工程認證和新工科背景下大學物理課程品質提升模式探索*

于慧 張永梅 許麗萍

(中北大學理學院 山西 太原 030051)

1 引言

工程教育是為國家輸送工程技術與管理人才的主要渠道，在我國高等教育中占有極其重要的地位，而工程教育認證是高質量工程教育的保證，其核心理念“強調教育過程要始終以學生為中心，以培養目標為導向，重點關注教育產出和實際成效，并在持續改進過程中促使教學質量不斷提升”．隨著我國經濟發展的轉型升級以及創新驅動發展戰略的深入實施，加快工程教育的改革和創新，提高工程技術人才的培養質量迫在眉睫．2016年6月，中國成為國際工程師互認協議——《華盛頓協議》的正式成員，為工程教育改革的進一步深化提供了良好契機．

“新工科”概念正是在此大背景下提出的．它是立足于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的高等工程教育改革指向標[1]．“‘新’工科之‘新’， ‘新’在理念——應對變化，塑造未來；‘新’在途徑——繼承與創新、交叉與融合、協同與共享；‘新’在要求——培養多元化、創新型卓越工程人才”[1,2]．“新工科”建設要求培養出具有很好理工科基礎的復合型、綜合性創新人才[3]，而“大學物理”作為高校理工科學生最重要的通識教育課程之一，它對培養學生的科學素養和創新能力有不可替代的作用．面對“新工科”，大學物理課程又該如何應對呢？

2017年5月，中北大學測控技術與儀器專業通過國際工程教育專業認證，標志著我校工程教育與國際工程教育的正式接軌．在順應時代變革的“新工科”要求下，進一步提升大學物理課程品質，提高工程技術人才培養質量成為亟需解決的問題．以此為契機，在歷年來教學方法、教學手段、教學內容改革的基礎上，我們對工程教育認證和新工科背景下大學物理課程品質提升模式進行了探索與實踐．本文將重點圍繞課程目標、教學內容、教學模式和教學評價等4個方面介紹我校工程教育認證和新工科建設過程中大學物理課程的教育教學改革，以期與同行進行一番交流．

2 大學物理課程品質提升模式構建

2.1 大學物理課程目標的制定

本課題組在參與我校儀器與電子學院測控技術與儀器專業工程教育認證的教育教學改革過程中，對照課程目標對畢業要求的支撐，重新修訂大學物理教學大綱，設定了3個大學物理課程目標，如表1所示．這些課程目標的達成，能夠對該專業畢業要求12條中的如下3條起到支撐作用，如表2所示．

表1 測控技術與儀器專業大學物理課程目標

表2 大學物理課程目標對測控技術與儀器專業工程認證的支撐

說明：★★★表示強支撐，★★表示中等支撐，★表示弱支撐.

2.2 大學物理教學內容的優化

我校是一所有著70多年歷史的省部共建省屬重點大學，其中近50個理工科專業開設了大學物理課程．由于不同專業的培養目標不同，對物理知識的需求也不盡相同．在教學內容組織上，針對不同的學科和專業，在保證物理學知識體系完整性的同時，教學內容各有側重，并用小專題的形式將教學內容與科學前沿、高新技術適度關聯起來[4]．這些小專題成為了物理學通向相關專業的“窗口”，選講內容偏重于近代物理學和高新技術物理的理論進展及實際工程應用，還包含一些跨學科跨專業的交叉學科問題，重點介紹其中包含的物理基礎、物理思想和方法．“側重點+小專題”的教學內容改革解決了大學物理教學中普遍性與特殊性的矛盾，對于更好地激發學生的學習興趣，拓寬學生在未來新工科建設和發展中的視野，培養學生的科學素質和創新意識都是非常有意義的[4]．部分專業的教學內容如表3所示．

表3 大學物理教學內容按專業類別的優化

2.3 大學物理教學模式的改革

(1)基于BOPPPS的大學物理授課模式

BOPPPS模式基于構建主義理論，根據人類認知的過程和水平，將大學物理教學過程分為6部分．“B”“O”“P”“P”“P”“S”分別表示“Bridge-in”——導言或引入、“Objective”——學習目標、“Pre-assessment”——前測、“Participation Learning”——參與式學習、“Post-assessment”——后測、“Summary”——總結．這6部分相互聯系，連貫起來組成完整、有效的課堂教學模式．該模式目前主要用于高校教師的教學技能培訓，我們嘗試將其引入到了大學物理課堂教學中．

首先，教師用美麗的“鳳頭”吸引學生的注意力——Bridge-in．每節課伊始，教師會從具有啟發性和趣味性的工程應用或日常生活入手，利用“互聯網+”優勢，借用視頻、動畫或圖片等引出本次的教學內容，激發學生的興趣和求知欲，引發學生思考，把學生迅速帶入物理情境之中． 例如在講授熱力學第一定律時，以曾讓天才愛因斯坦都吃驚的中國古代玩具“永動鳥”引入話題——“無電無磁無發條，頭上點水開始搖，只要杯中水不斷，日日夜夜不停腳．” 難道世人真的創造出了“永動機”——這個永遠在不停喝水的小鳥？這樣的引入使課堂教學妙趣橫生，引人入勝，為下一步的教學打下了良好的基礎．之后通過一系列中間環節的討論，得到第一類永動機是不可能實現的；在此基礎上，鼓勵學生利用互聯網，查找關于 “永動鳥”的相關資料，把參與式教學由課堂拓展到課外，引導學生透過現象看本質，把握物理規律．

接下來，教師明確清晰地表述通過本章節學習擬達到的學習目標，使每一位學生明確學習方向——Objective．針對具體教學內容，采用“通過XX內容的學習，使學生能夠利用XX概念、XX原理、XX數學工具解決XX具體問題”的表述方式，使學生明晰在學習過程中需要掌握的基本概念、基本原理、基本方法、重點內容以及能夠解決哪些具體問題等等．

第三步，以提問或討論的方式，及時了解學生對后面學習內容需要用到的前期知識的掌握程度——Pre-assessment．這一步實際上起到了承前啟后的作用，既是對以前所學重點難點的回顧，也是對后續討論所用相關知識的預習，從而為達到學習目標做好知識儲備．

第四步，具體內容講解過程中，采用多樣化的輔助教學方法，如提問、討論、做中學、學中做、案例教學等，誘導學生發現問題、分析問題和解決問題，提高學生的參與度——Participation Learning．參與式學習是教學過程中的重要組成部分，在這一環節，我們始終將分層次要求、分層次提問、分層次指導貫穿于整個教學過程中，確保不同層次的學生均有機會參與課堂教學，分享成功的喜悅[4]，達到“因材施教，整體提高”的教學目標．

第五步，針對教學重難點，科學設計檢測內容，對是否達成教學目標進行后測，了解學生的學習成效——Post-assessment．題型設計一般以題組的形式出現，一類三題，一題三問，一題多解，由易到難，由簡到繁，循序漸進．

最后，每次課結束前，教師與學生一起總結教學重難點內容，強化課堂學習效果——Summary．這一環節主要采取學生為主，教師補充的教學模式，鼓勵學生自己總結各章節主要內容，總結學習收獲．

(2)豐富多彩的教學實踐活動

實際上，大學物理的教學過程一直注重引導學生將物理學的方法和理論應用到工程實際中去，體會學有所用的樂趣.每學期要求學生提交兩份物理學原理在工程技術中的應用報告，并以PPT形式在課堂上進行講解，講解完后學生、教師進行點評．通過這樣的形式“翻轉課堂”，強化教學過程管理，逐步培養學生自主學習和解決實際問題的能力．

此外，通過積極開展專題辯論、物理學原理應用報告會、學科競賽、科研創新等形式多樣、內容豐富的課外教學實踐活動，實現全體學生的發展和學生個體的全面發展，為工程認證和新工科要求的創新性、復合型人才的培養奠定良好基礎．

2.4 大學物理教學評價體系的重構

科學合理的教學評價體系的構建，是提升大學物理課程品質，促進人才培養質量持續改進的有效途徑．大學物理課程在教學評價體系的重構過程中始終堅持 “育人”為本，遵循全面評價原則、縱向發展評價原則和改進教學的評價原則，建立了一個內容多維、方法多樣、既重視結果又強調過程的教學評價體系．

(1)全面評價原則

基于對評價影響要素的分解，從出勤、課堂問答情況、小測驗、課后作業、物理學應用報告、期末考試、課外實踐等環節對學生進行多角度、多方面的評價，構建過程性綜合評價方式，調動學生對學習過程的參與熱情，促進學生身心、素質和能力的全面發展．

(2)縱向發展評價原則

基于學生的個體差異性，關注學生個體在原有基礎上的提高，充分肯定每一位學生的進步，保持學生的學習積極性，構建強調發展與激勵的學業評價模式．

(3)改進教學的評價原則

基于教學評價改進教學的功能，在學生學業考評過程中，始終堅持全面評價原則和縱向發展評價原則，通過專家聽課、同行評課、學生問卷等評價方式改進教學過程中的不良環節，激勵教師調整和完善教學工作，激勵學生不斷進取，促進“新工科”人才培養質量的持續改進．

3 大學物理課程品質提升模式實踐與應用

在我校工程教育認證和新工科建設過程中，以大學物理省級精品資源共享課平臺及歷年來教改項目為依托，我們對大學物理課程從課程目標、教學內容、教學模式和教學評價等多個方面進行了一系列新的改革，成效顯著．

通過《中北大學第三期教師教學發展基金項目學生反饋調查表》問卷調查可以得知，新的大學物理課程教學改革受到了學生的歡迎．在對“大學物理教學改革的認可度”方面，粗略統計表明，普通班75 %以上的學生選了A和B(A：非常同意;B:同意；C：一般)，說明這種教學改革得到了大多數想要在大學物理的學習中有所收獲的學生的認可；而針對卓越班的調查表中，75%的學生選了A，25%的學生選了B．在“對這門課和對老師的觀點、建議”中，學生普遍認為：“新方法的使用效果非常好，更容易激發同學們的興趣”“新方法使用的課堂，更能引導我去思考，上課更輕松，下課完成作業也比較輕松”“新方法兼顧到了專業自身特點，能夠為后續課程學習打下良好的專業基礎，也有利于培養我們的工程實踐能力”“新的評價方式更‘人性化’，能夠很好地調動大家參與學習的熱情，更有利于我們的全面發展”，等等．

實施大學物理課程改革后，學生對大學物理的學習興趣顯著提高，適應物理學習的能力和學習物理的主觀能動性明顯增強，課程學習效果和人才培養質量獲得有效提升，不僅學習成績進步明顯，而且在各類課外科技競賽和創新創業活動中表現優異，屢獲佳績．

4 結束語

工程教育認證和新工科建設呼喚我國高等工程教育改革的新思路，也對大學物理課程品質提出了新要求．本文重點圍繞課程目標、教學內容、教學模式和教學評價等4個方面介紹了我校在工程教育認證和新工科建設過程中大學物理課程的教育教學改革．

初步實踐證明，新模式能夠有效提升教學質量和教學效果，有利于培養學生的工程實踐能力，提高科學人文素質，養成良好的物理思維習慣，激發學生的創新意識與創新能力，較好地體現了“厚基礎，重實踐，強素質，求創新”的基本育人原則，是有效提升大學物理課程品質和工程技術人才培養質量的一條值得借鑒的可行途徑．