基于學(xué)生專業(yè)能力提升的大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容改革研究

付美芹

山東華宇工學(xué)院電氣工程學(xué)院 山東德州 253000

大學(xué)物理課程是我校各工科專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程，在應(yīng)用型人才的科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用。通過(guò)學(xué)習(xí)大學(xué)物理，學(xué)生可以了解物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運(yùn)動(dòng)形式及相互作用規(guī)律，理解典型物理模型的建立過(guò)程，掌握科學(xué)的思想方法和研究方法，不僅可以提高他們獲取專業(yè)知識(shí)的能力，為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，還可以提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生基本的科學(xué)素質(zhì)。因此，大學(xué)物理在應(yīng)用型高校的人才培養(yǎng)課程中，地位無(wú)可替代，大學(xué)物理教學(xué)的改革尤為突出和重要。大學(xué)物理教學(xué)改革要建立在“開(kāi)闊眼界、學(xué)以致用、提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、緊跟時(shí)代發(fā)展”的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化教學(xué)方法，培養(yǎng)有抱負(fù)、有能力的應(yīng)用型人才。

1 大學(xué)物理教學(xué)面臨的困難

1.1 大學(xué)物理課時(shí)少，內(nèi)容多

大學(xué)物理作為我校各工科學(xué)生的一門學(xué)科基礎(chǔ)必修課程，是后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，但是我校大學(xué)物理課程課時(shí)較少，只有64學(xué)時(shí)，其中理論講解為56課時(shí)，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)為8課時(shí)，而且大學(xué)物理內(nèi)容較多，知識(shí)模塊較多，不同的專業(yè)對(duì)物理知識(shí)的需求也不同。因此，為了更好地與學(xué)生的專業(yè)課程進(jìn)行銜接，在大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容的取舍和側(cè)重點(diǎn)上應(yīng)該進(jìn)行一定的改革。

1.2 教學(xué)模式單一

教學(xué)模式以線下教學(xué)為主，教學(xué)方法以講授法為主，且講課內(nèi)容以理論知識(shí)為主，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。因此，在教學(xué)模式和教學(xué)方法上應(yīng)該進(jìn)行一定的改革。

1.3 物理實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少

大學(xué)物理是理論與實(shí)踐相結(jié)合的一門學(xué)科，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后學(xué)習(xí)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能的開(kāi)端，也是后繼實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)，通過(guò)大學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以使學(xué)生了解物理實(shí)驗(yàn)的基本流程和思想方法，理解物理實(shí)驗(yàn)的主要過(guò)程和方法，掌握物理實(shí)驗(yàn)的基本方法和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生具有從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)的素質(zhì)。但實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少，只有8個(gè)學(xué)時(shí)、4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分別為力學(xué)2個(gè)課時(shí)、熱學(xué)2個(gè)課時(shí)、電磁學(xué)2個(gè)課時(shí)、光學(xué)2個(gè)課時(shí)。實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少，無(wú)法更好地提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

1.4 學(xué)生水平參差不齊

本科學(xué)生層次不一，主要分為有春考生和夏考生。夏考中分為文科生和理科生，夏考理科生物理基礎(chǔ)較好，學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性較高，接受能力也強(qiáng)，但是春考生和夏考文科生因多年未學(xué)習(xí)物理，基礎(chǔ)知識(shí)較薄弱，學(xué)習(xí)主動(dòng)性較差。

2 教學(xué)內(nèi)容選擇的基本原則

大學(xué)物理教學(xué)不應(yīng)該只是簡(jiǎn)單地傳授知識(shí)，而是要提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)造能力，學(xué)習(xí)科學(xué)的思想方法。而大學(xué)物理的教學(xué)與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，能加強(qiáng)各學(xué)科知識(shí)的融會(huì)貫通，使學(xué)生學(xué)到的是一個(gè)知識(shí)的結(jié)合體，接受到的是較新的科技信息，同時(shí)也能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

3 基于學(xué)生專業(yè)能力提升的大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容體系的構(gòu)建措施

3.1 改革教學(xué)內(nèi)容，分專業(yè)實(shí)施

由于不同專業(yè)的學(xué)生對(duì)大學(xué)物理知識(shí)的需求不同，因此必須為各專業(yè)選擇個(gè)性化的教學(xué)內(nèi)容，以更好地為專業(yè)做好服務(wù)。為了更好地培養(yǎng)應(yīng)用型人才，與學(xué)生專業(yè)相對(duì)接，我們從學(xué)生的專業(yè)需要出發(fā)，認(rèn)真研讀各專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，并對(duì)教學(xué)大綱進(jìn)行修訂。

由于大學(xué)物理課程教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少，因此物理教研室對(duì)各個(gè)二級(jí)學(xué)院進(jìn)行了調(diào)研，并根據(jù)調(diào)研結(jié)果和人才培養(yǎng)方案的要求，在保證基本的大學(xué)物理教學(xué)體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)為各專業(yè)選取教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行不同教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)，進(jìn)行個(gè)性化整合，為學(xué)生的后續(xù)專業(yè)課程做好必要的理論鋪墊。依據(jù)調(diào)研結(jié)果，我們把大學(xué)物理分成了大學(xué)物理A和大學(xué)物理B，并修訂了教學(xué)大綱，大學(xué)物理A主要面向電子、網(wǎng)工、物聯(lián)網(wǎng)、軟件工程、電氣、測(cè)控、自動(dòng)化、機(jī)器人、機(jī)制、機(jī)械電子、智能制造等專業(yè)，大學(xué)物理B主要面向汽服、車輛、新能源、材料、建環(huán)、能源、道橋等專業(yè)。大學(xué)物理A側(cè)重于電場(chǎng)和磁場(chǎng)方面的知識(shí)講解，大學(xué)物理B側(cè)重于熱學(xué)方面的知識(shí)講解，因使用的教學(xué)大綱不同，在期末會(huì)通過(guò)不同的試卷進(jìn)行考核。

同時(shí)在講課過(guò)程中，根據(jù)所在班級(jí)學(xué)生的層次和水平，選擇所講知識(shí)的深淺，對(duì)于基礎(chǔ)較好的夏考理科班，加入有一定難度的知識(shí)點(diǎn)和例題等，拓展學(xué)生的知識(shí)面。對(duì)于基礎(chǔ)較差的夏考文科班和春考班，只將基礎(chǔ)知識(shí)以及基礎(chǔ)知識(shí)的具體應(yīng)用講透即可，有難度的知識(shí)點(diǎn)和例題可放在學(xué)習(xí)通中，供學(xué)生自學(xué)，并通過(guò)線上、線下等多種方式及時(shí)做好輔導(dǎo)答疑。

3.2 建立應(yīng)用案例庫(kù)

將前沿科技融入教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，建立基于學(xué)生專業(yè)能力提升的具有應(yīng)用特色的大學(xué)物理課程教學(xué)體系，在個(gè)性化選擇教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，課程組成員收集科技前沿資料和生活生產(chǎn)中的具體應(yīng)用，并進(jìn)行篩選，形成應(yīng)用案例庫(kù)和前沿科技資料庫(kù)，并及時(shí)更新。在授課過(guò)程中適當(dāng)加入一些拓展，將應(yīng)用型案例和高新科技發(fā)展應(yīng)用融入教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，拓寬學(xué)生的眼界，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

比如，針對(duì)電氣、電子等專業(yè)：講到電磁學(xué)時(shí)，探討磁懸浮列車、高鐵的工作原理以及研究進(jìn)展；講到光學(xué)部分時(shí)，介紹結(jié)晶顯示器的原理、激光的原理和應(yīng)用。針對(duì)機(jī)制、建環(huán)等專業(yè)：在講質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，加入我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理；講到波的干涉時(shí)，介紹歌劇院的建筑設(shè)計(jì)與波的干涉的關(guān)系；講到動(dòng)量守恒定律和角動(dòng)量守恒定律時(shí)，介紹我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀以及航天器、衛(wèi)星和空間站等的相關(guān)應(yīng)用。一方面有利于學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的融會(huì)貫通，另一方面在強(qiáng)化基礎(chǔ)概念的同時(shí)，也可以使學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)學(xué)科產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和應(yīng)用能力。同時(shí)利用學(xué)習(xí)通平臺(tái)，建立應(yīng)用案例庫(kù)和前沿資料庫(kù)，形成分專業(yè)的教學(xué)資料庫(kù)，不斷完善，及時(shí)更新，供學(xué)生日常學(xué)習(xí)使用。

另外通過(guò)公選課《物理與生活》，學(xué)生能了解物理學(xué)的邏輯體系、發(fā)展歷程及應(yīng)用范疇。通過(guò)實(shí)例的講解，學(xué)生理解生活中的現(xiàn)象和物理學(xué)之間的密切關(guān)系。這些可以使學(xué)生掌握理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，拓寬眼界，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，培養(yǎng)具有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。同時(shí)經(jīng)過(guò)對(duì)公選課的課程建設(shè)，制定了教學(xué)大綱，完善了視頻資源、電子教案、課件、題庫(kù)等，并上傳到學(xué)習(xí)通平臺(tái)。

3.3 建立思政案例庫(kù)

物理教研室以立德樹(shù)人為教育中心環(huán)節(jié)，引導(dǎo)教師自覺(jué)將思政教育融入課堂教學(xué)，強(qiáng)化思想理論教育和價(jià)值引領(lǐng)，發(fā)揮哲學(xué)社會(huì)科學(xué)育人功能。利用“大學(xué)物理”課程教學(xué)，運(yùn)用課程所蘊(yùn)含的思想政治教育資源，將課程中的知識(shí)和課程思政有機(jī)融合。

物理教研室充分運(yùn)用課程組成員進(jìn)行研討，充分挖掘思政元素，以力、熱、電、光和量子物理五大模塊為單元進(jìn)行課程思政元素的挖掘，并形成了系統(tǒng)的課程思政案例庫(kù)。利用物理學(xué)知識(shí)與生活實(shí)際聯(lián)系緊密等特點(diǎn)滲透培養(yǎng)學(xué)生的探究思維，比如，講到牛頓第一定律、多普勒效應(yīng)等知識(shí)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家善于發(fā)現(xiàn)、樂(lè)于探究的優(yōu)秀品質(zhì)；通過(guò)愛(ài)國(guó)的題材的教育，樹(shù)立學(xué)生的民族自豪感和自信心，建立科技強(qiáng)國(guó)的理念和使命感，從而使學(xué)生養(yǎng)成良好的世界觀、價(jià)值觀和人生觀。比如講到速度的概念時(shí)，融入“中國(guó)速度背后的中國(guó)實(shí)力—國(guó)家超強(qiáng)的決斷力、凝聚力、行動(dòng)力、保障力”價(jià)值體系，激發(fā)學(xué)習(xí)的內(nèi)動(dòng)力，增強(qiáng)民族自信心和自豪感。

通過(guò)課程思政與大學(xué)物理知識(shí)融合，實(shí)現(xiàn)“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的育人功能，實(shí)現(xiàn)以“知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、價(jià)值引領(lǐng)”為目標(biāo)，以“更新教學(xué)內(nèi)容、融入課程思政元素”為載體，以“提升教師思政意識(shí)和能力”為支撐，以“融合現(xiàn)代信息技術(shù)手段”為特色的“四位一體”大學(xué)物理課程思政教學(xué)模式，從根本上踐行立德樹(shù)人。

3.4 改革教學(xué)模式，采用線上線下混合式教學(xué)模式

我們對(duì)教育模式和教學(xué)方法進(jìn)行了改革，主要為基于超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，采用線上線下的混合式教學(xué)模式。應(yīng)用案例式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式等教學(xué)方法，課前通過(guò)發(fā)布學(xué)習(xí)視頻、章節(jié)測(cè)驗(yàn)及參考書等相關(guān)資料，引導(dǎo)學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)，并通過(guò)學(xué)習(xí)通發(fā)布練習(xí)題檢測(cè)預(yù)習(xí)效果，采用課前練習(xí)、課堂測(cè)試等方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；在課堂上運(yùn)用問(wèn)題探究、學(xué)生分組討論等手段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的能力。通過(guò)將課堂知識(shí)和科技前沿應(yīng)用相結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。課堂講解內(nèi)容爭(zhēng)取當(dāng)堂讓學(xué)生吸收消化，課后通過(guò)學(xué)習(xí)通發(fā)布練習(xí)題和思考題加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的鞏固。

3.5 理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

我們對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)也進(jìn)行了改革，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)由課內(nèi)實(shí)驗(yàn)變?yōu)楠?dú)立成課的實(shí)驗(yàn)課，“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程共24課時(shí)，1.5學(xué)分，面向?qū)ο鬄槿５墓た茖W(xué)生，由課內(nèi)的8課時(shí)增加為24課時(shí)，現(xiàn)共開(kāi)設(shè)了16個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，選擇適合學(xué)生專業(yè)的12個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中電氣、自動(dòng)化、電子等專業(yè)：增加電磁學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；機(jī)制、車輛、建環(huán)等專業(yè)：增加熱學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；機(jī)器人專業(yè)：進(jìn)一步增加了電磁學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(如下圖所示)。

各專業(yè)各部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)圖

我們制定了“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)大綱、電子教案和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等材料，制訂了課堂教學(xué)改革方案，課程組成員不斷進(jìn)行課程改革，探索課堂教學(xué)改革的方法，形成了課堂教學(xué)改革案例，積極進(jìn)行課程建設(shè)，不斷完善學(xué)習(xí)通的視頻、實(shí)驗(yàn)講義、試題等資源，供學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)使用。

同時(shí)還增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)有綜合性實(shí)驗(yàn)4個(gè)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)2個(gè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新思維，不斷提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的全面提高，進(jìn)一步為后續(xù)專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)課程打好基礎(chǔ)。

3.6 帶領(lǐng)學(xué)生參加物理實(shí)驗(yàn)方面的大賽

為鼓勵(lì)和培養(yǎng)大學(xué)生的科技創(chuàng)新精神，提高科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的實(shí)際能力和全面素養(yǎng)，引導(dǎo)大學(xué)生適應(yīng)深化教育改革，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，樹(shù)立創(chuàng)新精神，提高創(chuàng)新能力。物理教研室面向全校本科學(xué)生舉辦大學(xué)生山東華宇工學(xué)院首屆物理科技創(chuàng)新大賽暨山東省大學(xué)生科技節(jié)物理科技創(chuàng)新大賽校內(nèi)選拔賽，選拔優(yōu)秀選手代表學(xué)校參加2021年第十三屆山東省大學(xué)生科技節(jié)物理科技創(chuàng)新大賽。

之后，物理教研室教師帶領(lǐng)學(xué)生參加了山東省大學(xué)生科技節(jié)物理科技創(chuàng)新大賽，并獲得了一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)的好成績(jī)。其中一項(xiàng)一等獎(jiǎng)的參賽項(xiàng)目為紫外光可見(jiàn)分光計(jì)，是對(duì)物理實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器的改造，本作品在普通分光計(jì)的望遠(yuǎn)鏡內(nèi)的分劃板上，增加了紫外熒光材料，使得投射到分劃板上的紫外線的不可見(jiàn)譜線，轉(zhuǎn)化成了波長(zhǎng)變大的可見(jiàn)光譜線，但是紫外譜線成像在分劃板上的位置并沒(méi)有變化。本作品是既可以看到可見(jiàn)光譜線，又可以看到不可見(jiàn)的紫外線的譜線的分光計(jì)，它不改變已有的分光計(jì)基本結(jié)構(gòu)和原有的使用方法，生產(chǎn)和使用簡(jiǎn)單方便。本作品克服了國(guó)內(nèi)外已有的分光計(jì)無(wú)法看到紫外光譜線的不足，它還具有減輕光源的紫外線傷害人眼睛的功能，因而可以利用分光計(jì)做紫外線相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或進(jìn)行紫外線相關(guān)物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的科研。本作品可使國(guó)內(nèi)外已有的、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的分光計(jì)擴(kuò)展應(yīng)用范圍，不但能研究可見(jiàn)光，還可用于研究紫外不可見(jiàn)光，同時(shí)減小了紫外線進(jìn)入人的眼睛而帶來(lái)的損害，也可使學(xué)生對(duì)光譜有了更深的認(rèn)識(shí)，有利于提高學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力。

通過(guò)帶領(lǐng)學(xué)生參加比賽，激發(fā)了學(xué)生對(duì)大學(xué)物理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)潛能，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生能積極參與到物理實(shí)踐中，在實(shí)踐中提高創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。

4 預(yù)期效果

(1)提高教師的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平。教學(xué)內(nèi)容改革能促使教師積累更豐富、更全面的教學(xué)資源，增強(qiáng)教師的專業(yè)素質(zhì)。

(2)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。通過(guò)教學(xué)內(nèi)容改革，改變單調(diào)的理論知識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性。

(3)提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的深度。通過(guò)創(chuàng)新教學(xué)模式，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容深度學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)這對(duì)教師提出了更高要求，有利于提高教學(xué)質(zhì)量。

(4)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和知識(shí)應(yīng)用能力。通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生參加各級(jí)各類創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，積極申報(bào)專利和大學(xué)生國(guó)家創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等，逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力。