與專業結合的大學物理教學探索與實踐

[摘 要] “大學物理”與理工科專業學科有密切聯系，是理工科各專業學生必修的一門重要的公共基礎課程。它對提高學生的科學素質、分析和解決問題的能力起著重要的作用。為使學生領會大學物理在專業課程中的實用價值，提高學生學習積極性，在大學物理教學實踐中作者將大學物理課程內容與學生專業方向相結合，綜合考慮大學物理教學大綱要求和專業對于物理知識的需求，將專業與大學物理進行有機融合。實踐表明，將大學物理課程與專業結合可以提高學生學習興趣和動力，教學效果得以大幅度提升。

[關鍵詞] 大學物理;教學模式;學習興趣

[基金項目] 2018年中國礦業大學教學研究項目（2018YB56）

[作者簡介] 張麗萍（1977—），女，陜西西安人，博士，中國礦業大學物理學院副教授，主要從事大學物理教學和低維材料物性等研究。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）29-0226-02 ? ?[收稿日期] 2019-09-30

一、引言

物理學與數學、力學、地球科學、材料科學、化學、化工、生命科學、信息科學乃至社會經濟學等學科都有著非常密切的聯系，使得大學物理學成為各專業學科的基礎，也是理工科各專業必修的一門基礎課程。物理能夠培養學生的科學素養，鍛煉學生的思維能力，提高學生分析解決問題的能力，在培養創新人才的過程中發揮著不可替代的重要作用。但目前大學物理學課程內容體系僅旨在培養和提高學生物理科學思維和科學素養，重點講解物理概念、物理模型和科學思路，而很少將大學物理知識與專業知識相結合，使得學生并未理解該課程的應用價值，造成學生對該課程重視程度不夠，學習積極性不高，學習動力不足，學習效果不理想。因此，如何有效地將專業知識基礎與大學物理課程內容體系有機融合，改變傳統的大學物理教學內容和教學模式，使得學生認識其課程價值所在，提高學生學習積極性。近年來，結合授課學生的專業特點進行大學物理課程教學過程中，將大學物理基礎知識融入學生專業知識中，建立適合專業特點的大學物理教學課程內容體系和案例。在課前預習、課中、課后與專業方向融合，使得學生不僅只是課堂聽老師講授，而將學習擴展到課后，學生由被動學習，變為主動獲取知識，增強學生學習的主觀能動性，教學效果大幅度提升。

二、與專業結合的“大學物理”教學實踐

融入專業基礎知識的大學物理教學是教師在熟練掌握大學物理課程教學大綱及內容要求的基礎上，結合授課學生專業方向和基礎知識，將基本物理理論知識滲透入學生專業課知識要點中，讓學生理解和領會大學物理在專業基礎學習中的作用。即教師設計大學物理教學內容體系時，有意識地將某一知識要點進行外延，通過專業知識舉例、選擇專業相關例題、學生自我展示等多種方式將物理科學思維和素養傳遞給專業知識，使得學生理解大學物理課程的實用價值，引起學生對該課程的重視，培養學生的學習興趣和積極性。教學過程中將物理基礎知識要點滲透到學生專業基礎知識中，其關鍵是尋找合理的融入方式，建立起大學物理課程內容體系。

（一）課前準備

為了推廣這種教學模式，首先搜索資料編寫案例習題集以及相應課件。在資料收集中一方面結合各專業大綱教材，尋求與大學物理知識點的聯系。結合聯系點編寫案例和例題。如對于電容器的知識點的講解，對信控專業和機電專業的學生，可以結合電容式加速度傳感器講解。另一方面，教學內容和教學方法依據授課專業進行擴充和刪減。同時，編制習題時，也以某專業相關的例子來進行計算，可以將該題做相應的修改。一些典型案例資料放在網上供學生瀏覽，學習。如開始講電磁學部分時授課專業布置相應開發思考題，比如電力專業。結合大學生物理學術競賽中磁力小火車問題，要求課前完成相應實驗，分析其原理。若是信控專業和機械自動化專業，要求學生事先查找的基本工作原理相關資料，理解光、電、熱、力以及機械物理量之間的轉換關系。具體實施過程中，任課教師要依據自己所授學生專業情況，僅對不同的專業特點，有側重點地選擇與專業銜接性較強的部分開展專業融合的大學物理教學活動。

（二）課中講授

物理通常分為力學、熱學、電磁學、光學、量子物理五部分

1.力學。力學是經典物理學的基礎，也是工科專業重要課程的基礎。在講述力學知識的時候，特別強調物理概念的產生、嚴格定義和使用范圍。重視一些重要的思想，例如矢量疊加原理、取微元再積分的思想，等等。如對于工程力學專業學生，適當拓展材料的強度、剛度、撓度等概念，同時結合實際介紹風阻尼器原理。

2.熱學。物質的很多性質都與熱有關，例如熱膨脹、熱傳導熱電等。對于熱能、機械專業學生可以拓展汽車發動機結構、四沖程熱機優越性、渦輪增壓技術原理。

3.電磁學。電磁學包括靜電場、導體和電介質、穩恒磁場、電磁感應和電磁場等知識點。對于信控專業和機械自動化專業，可選擇在電磁感應這一章與專業應用相結合，可以融入磁電型傳感器、渦流型傳感器等，通過這些傳感器的工作原理，理解光、電、熱、力之間的轉換關系。

4.光學。一般大學物理光學部分只講授波動光學，而對于光學工程專業的學生，光學部分應該不僅要講授波動光學，也應補充幾何光學知識，介紹光學儀器成像原理。同時在應用方面進行拓展，適當介紹單反相機工作原理、魚眼鏡頭、全息影像等，來提高學生的學習興趣和學習動力。

5.量子物篇。對于材料物理專業的同學，后續還要繼續學習“理論物理”“固體物理”等課程，所以量子物理部分內容進行拓展，補充納米材料的概念，以豐富學生對物質層次的認識。

（三）課程考核

考試的改革是教學改革的核心之一。考核標準應體現課程評價標準，考核模式將引導學生的學習模式，考試成績也直接關系到學生獎學金評定、考研保研就業等一系列問題。學生課程總成績的評定由平時考核成績和課程期末考核成績綜合確定。在學期初或學完某些章節之后，由教師結合專業特點給出一些有意義和有價值的論文題目，題目一般都不在教材和筆記內容之中，而是從該專業學生后續專業課中提取出來的相關課題。學生通過去實驗室、上網、查閱文獻資料，通過分析、歸納、綜合整理，寫成論文作為平時成績依據。在試卷命題中加入實際問題案例，同時有些題目可以分專業選做。綜合學生在整個學習過程中的表現給予合理公正評價，調動學生學習熱情和積極性。

根據專業情況，采取多種教學方式相結合在教學實踐中取得了一定的效果，該法具有以下優點：（1）通過改變大學物理教學內容體系，在講授大學物理知識要點時，與學生專業方向相結合，使學生體會到大學物理課程的重要性和實用性，學習積極性進一步提高。（2）在大學物理授課過程中，列舉了相關的專業實例，讓學生體會到原理的同時，培養學生邏輯思維能力，提高了學生動手能力和解決問題能力。（3）學習效果明顯提高。改變教學內容體系，改變枯燥的教學方式，學生學習效果明顯提高。學生學習成績有所提升，在課間學生也善于和老師溝通問題。（4）靈活運用課堂提問和練習、作業、小論文、筆試、網上測驗等測評方式考核學生學習狀況。一方面可以更為準確掌握學生學習狀態，及時發現問題，有針對性地去解決學生學習中存在問題;另一方面，提高了學生動手能力和實操能力，培養終身學習習慣。一些學生積極參加學校舉辦的物理學術競賽活動，還有學生主動參與到老師的科研項目中，承擔一些大學生創新創業計劃、大學生學術競賽等項目，學生綜合素質得以提高。

將大學物理基礎知識與專業方向相結合，通過舉例、習題練習、報告等形式培養學生物理思維，使學生了解物理課程與學科專業方向的聯系。這樣做后，學生的聽課率明顯增加，學習積極性有了提高，學生由被動聽課轉變為主動學習。學生學習物理的興趣和積極性大幅度提高，取得了良好的教學效果，學生參加物理競賽和獲獎的人數大幅度增加。