新工科背景下“大學物理”課程的教學探討與實踐
——結合OBE教育理念

李瑞東，趙立珍，袁 峰，王 焱

（防災科技學院 基礎課教學部，河北 三河 065201）

引言

2017年2月，教育部在復旦大學召開高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，與會人員就新時期工程人才的培養(yǎng)展開討論，并對新工科的內(nèi)涵特征、建設與發(fā)展路徑進行了深入探討，形成了“復旦共識”。同年4月和6月，教育部在天津大學和北京分別召開會議，產(chǎn)生了“天大行動”和“北京指南”，同時發(fā)布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，探索建立“新工科”建設的新理念、新標準、新模式、新方法、新技術、新文化。復旦共識、天大行動和北京指南，構成了新工科建設的“三部曲”，奏響了人才培養(yǎng)主旋律，為工程教育改革開拓了新的路徑。

作為整個自然科學的基礎，物理學的發(fā)展不僅極大地豐富了人類知識的寶庫，同時又多次導致了產(chǎn)業(yè)革命［1-4］，為經(jīng)濟發(fā)展的高新技術注入新的源泉，有效推動了人類的現(xiàn)代文明和社會進步。作為一門傳統(tǒng)的學科，大學物理主要涵蓋力學、熱學、電磁學、光學和近代物理等幾方面?！按髮W物理”課程在培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力、理性思維和科技創(chuàng)新能力，培育學生的探索精神以及創(chuàng)新意識方面發(fā)揮著重要的作用。然而，從國內(nèi)多所高校的發(fā)展現(xiàn)狀看，大部分高校的“大學物理”課程教學都面臨現(xiàn)實問題，即知識點多、學時少，而大多數(shù)應用型本科院校為了增加專業(yè)實習以及實訓課時，不斷壓縮“大學物理”的學時，導致“大學物理”的教學壓力驟增，教學質(zhì)量得不到保障。更有甚者，有些高校的理工科專業(yè)干脆取消“大學物理”課程。本文針對“大學物理”課程教學過程中的一些常見問題，討論了新工科背景下“大學物理”課程如何更好地培養(yǎng)應用型本科院校人才。

一、“大學物理”課程傳統(tǒng)教學模式的問題

從長期的教學實踐中不難看出，“大學物理”課程教學效果普遍欠佳，之所以會出現(xiàn)這樣的局面，主要有以下幾個原因：第一，作為一門傳統(tǒng)學科，大學物理的很多內(nèi)容在高中物理甚至初中物理中均有所涉及，課上一部分學生認為課程枯燥，因此興趣不足。同時，很多非物理專業(yè)的學生在考取研究生時不需要學習物理，因此，對物理的重視程度不夠，積極性不高，認為其不能跟專業(yè)課相提并論，只要期末考試不掛科就萬事大吉。第二，“大學物理”課程具有較強的理論性，要求學生思維嚴謹，同時學習過程中往往會涉及較多的數(shù)學計算、公式推導等，對學生的數(shù)學能力要求較高。另外，課程本身的難度系數(shù)較小，對于非物理專業(yè)的學生來說，課程的內(nèi)容比較深奧，在知識理解和掌握過程中存在一定困難，尤其是對于一些物理基礎不好的學生，教材中涉及許多公式和概念，他們在學習經(jīng)典物理學內(nèi)容時較為困難，數(shù)學基礎相對薄弱的學生往往會產(chǎn)生恐懼、畏難心理。第三，“大學物理”課程的教學大綱比較單一。對于應用型本科院校來說，專業(yè)課教師和基礎課教師溝通不足，在制訂培養(yǎng)方案時沒有基礎課教師的參與，導致教學大綱單一的現(xiàn)象較為普遍，無法根據(jù)專業(yè)課程的需要以及學生的發(fā)展需求有針對性地制訂教學大綱，不能很好地為專業(yè)服務。第四，物理教師數(shù)量嚴重不足。隨著高考政策的不斷改革，大部分學校都在擴招，所要面對的學生越來越多，導致大學物理教師數(shù)量嚴重不足，難以滿足日益增長的教學需求，每位物理教師幾乎每天都處于飽和工作狀態(tài)，教學任務繁重，工作量大，對物理教學的深入研究與改革以及創(chuàng)新教學研究變得少之又少，傳統(tǒng)的教學模式難以激發(fā)學生學習大學物理的興趣，影響和制約了“大學物理”課程對大學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與提高。第五，“大學物理”課程的考核評價形式比較單一。對于非物理類學生來講，“大學物理”課程不是他們的學習重點，表面上看其與專業(yè)課程沒有直接關系，因此在考核中還是沿用了傳統(tǒng)單一的考核形式。按照傳統(tǒng)的閉卷+筆試的模式考核，得到學生最終的總成績，考試內(nèi)容也都是一些單一的理論性知識題，難以充分發(fā)揮全面考核學生的重要教學意義。

二、優(yōu)化教學大綱，切實為專業(yè)服務

在新工科背景下，堅持以學生需求為導向的教育理念，按照壓縮經(jīng)典、突出現(xiàn)代、拓寬應用的原則，在教學內(nèi)容上對大學物理進行整合規(guī)劃，構建“大學物理”課程新體系［5］。各理工類專業(yè)的專業(yè)課程通常會涉及物理學的相關知識，且不同專業(yè)對物理學的需求不同。如果學生在學習“大學物理”時不能打好堅實的基礎，就可能會在后續(xù)課程的學習中遇到各種各樣的困難。OBE教育理念強調(diào)教學的協(xié)同性，為了能夠達到高質(zhì)量的學習效果，實現(xiàn)培養(yǎng)方案規(guī)定的既定目標，所有承擔課程教學的教師要時刻保持溝通、通力協(xié)作，設計和實施課程教學與評價。為滿足學生的個性化、差異化需求，要制訂差異化的授課計劃和教學大綱，這就要求專業(yè)課教師和“大學物理”課程教師共同制訂教學大綱，且對該專業(yè)的人才培養(yǎng)目標以及所學的全部課程較為熟悉，以便優(yōu)化“大學物理”課程在該專業(yè)的授課計劃，同時，在內(nèi)容上也要體現(xiàn)專業(yè)特色，為學生后續(xù)課程的學習打好必要的理論基礎。

三、以信息技術為載體進行教學改革

21世紀是一個信息技術極其發(fā)達的時代，在教學過程中我們要充分利用現(xiàn)代化的信息技術，不斷對教學方法和教學手段進行優(yōu)化調(diào)整，使“大學物理”課程的教學模式從原來的只注重知識的傳授轉變?yōu)樽⒅貙W生的能力和素質(zhì)培養(yǎng)目標［6］。在現(xiàn)代化的教育教學中，雨課堂、釘釘?shù)榷喾N信息化渠道打破了傳統(tǒng)教學在時間和空間上的限制，將學習的主動權充分下放給學生，充分體現(xiàn)學生的主體地位，這樣對構建以學生為中心的主動和探究式教學模式產(chǎn)生積極有利的作用，也有利于提高和鍛煉學生的創(chuàng)新思維能力和團隊合作意識。

在“大學物理”教學過程中，充分利用雨課堂、釘釘?shù)惹琅c學生溝通交流，突破了傳統(tǒng)教學在時間和空間上的限制。根據(jù)不同的專業(yè)和班級建立不同的聊天群，通過群發(fā)布學習任務，共享學習資源，同時及時準確地了解和掌握學生的學習動態(tài)，有效協(xié)助“大學物理”課程教學，實現(xiàn)“大學物理”課程教學質(zhì)量的跨越式提高。

OBE教育理念強調(diào)擴大機會，擴大不是單一延長學習時間，在學習內(nèi)容和學習方式上也要有所改進。為了幫助學生更好地消化和吸收課上的學習內(nèi)容，可以有效開展網(wǎng)絡同步教學，學生可以通過回放形式進行鞏固和復習，以彌補傳統(tǒng)課堂教學無法解決的教學時數(shù)匱乏等問題，有效拓寬課外學習空間和時間。同時，網(wǎng)絡教學平臺還可以隨時推送一些國內(nèi)外的精品課程和優(yōu)秀的教學短視頻，實現(xiàn)學生與專家的面對面交流，調(diào)動學生的積極性，激發(fā)其學習熱情，同時也可以為教師提供一定的學習機會，提高授課水平，從而整體提高“大學物理”課程的教學質(zhì)量。

四、以課程建設為契機適當開設“大學物理”先導課

近年來，隨著我國高考制度的不斷改革，我國各省區(qū)市的考試范圍有明顯不同，而高考招生又是面向全國，這必然導致大一新生的物理基礎參差不齊，加之有些學生高等數(shù)學知識嚴重匱乏，在學習大學物理時勢必會有一定的困難。綜觀各應用型理工類本科院校，大部分是大一下學期開設“大學物理”課程，因此，可以利用大一上學期的時間，在理工科學生中適當開設選修課，作為“大學物理”的先導課。這樣既彌補了中學物理的欠缺，同時又為“大學物理”課程做鋪墊，真正起到承上啟下的橋梁紐帶作用。

五、以課程考核為重點，注重平時和期末成績的有機統(tǒng)一

OBE理念注重目標性、多樣化和靈活性，所以其教學評價集中在學習成果上，而不是拘泥于教學內(nèi)容及學習時間、學習方式，同時需要合理多樣的評價方式。“大學物理”課程的考核由平時成績和期末成績組成，其中平時成績主要包括考勤、課堂提問、課后作業(yè)以及討論等環(huán)節(jié)，通過這些環(huán)節(jié)，重點考查學生對基礎知識的理解和掌握情況，同時也鍛煉了學生獨立思考問題以及解決問題的能力［7-8］。近年來，全國大部分高校采取線上線下混合式教學模式，通過設置線上討論區(qū)、線上答辯等環(huán)節(jié)，加大對學生線上學習的過程考核力度。期末考試主要采取閉卷筆試的方式，既考查了學生對基礎知識的理解和掌握情況，又培養(yǎng)了學生分析和解決問題的能力。除了線下考試，還可以繼續(xù)探索以開放式命題方式進行線上考核。

六、參與學科競賽，真正做到以賽促學、以賽促教

作為理工科院校，“大學物理”課程在培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)、創(chuàng)新能力、科學研究能力和理論聯(lián)系實際的能力方面也扮演著重要的角色，為后續(xù)專業(yè)知識的學習打下堅實的基礎。以防災科技學院為例，我們面臨學時少、教研不多的現(xiàn)實情況。很多學生的學習目的是不掛科，畢業(yè)后順利拿到畢業(yè)證書。我們所采取的種種改革措施，對學生沒有真正起到促進作用，相反，可能產(chǎn)生一定的副作用。要端正學生的學習態(tài)度，需要從多方面入手，其中競賽就是一種很好的手段。開展大學物理知識競賽，對物理教學有以下幾個方面的促進作用：（1）提高了學校對物理教學的重視程度。參賽學生若獲獎，可以為學校爭得榮譽，提高學校的知名度，所以學校一般都會組織學生參賽，開展校內(nèi)選拔賽，對參賽學生進行賽前培訓等。（2）提高了教師的教學積極性。沒有激勵就沒有動力，沒有評價就沒有標準，開展物理知識競賽實際上是引入了一種評價機制，這樣一來，既檢驗了我們的教學質(zhì)量，同時又增強了教師的成就感與責任心。（3）教師更加注重平時教學。競賽只是一種激勵措施，而要想在競賽中取得優(yōu)異的成績，關鍵還在于平時的教學，不能只依賴專門針對競賽的輔導。這樣，教師便自覺地把功夫下在平時，扎實地開展教學工作。任課教師更加注重講課、作業(yè)批改、輔導等教學環(huán)節(jié)的實效性，真正實現(xiàn)了“以賽促學，以賽促教”。

七、教學內(nèi)容思政化，發(fā)揮“大學物理”課程的育人功能

教育是國之大計，黨之大計。教育在人才培養(yǎng)中起著決定性的作用，對實現(xiàn)中華民族偉大復興具有決定性的意義。著名物理學家、教育家錢偉長曾經(jīng)說過：“我們培養(yǎng)的學生首先應該是一個全面的人，一個愛國者，一個辯證唯物主義者，一個有文化藝術修養(yǎng)、道德品質(zhì)高尚、心靈美好的人；其次，才是一個擁有學科、專業(yè)知識的人，一個未來的工程師、專家?！苯虝陀耸蔷o密相連的，物理的教學過程中也時刻包含育人的思想。在教學實踐中，適當穿插講授一些物理學史、物理學家的事跡，對學生進行德育。比如，被譽為“中國航天之父”“中國導彈之父”的錢學森在新中國成立初期克服重重困難，最終投身于祖國的建設事業(yè)；在講授霍爾效應時，可以穿插介紹薛其坤院士發(fā)現(xiàn)量子反?；魻栃倪^程；在講授薄膜干涉的過程中，適當引入現(xiàn)代化的科研儀器，比如紫外-可見分光光度計講授這些如何指導我們更好地開展科研等。通過物理學史和典故以及與現(xiàn)代化的結合，將物理定律的發(fā)現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)者展現(xiàn)在學生面前，避免枯燥的說教。

結語

針對目前“大學物理”課程教學中存在的問題，以新工科建設的基本要求為指導，基于現(xiàn)代信息技術以及高等教育的發(fā)展戰(zhàn)略，將OBE教育理念應用于“大學物理”課程，對“大學物理”課程教學進行改革。實踐表明：通過一系列改革，教學質(zhì)量和學生的學習積極性明顯提高，師生互動更為密切，也為良好師生關系的建立奠定了基礎。