新工科建設背景下應用型本科院校大學物理課程教學的改進思路

陳超 蔣麗源 王瑛琪

【摘 要】本文以桂林航天工業學院為例，在新工科建設背景下，分析改進應用型本科院校大學物理課程教學的必要性，從課程內容和教學方式兩方面論述大學物理課程教學改進思路：進行教學內容的優化與高等數學內容的補充，采用實例活用、合作課堂、課程練習信息化等多樣化教學方式。

【關鍵詞】新工科建設 ?應用型本科院校 ?大學物理 ?教學內容 ?教學方式

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）04C-0048-02

近年來，國內經濟正處在升級轉型之際，社會生產領域對各種復合型人才的需求快速增長，社會對高校人才培養提出了更高的要求。在此背景下，開展新工科研究與實踐的熱潮席卷而來，國內多個老牌高校已經積極投身其中?？v觀歐美、日本等先進國家近20年的高校課程教學改革歷程，他們圍繞“學科間交叉綜合”的主要思路展開教學改革，大規模開發和使用MOOC等在線課程資源，為學生創造了全天候學習的條件，取得了良好的效果。乘著新工科建設的東風，桂林航天工業學院也開展了大學物理課程教學改革研究工作，以促進課程教學質量的提升。本文擬以桂林航天工業學院為例，探討大學物理課程教學改進思路。

一、改進應用型本科院校大學物理課程教學的必要性

應用型本科院校的辦學目的是為社會培養高素質的應用型人才。大學物理課程是工科專業人才培養方案中必不可少的基礎課，能夠為學生提供專業必備的物理概念和物理規律等知識，鍛煉學生的思維能力，是一門十分重要的基礎課程。

目前桂林航天工業學院大學物理課程的開設情況與眾多老牌高校有所不同，主要體現在以下兩個方面：一是課程分配學時是80個課時，學時數偏少，國內老牌學校一般是分配112個課時。課程學時偏少而課程內容多，難以進行課程的深入學習，客觀上增加了課程學習的困難。二是大學物理課程開設在第二學期，大學物理實驗課程開設在第三學期，兩者時間上不一致，實驗與理論互相驗證的過程嚴重脫節。另外大學物理課程和高等數學之間授課進度不一，出現課程使用的數學知識在高數課堂還未講授的情況。而國內老牌高校一般理論課程和實驗課程都開設在第三、第四兩個學期，理論與實驗兩部分的教學能夠同步，數學知識也滿足課程教學的需要。

大學物理課程中內容覆蓋面廣，知識點分散，學習難度較大，容易讓學生產生厭學情緒。應用型本科院校對物理課程的學習要求側重物理概念理解和規律應用，對定律建立的繁雜計算過程要求不高。如何組織和優化教學內容，貼近學科專業需求，突出應用性，采用怎樣的教學方式，提高教學效果，是目前亟待解決的重要問題。

多數物理課程的教師，特別是新進的教師，課程教學的思路普遍停留在著重理論分析、定理定律推演，對新工科建設缺乏了解，忽視物理知識向各工程專業遷移，與其他工程專業結合度欠缺。因此，改進課程教學，有利于促進教師團隊教學理念的轉變和業務能力的提升。

二、大學物理課程教學改進思路

（一）教學內容優化與補充。在新工科建設背景下，需要思考一個問題：在保證教學內容相對完整性的前提下，課程內容如何向不同專業延伸，延伸的深度和覆蓋面怎樣選擇？我們在分析各工科專業的人才培養方案，以及與相關專業教師開展研討的基礎上，形成一份不同學科專業對大學物理課程的需求報告。以需求報告為基礎，刪減部分課程內容，補充部分新內容，構建能夠滿足專業培養需要的教學內容。

1.教學內容的優化。以桂林航天工業學院為例，目前該校的本科工科專業涵蓋了電子類、機械類、能源類、通信類、汽車類和計算機類等專業，沒有集成電路制造等和量子力學密切相關的專業。考慮到教學內容的相對完整性，可將課程內容分成力、熱、電、光和近代五個部分內容，力、熱、電、光作為主要講授內容，近代部分內容做成專題。根據各專業對課程的需要，節選力、熱、電、光的部分內容，補充部分延伸到各專業的內容，經過二次組合優化，形成相對完整且有較好專業融合度的教學內容。

例如對于機械類的專業，在力學部分增加力系、力偶、受力分析、力系平衡、兩體問題和剛體運動和平衡方程等內容，減少熱學、電磁學和光學的內容。這樣安排的教學內容對機械類專業的學生是比較合適的，增加的力學內容為學生后續工程力學和理論力學的學習做好了鋪墊。

對于汽車類專業，在力學部分增加質心、兩體問題、剛體運動和平衡方程、機械振動理論和振動的控制原理等內容，減少熱學、光學的內容。這樣的教學內容加強了與專業的相關性，能滿足專業對力學和電磁學內容的需求。

此外，對于通信類專業，適當增加電磁理論部分的內容，減少力學和熱學兩部分的內容。對于測控類專業，在電磁學部分增加傳感器內容介紹，減少力學和熱學的內容。對于能源類專業，增加流體力學、熱流體等少量內容，在熱學內容中延伸到工程熱力學等內容，減少電磁學和光學的內容。近代物理部分以專題方式適當介紹，羅列參考資料，點到為止。

2.高等數學內容的補充。由于大學物理課程開設在第二學期，會出現提前使用部分數學知識的問題。例如在解決運動學的第二類問題時就需要用到定積分的知識，而此時數學課上還沒有講授定積分內容。因此，需要補充少量的數學內容，這些補充內容不求深入、全面，能達到理解物理概念即可，目的在于解決學生對知識的理解障礙和消除心理上的恐懼。

（二）教學方式多樣化。優化后的教學內容，配合有效的教學方式，才能引導學生主動參與課程學習，提高學習效率，進而提升教學效果，達到課程的教學目標。

1.實例活用。將生活中的例子與課程知識點相連，能夠引起學生對課堂的關注。例如講授質點運動學中運動方程的內容時，可以事先展示GPS定位系統的實物模型，介紹廣泛應用的衛星定位技術，然后向學生提出如何精確定位的問題，用發散思維方式引出空間位置的量化和運動方程概念，再收攏思維到利用任意四顆不同衛星的信號建立四個運動方程，求解方程得出質點任意時刻的空間位置。在講授系統動量守恒的內容時，展示氣球在排放氣體過程中氣球的反沖運動，引導學生分析系統受力和運動特點，歸納系統的動量守恒定律，進而延伸到動量守恒定律的應用—— 火箭發射。在講授力矩相關內容時，可以結合乒乓球技術中的旋轉球或弧圈球來展開。在講授電磁屏蔽相關內容時，可以做個簡單的現場實驗，把A學生的手機放入一個密閉金屬奶粉盒，然后其他學生都打不通該學生的電話，一個很普通的金屬奶粉盒就能夠展示電磁屏蔽的現象。這種例子還有很多，充分發掘生活中物理知識的應用例子，將會在教學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講、學生被動聽的局面，是提升學生學習能力的重要方式。學生對參與課堂互動的心理有三種：主動型、被動型和抗拒型。主動型和被動型的學生占大多數。教師把知識內容合理拆分成不同的問題，將學生分成多個小組，給不同組別的學生布置不同的問題，要求各小組使用Matlab、Mathematica、Origin等計算機軟件工具將物理問題可視化，并在課堂上講解問題原理和展示可視化成果。

例如在光的干涉內容中，將楊氏雙縫干涉、洛埃鏡、等傾干涉和等厚干涉分成四個主要知識點分成四組，A組別的學生負責解決楊氏雙縫干涉問題，B組別的學生負責解決洛埃鏡的干涉問題，C組別的學生負責解決等傾干涉的問題，D組別的學生負責解決等厚干涉的問題。如果在合作課堂上，學生能夠將問題解決過程講清楚，那意味著學生在理解的基礎上對知識進行了提煉。知識的提煉和表達能夠有效地鍛煉學生的學習能力。

合作課堂促使學生與學生、學生與教師之間互相學習討論，對促進學校學風建設也有積極意義。在開展合作課堂時，需要注意兩個問題：一是各小組的任務內容相近，主題明確;二是任務難度要符合學生的能力。

3.課程練習信息化。課程練習是十分重要的，對于非物理專業的學生，練習題的難易程度、覆蓋面和布置方式需要進行詳細的研究。課程練習在時間上可分成兩個時段：課堂練習和課后練習。課堂練習題型主要是填空題和判斷題，內容以概念、定理或定律相關的基礎問題為主，在課堂上通過手機APP軟件推送到學生手機，要求短時間內完成提交，軟件后臺自動批改評分。課后練習題型是計算題和分析題，內容以典型性的例題和習題為主，也以手機APP軟件推送形式布置，大約三天時間提交一次作業。課程練習的信息化實現了全天候練習的目標，也有助于教師全面了解學生對知識的理解掌握情況。課程練習成績會按照一定比例計入課程最終成績。

以上三種教學方式分別起到了引導學生關注課堂、參與課堂和延續課堂的作用。結合這三種方式進行課程教學，將會對學生的學習形成“前拉后趕”的效果，培養學生成為具有自我學習能力的復合型人才，這就是開展新工科建設的目標。

如何服務于新工科建設和實踐，是當前大學物理課程教學任務中的新問題。桂林航天工業學院已經開展了一些初步的研究工作，重組了課程教學內容，嘗試了新的教學方式，目前課程教學效果較好。下階段要建設與學科專業需求貼合度更緊密的優質課程資源并上線，創造出學生全天候的課程學習條件。

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【作者簡介】陳 超（1978— ），男，廣西玉林人，桂林航天工業學院理學院講師，研究方向：計算物理;蔣麗源（1981— ），女，廣西全州人，桂林航天工業學院教務處實踐教學科科長;王瑛琪（1987— ），黑龍江齊齊哈爾人，桂林航天工業學院理學院講師，研究方向：光學。

（責編 蘇 洋）