很好地調(diào)動(dòng)大家參與學(xué)習(xí)的熱情，更有利于我們的全面發(fā)展”，等等．

實(shí)施大學(xué)物理課程改革后，學(xué)生對(duì)大學(xué)物理的學(xué)習(xí)興趣顯著提高，適應(yīng)物理學(xué)習(xí)的能力和學(xué)習(xí)物理的主觀能動(dòng)性明顯增強(qiáng)，課程學(xué)習(xí)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量獲得有效提升，不僅學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)步明顯，而且在各類(lèi)課外科技競(jìng)賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)中表現(xiàn)優(yōu)異，屢獲佳績(jī)．

4 結(jié)束語(yǔ)

工程教育認(rèn)證和新工科建設(shè)呼喚我國(guó)高等工程教育改革的新思路，也對(duì)大學(xué)物理課程品質(zhì)提出了新要求．本文重點(diǎn)圍繞課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)評(píng)價(jià)等4個(gè)方面介紹了我校在工程教育認(rèn)證和新工科建設(shè)過(guò)程中大學(xué)物理課程的教育教學(xué)改革．

初步實(shí)踐證明，新模式能夠有效提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，提高科學(xué)人文素質(zhì)，養(yǎng)成良好的物理思維習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力，較好地體現(xiàn)了“厚基礎(chǔ)，重實(shí)踐，強(qiáng)素質(zhì)，求創(chuàng)新”的基本育人原則，是有效提升大學(xué)物理課程品質(zhì)和工程技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量的一條值得借鑒的可行途徑．