融合專業及科學人文素質培養的教學研究*
——基于線上線下混合式 “物理學”教學實踐

劉小妹 萬佳 高國軍 王穎 王芳 葛兆云 郭紀源 戴俊

(江蘇科技大學理學院 江蘇 鎮江 212003)

1 引言

面對一流大學、一流學科和一流專業、一流課程建設的高等教育發展大勢，以及疫情所帶來的線上線下教育變革，各高校都在努力建設“高階性、創新性、有挑戰度”的“金課”，全力推進學校高質量發展．物理學是理工科各高等院校的一門重要的基礎課程，很多高校也將物理學課程稱為大學物理，該課程對于提高學生的自然科學素養、培養學生綜合運用所學知識分析問題和解決問題的能力有著基礎性的、無可替代的作用．對大學物理課程進行“金課”建設勢在必行．

通過對往屆學生進行關于大學物理課程學習的抽樣問卷調查，大學物理課程的教學現狀和問題主要集中在以下兩個方面：教學方法和模式相對較單一；缺少與專業課程的關聯和結合．因此，在新時代、新形勢下，我們將信息技術與教育深度融合，進行“課堂革命”，以“金課”標準為出發點，將教學內容與學生專業、學科前沿、個性化學習相結合[1]，通過MOOC教學資源，植入物理人文精神和素養的培養，對大學物理的教學模式和方法進行全面的改革和探索．

2 面向專業類別制定大綱 增加專業應用的物理元素

大學物理作為高校的公共基礎課程，普遍采取組合2～3個自然班級(35人/自然班)為中等規模班級的形式進行授課．學校專業班級眾多，組合班級方式必然要考慮學生專業的需求．針對不同物理基礎的學生和不同的學科專業需求，教研室以《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》為參考，制訂了A，B兩種不同層次的教學大綱和授課計劃．A類為大學物理教學要求的高層次，針對船舶海洋與工程、機械類、電子通信類等專業的學生，共112學時．要求學生能較全面地理解大學物理的基本概念及原理等，具有一定物理原理的應用能力．B類主要針對能源動力與工程、環境工程、材料類、化學類等專業的學生設置，共96學時．要求課程中重點介紹物理定律、定理等的物理圖像，對教學中難度較大的內容以及繁雜的數學推導過程做適當取舍，盡量與學生所學專業相聯系，以便調動學生學習的積極性[2]．

不同專業對于物理知識的需求和應用不同，教師怎樣將大學物理的教學與學生的專業方向相結合，引導學生跳出物理理論和公式的束縛，體驗物理的樂趣和專業應用性呢？如果能根據專業相關性進行編排，或許更為合適．教師可以調研授課專業人才培養方案，研究相關專業后續專業課程所需具備的大學物理知識，形成針對相關專業細化的專業基本教學目標，制訂具體授課計劃．以總學時112學時的教學班為例，比如船舶與海洋工程、機械設計制造及其自動化、工程力學等專業組合分班，增加力學部分的教學學時；電子信息工程、電子信息科學與技術、機械電子工程等專業組合分班，增加電磁學方面教學課時；能源與動力工程、輪機工程、化工等專業組合分班，增加熱力學方面的教學學時．教師在教學時可以針對性地將理論與專業實際緊密結合，突出物理的專業應用性，做到普及性和針對性協調發展．

教學例題是理解和應用知識點的一個具體實踐，教學例題的設置就顯得尤為關鍵．對于跟專業關聯較大的知識點，可以對教學例題進行修改和變革．將原有例題的情境進行改編，使之貼近學生專業背景和實際工程應用，激發學生的學習熱情，加深學生對自己所學專業和大學物理課程的關聯性了解[3]．比如，針對能源動力與工程專業，講到熱力學循環過程時，以汽輪機為基礎設計例題；針對電子信息科學與技術，講到振動的疊加時，以電子測量中信號波譜分析設計相關例題；針對土木工程專業，講到剛體理想模型時，結合材料力學及建筑結構設計相應例題；針對應用化學及生物學等生化類專業，講授近代物理中的光譜知識結合該專業對光學成像及各類生化光譜構造例題．

3 引入專業應用線上講座 優化線上教學資源

大學物理采用線上線下相結合的混合教學模式[4]適合當前優化教學效果的需求．線上學習主要用于預習新課和復習鞏固，課堂以精講課程中的重點、難點為主，通過舉例子、擺現象、提問題等方法施行啟發與討論式教學．結合不同專業特色和需求，提供相應的翻轉題目，讓學生們進行討論、分析和總結，親自實踐物理學和其他專業領域、生產生活的融會貫通[5]．

混合式教學中，對于授課內容的教學設計，主要用到教研室自建的MOOC教學資源以及即時通訊APP(QQ,微信)等．以力矩做功/剛體定軸轉動動能定理這部分內容的教學(圖1)為例，具體的教學設計如下：授課前，通過MOOC課程公告提醒學生，觀看慕課視頻，完成小測試．學生完成后，查看慕課作業的完成情況和反饋，以確定講授時的重點和難點．采用慕課堂簽到，課堂講授教學內容的重點和難點；提供翻轉題目讓學生進行分組討論，教師總結概括．最后留10min左右的時間，讓學生做慕課堂隨堂測驗，檢測學習效果．教師根據慕課堂練習的得分情況，有選擇性地進行講解．

教學團隊自建的MOOC教學視頻中增設了跟專業結合的特色部分——物理知識拓展課堂，如圖2中目錄所示．教學團隊邀請其他專業的教師，就物理和相關專業結合的某一實際應用，從專業的視角、宏觀的角度提出對該問題的整體理解，然后對其中的具體細節，結合用到的物理知識進行仔細分析，給學生的學習帶來一種新的收獲和體驗．例如視頻“船舶中的力學問題”(圖3)，該視頻由船舶與海洋工程學院教授朱仁慶講解，以兩個具體實例展示了大學物理在船舶與海洋工程相關專業中的應用，一個實例是運用力學部分動力學方程具體分析航母攔阻索阻力的變化，另一個實例是運用剛體中浮力和重力力偶作用下平衡性分析說明船舶的穩定性問題；“手機觸摸屏工作原理”由電子信息學院王彪教授講解，運用電學部分電容器充放電知識點說明手機觸摸原理；“耳機是如何發出聲音的”(圖3)由理學院教授戴俊講解，運用磁場力知識點說明耳機工作原理，運用振動疊加原理說明耳機降噪原理．

圖2 大學物理-1MOOC資源目錄

圖3 MOOC物理知識拓展視頻示例

4 科學人文素質培養 立足全面育人觀念

MOOC教學視頻中增設了物理人文培養的特色部分，如圖2中目錄所示：“古今中外漫話物理”．視頻“從經驗到科學的上下3 000年”，如圖4(a)所示，主要講述物理的起源和介紹古代中國的物理學萌芽發展，“中國缺席的物理學大爆發之路”，如圖4(b)所示，主要講述18世紀至19世紀世界物理學大發展，并介紹近代中國科學落后的原因，特別指出在新中國成立后，中國物理學的復蘇以及老一代科學家的科研精神和家國情懷．

圖4 MOOC漫話物理人文視頻資源示例

視頻“從中國科學的黃金時代看物理”，講述改革開放后，1995年科教興國戰略提出以來，中國科技和物理蓬勃發展的盛況與依然存在的一些問題，引起學生對于基礎科學的研究對科技、社會、經濟等方面發展重要作用的思考，以及加深對現代物理學研究的理解．這些特色內容中呈現了物理發展過程中所展現出的人類智慧、物理學家求真求實的科研品質和精神，小小故事中蘊藏著做人做學的道理，這對學生來說，是一種物理人文精神的感受和熏陶．

5 綜合考核方法

混合式教學中考核辦法至關重要，它對學生的學習方法和學習內容起著重要的導向作用．我們將學生網絡在線自學、在線自測、在線互動、在線作業和課堂表現等方面的表現以一定的比例計入學生的平時成績．鼓勵學生利用網絡教學資源自主學習，加強對學生學習過程的管控，積極鼓勵學生進行知識小結和撰寫課程小論文，并將其計入平時成績．整體來說，混合式教學充分利用線上學習和課堂授課的特點和優勢，充分調動學生的積極性、主動性，讓學生真正成為學習的主人，教師成為學生學習的管理者和引導者[6]．

6 結論

對大學物理以專業為導向進行教學改革．將相近專業編排組班．根據專業培養目標，修改授課計劃，加入專業拓展內容．改革大學物理教學內容體系，體現課程內容的專業應用性．改革教學方法和手段，采用線上線下混合式教學法，建設與專業結合、包含豐富的物理人文故事的網上MOOC資源，培養學生的自然科學素養和科研能力．以提高大學物理課程的教學效果和質量為出發點，以培養出高質量、高素質的優秀人才為教學目標．