新工科教育背景下大學物理課程改革方向與路徑探析

孫云娟

摘? 要 基于教育部新工科研究與實踐項目指南，結合工科基礎課大學物理教學實踐，提出大學物理教學中的“三構建”：通過教材建設，構建適應不同工科專業的模塊化教學內容體系;由側重推導計算向側重物理思想、物理方法轉變，構建適應不同內容的物理思想和物理方法的體系;充分利用線上學習平臺，構建適應不同教學方式的線上、線下大學物理智慧教學體系。

關鍵詞 新工科;大學物理;課程思政;教材建設;網絡學習;智慧教學

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）22-0099-03

An Analysis of Direction and Path of College Physics Reform under Background of New Engineering Education//SUN Yunjuan

Abstract Based on the new engineering research and practice pro-ject guide of the ministry of education， combined with the practice of

College Physics teaching of engineering basic courses， this paper putsforward three constructions in College Physics teaching： through the?construction of teaching materials， the modular teaching content sys-tem suitable for different engineering majors is constructed; the trans-formation from focusing on the derivation calculation to focusing on?the physical thought and physical method is transformed to construct?the physical thought adapting to different contents. We should make full use of the online learning platform to construct the online and offline intelligent teaching system of College Physics which adapts to?different teaching methods.

Key words new engineering; college physics; curriculum ideologi-cal and political education; teaching material construction; e-lear-ning; intelligent teaching

1 前言

2017年6月，經歷了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”以后，教育部審議通過《新工科研究與實踐項目指南》，提出新工科建設指導性意見，目的是適應新一代電子、通信、生物、制造機械等工業的快速發展，以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才。這是國家戰略。[1]

2 新工科對人才培養提出新要求

首先，滿足社會要求，突出專業基礎知識與工程實踐能力共同培養的特點，培養學生的工程實踐意識;其次，提高學生學習的主動性，培養其設計能力和創新能力;最后，學科教材融合，將工程知識體系與人文、基礎學科知識體系相融合，拓展學生跨學科、跨領域的知識范疇。

鑒于此，工科基礎課程大學物理應順應新工科要求，積極推進教材、教學內容、教學方法等方面的改革，從關注課程本身向關注物理思想和方法轉變，從學習教材知識向解決實際工程問題轉變，從傳統教學向混合式智慧教學轉變，使大學物理教材、教學內容、教學思想、教學方法更適應新工科的要求，發揮工科基礎課的主體作用。

3 大學物理課程現狀

大學物理作為工科專業的公修基礎課，在工程技術類人才培養中發揮著重要作用，但是也存在一些問題。

大學物理教材普遍輕視對學生思想和價值觀的引領? 物理以自然知識為基本對象，反映事物的自然規律和運行機理，具有客觀性，并超越意識形態。教材內容不關聯思想政治立場，從概念、公式、推導、證明到例題講解、作業計算等，重視“理”和“術”的傳授，缺少對物理學史、物理學家、物理精神等課程思政育人元素的挖掘，以及敬畏科學、理性思考、審慎嚴謹的科學精神和科研態度的直接體現。

大學物理課時少，內容多? 作為理工科的一門公修課，大學物理年學時在100小時左右，內容包括力學、熱學、電磁學、光學、量子物理、原子核物理等，每一章對應物理學專業的一門專業必修課程，如果不根據專業需求對教學內容進行模塊化處理，100學時左右根本講不完。

大學物理概念多、公式多、計算題多，學生普遍反映很難? 由于大學物理與高等數學聯系緊密，用到微積分、線性代數、解析幾何等，對學生綜合運用能力提出很高的要求。學生感覺物理難學，很大程度上歸因于煩瑣的公式推導和證明、計算。雖然推導證明是學生理解定理的前提，計算是學生掌握新知的必要步驟，但是如果忽略了大學物理中涵蓋的世界觀、方法論、物理思想以及數理結合綜合分析問題的能力培養，就會得不償失。

未充分發揮網絡學習的優勢? 傳統的課堂講授方式占主導地位，線上教學、線上平臺優秀網絡課程利用率不高。學生對課堂教學的依賴性較強，如果教師不加以引導和推行線上輔助教學，既不利于培養學生的自學能力，也不利于開闊學生的專業視野。

4 改革方向和路徑探析

教材融入課程思政育人元素? 習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，立德樹人是高校人才培養的重要環節，要體現全員、全過程、全方位育人的理念，各門課程發揮協同育人的功效[2]。作為體現國家意志的載體，教材在編寫中應注重挖掘教材內容包含的育人元素，使教材和思政有機融合，教材承載思政，思政寓于教材。要將社會主義核心價值觀以及其他育人元素滲透在大學物理教材中，使學生在課堂上學習知識的同時，潛移默化地受到思想政治教育，引領和塑造理工類大學生的世界觀、人生觀、價值觀。

以大學物理“重核的裂變”一節為例，教材內容包括重核裂變的概念、鏈式反映及能量計算，如果在編寫中能引入“兩彈元勛”鄧稼先的生平事跡，就融入了崇高的愛國精神和科學報國的信念。而在編寫“原子核物理”一節時，如果融入切爾諾貝利核事故事件，就可以在潛移默化中培養學生對待科學審慎嚴謹的態度，體會到科學是一把“雙刃劍”。

教學內容模塊化? 按照“北京指南”“更加注重分類發展”的要求，不同的工科專業在大學物理教學內容選擇上應有所側重、有所區分，制定不同的教學大綱。

以《普通物理學》（高教版，程守洙）為例，將大學物理內容分為力學（經典力學、相對論力學）、熱學、電磁學、波動光學、量子物理、原子核物理共六個模塊。如化學、機械兩個專業，根據專業的發展需求與大學物理各個模塊的關聯程度，確定重點學習的模塊：化學專業，學習熱學、波動光學、量子力學、原子核物理部分;機械設計等專業，重點學習力學、熱學、量子力學、電磁學部分。通過劃分教學模塊，不同的專業制定不同的教學大綱，重點講授與學生專業發展密切相關的內容，而對于專業模塊以外的大學物理教學內容，降低考試要求，通過專題的形式，利用3～5個課時，使學生了解基本的原理和概念即可。如此，可以根據專業不同，對物理知識要求的側重點不同，有效解決課時少而內容多、講不完的矛盾。

教學理念由注重推導計算向注重物理思想、物理方法轉變? 完整的物理教育主要包括物理知識、物理方法、物理思想、物理觀念等。物理思想是關于物理學本質的深層認識，在物理實驗的設計與操作、物理概念的形成、物理規律的獲得、物理知識的應用中無不涉及物理思想及物理方法，這是其價值所在[3]。物理知識由概念、公式、原理組成，用數學方程精確表述，必要的計算推導有助于掌握物理知識。但是如果僅僅停留在傳授物理知識、推導計算等層面上，忽略物理思想的教育，就丟掉了物理教育的本質和內核，勢必導致一葉障目[4]，這是因為物理本身就包含了世界觀，充滿了辯證法，發現了自然界的對稱美，揭示了自然界的守恒定律，比如能量守恒、不可逆過程、相對論理論等。學習物理，不僅僅是學習物理知識，更是發現物理中包含的人類認識物理世界的規律和方法，每一個定律蘊含的物理意義和物理思想。這就要求教師對教材內容有深刻把握的同時，把握物理的精髓，不僅僅傳授物理知識，更要傳授物理思想，從注重知識傳授向注重物理思想、物理方法的滲透轉變，使學生受益終生。

運用信息化教學手段輔助大學物理課堂教學? 以清華大學和學堂在線共同推出的雨課堂教學平臺為例，疫情期間，筆者利用雨課堂教學平臺，完成對315名學生進行在線直播，講授普通物理學。學生無須下載APP，微信關注雨課堂公眾號，掃描教師提供的班級二維碼即可進入班級學習。教師登錄雨課堂電腦端，開啟語音或視頻直播。在授課過程中，學生可以看到正在直播的課件，通過發送彈幕，與教師互動，教師看到彈幕，及時答疑。未及時上直播課的學生，可以在手機端觀看課堂回放。教師通過雨課堂平臺，向學生推送課堂練習題，上傳作業題，上傳試卷，考查學生掌握知識的情況。

此外，雨課堂網頁版可以提供學生學習統計數據，以Excel的形式批量導出。根據統計數據，教師可以實施智慧化、精確化教學。教師從圖1中可以精確地掌握哪些學生對課件進行了預習、預習的時長、預習的頁碼，哪些學生未預習，哪些學生提出了問題。針對未預習的學生，教師予以課前提醒、課堂上關注，督促其學習。疫情期間，缺乏與學生面對面溝通交流的條件，利用雨課堂的投票功能，教師可以在線掌握普通物理學的學習情況，設置問題：

1）你認為我們目前的教學進度怎樣？（圖2）

2）你認為我們目前是否需要增加習題量？（圖3）

3）你最近聽課時網絡效果怎樣？（圖4）

學生在線投票。教師登錄雨課堂網頁版，查看三個問題的統計分析結果，通過這種方式搜集學生的反饋和學情，以學生為本，及時調整普通物理學授課進度和方法，達到較好的授課效果。三個問題的數據統計結果見圖2～圖4。

新工科要求推進教學手段改革，充分利用現代教育技術，培養學生自主學習、主動學習的能力。疫情期間線上教學發揮了重要的作用，眾多教學平臺給教師提供了直播權限，可以隨時隨地開展網上授課，眾多網絡精品課程為學生提供了優秀的學習資源。教師在線上開展直播教學，利用教學平臺批改作業、答疑、測試，引導學生自主學習，將已經建立的大學物理數字課程在平臺上推送給學生，包括教學視頻、重難點講解、課件分享等，將傳統的教學方式和線上教學合理高效地結合起來，充分利用線上教學統計的數據，監督學生完成學習任務的人數、時長、效果等。教師利用翻轉課堂，課前得知學生預習情況，針對學生預習中提出的問題及重難點，在課堂上重點講解，使教學有的放矢，提高課堂教學效率，從而構建智慧化和精確化的普通物理學線上、線下教學體系。

5 結束語

新工科的提出順應經濟社會和科技發展的需要，搭建起產業需求和人才培養的橋梁。新工科對高校教學體系建設、培養模式改革、教學方法與時俱進等，都提出要求和改革的方向。根據新工科理念，夯實普通物理學、高等數學等工科公修課改革，加強校企合作，為培養卓越工程師打好基礎。這就需要政府、高校、企業、教師、學生等多方面的配合[5]，通過資金扶持、制度規范，共同參與新工科教育，推動新工科的建設和發展。■

參考文獻

[1]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2]余江濤.專業教師實踐“課程思政”的邏輯及其要領：以理工科課程為例[J].學校黨建與思想教育，2018（1）：64-66.

[3]蔡千斌.物理思想方法的教育價值與學習過程[J].物理教學，2018（2）：8-11.

[4]邢紅軍.論物理思想的教育價值及其啟示[J].教育科學研究，2016（8）：61-67.

[5]劉坤.新工科教育治理芻議[J].中國大學教學，2020（1）：

37-42，64.