關(guān)于“大學(xué)物理”教學(xué)改革的思考

季濤

[摘 要]在培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才背景下，大學(xué)物理教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、邏輯思維能力以及解決實際問題的能力為目的。該文結(jié)合大學(xué)物理與應(yīng)用技術(shù)型辦學(xué)理念，通過對其課程體系、教學(xué)手段、考核方法等改革的思考，使得大學(xué)物理學(xué)課程的設(shè)計思路具有應(yīng)用技術(shù)型特色的工科大學(xué)物理學(xué)課程。

[關(guān)鍵詞]教學(xué)改革;多元化;專題實踐

[中圖分類號] G642[文獻標(biāo)識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）48-00-03[收稿日期] 2020-09-02

培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才是許多本科院校的主要目標(biāo)，本科教育是重中之重，以培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)也是作為我校的核心使命，并面向高端產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，培養(yǎng)具有國際視野、工匠精神的高水平工程師、設(shè)計師等高端應(yīng)用技術(shù)型人才。這需要引導(dǎo)學(xué)生參加更多的社會實踐、參與各個領(lǐng)域的創(chuàng)新項目中，將理論與實踐相結(jié)合，學(xué)會用物理模型解決專業(yè)中遇到的難題。大學(xué)物理是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、邏輯思維能力以及解決實際問題的能力為教學(xué)目的[1-3]，通過對其課程的設(shè)計思路、教學(xué)方法、考核手段等的改革，使大學(xué)物理與應(yīng)用技術(shù)型辦學(xué)理念相結(jié)合，改善學(xué)生的思維方式，從新的角度認識世界，引導(dǎo)學(xué)生利用研究型的思維方式解決專業(yè)問題，讓學(xué)生更好從感官和理性兩個角度的接受知識。

目前大學(xué)物理的教學(xué)體系基本延續(xù)的是20世紀(jì)的基本成果和理念，如80%的內(nèi)容是經(jīng)典物理的范圍，這些內(nèi)容對前沿科學(xué)的涉及比較少，近代物理的內(nèi)容也沒有充分體現(xiàn)近幾年高速發(fā)展的交叉領(lǐng)域的理念和思想，相關(guān)的物理模型沒有得到進一步拓展和闡述。自2020年新冠肺炎暴發(fā)以來，興起的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，也促進了廣大教師們對教學(xué)改革的思考。在教學(xué)方式上，傳統(tǒng)的教學(xué)方式過多地強調(diào)了物理基本理論知識的學(xué)習(xí)和掌握，學(xué)生的計算量還是比較大，應(yīng)用性不大。缺乏與應(yīng)用技術(shù)型專業(yè)前沿科學(xué)的聯(lián)系。為了達到我校培養(yǎng)創(chuàng)新型、實踐型、應(yīng)用型技術(shù)人才的目的，把大學(xué)物理課程的學(xué)習(xí)與各個專業(yè)相結(jié)合，將各專業(yè)的研究成果和科技前沿作為教學(xué)案例引入到課堂中，傳統(tǒng)教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等模式相結(jié)合，為學(xué)生后來的學(xué)習(xí)專業(yè)相關(guān)課程的關(guān)鍵性物理概念提供便利和基礎(chǔ)。通過吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的邏輯思維能力、自學(xué)能力以及發(fā)現(xiàn)問題和解決問題能力的提升，最終實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提高。通過改革大學(xué)物理的教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和分析解決實際問題能力為教學(xué)目的，使得大學(xué)物理學(xué)課程的設(shè)計思路具有應(yīng)用技術(shù)型特色的工科大學(xué)物理學(xué)課程。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容體系，擴展交叉學(xué)科銜接

物理學(xué)是自然科學(xué)中一門十分重要的基礎(chǔ)學(xué)科，是研究物質(zhì)與物質(zhì)的相互作用規(guī)律的一門科學(xué)，在本科教育中對于培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)具有不可替代的作用。因此，對大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容體系進行研究和改進具有很重要的現(xiàn)實意義。雖然現(xiàn)在人們已經(jīng)開始重視實驗教學(xué)和注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，應(yīng)用技術(shù)型高校的大學(xué)物理學(xué)課程除了擴大學(xué)生的知識視野和豐富感性知識外，還肩負著對大學(xué)生進行科技創(chuàng)新能力綜合素質(zhì)培養(yǎng)的重任。因此，要通過對大學(xué)物理課程的設(shè)計思路進行改革，使其適用于應(yīng)用技術(shù)型高校特色的工科大學(xué)物理學(xué)課程[4]。

近期國內(nèi)外許多研究者都在以物理學(xué)為研究基礎(chǔ)探索與其他專業(yè)學(xué)科的跨門類邊緣交叉學(xué)科。例如在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)領(lǐng)域，也催生了許多交叉學(xué)科如生物物理、細胞的物理生物學(xué)等。許多基本的物理學(xué)可以直接用來理解生物系統(tǒng)的行為;在材料專業(yè)領(lǐng)域，材料物理學(xué)是物理學(xué)與材料學(xué)的一門交叉學(xué)科，涉及了物理學(xué)中的一些分支如熱力學(xué)、統(tǒng)計物理、量子力學(xué)、固體物理等。在設(shè)置教學(xué)內(nèi)容體系時，以大學(xué)物理課程為基礎(chǔ)，整合其他領(lǐng)域如生物學(xué)、生理學(xué)、材料學(xué)以及半導(dǎo)體等相關(guān)課程。形成一個完整的交叉學(xué)科教學(xué)體系，優(yōu)化教學(xué)資源，適應(yīng)社會發(fā)展的需要，注重基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)，通過交叉學(xué)科建設(shè)提升大學(xué)職能的水平、完善學(xué)科結(jié)構(gòu)、促進學(xué)科的發(fā)展。

將科學(xué)前沿以及各專業(yè)的研究成果作為教學(xué)案例引入到課堂中。根據(jù)具體事例，通過物理學(xué)的方法識別出其中尚待解決的關(guān)鍵問題，促進學(xué)生進一步的探索學(xué)習(xí)。人類的進步與發(fā)展和物理學(xué)理論和實驗技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)的。例如在生物學(xué)方向，人們在研究生物系統(tǒng)發(fā)展出來的理論框架都具有明顯的數(shù)學(xué)特性，這些特性可具體體現(xiàn)在熱力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)來理解生化反應(yīng)的理論中。通過物理學(xué)中模型的建立，可以在特定的生物過程中描述其關(guān)鍵要素和解釋它們?nèi)绾伟l(fā)生相互作用。美國著名生物學(xué)家菲利波斯等人在著作《細胞的物理生物學(xué)》中也提道：“少數(shù)幾個恰當(dāng)?shù)幕疚锢砟Ｐ捅憧勺鳛槿慷可飳W(xué)知識的基礎(chǔ)，從而有效地將表面上無關(guān)的各種生物問題統(tǒng)攝在一起。”

二、完善多元化教學(xué)手段，開拓學(xué)生創(chuàng)新思維

之前的理論教學(xué)注重知識的連貫性，系統(tǒng)性，完整性，追求在有限的時間內(nèi)給予學(xué)生更多的知識，學(xué)生的興趣不能得到充分調(diào)動。多元化教學(xué)手段將重新調(diào)整課堂內(nèi)外時間，將部分學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。通過吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的邏輯思維能力、自學(xué)能力以及發(fā)現(xiàn)問題和解決問題能力的提升，最終實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提高，為學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)物理和實踐物理的機會。有必要開設(shè)一系列的物理與專業(yè)掛鉤的創(chuàng)新課題和專業(yè)認知，如將生物、材料、醫(yī)學(xué)、工程中的研究成果作為教學(xué)案例引入到課堂中。一方面給同學(xué)從專業(yè)特色角度了解物理，另一方面，可以拓寬學(xué)生視野，學(xué)習(xí)物理的思想和方法，了解物理的工程應(yīng)用，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

工科院校則要求學(xué)生掌握生物、電子、材料等專業(yè)和物理相結(jié)合的知識范疇，但同時課時和場地等客觀原因使部分教學(xué)內(nèi)容及實驗課程難以達到理想的教學(xué)效果，為教學(xué)及學(xué)習(xí)帶來了新的挑戰(zhàn)。可采取多種教學(xué)手段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強教學(xué)過程性考核的方式，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，如MOOC教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、學(xué)術(shù)派對、專題討論、專業(yè)項目等混合式教學(xué)模式。通過完善大學(xué)物理的教學(xué)手段，以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和分析解決實際問題能力為教學(xué)目的，使得大學(xué)物理學(xué)課程的設(shè)計思路具有應(yīng)用技術(shù)型特色，打破傳統(tǒng)教學(xué)方法的限制。在實施過程中，教師可將教學(xué)過程以及實驗項目錄制成MOOC課程或者教學(xué)視頻。學(xué)生自主選擇感興趣的課題及內(nèi)容，經(jīng)過自主學(xué)習(xí)、教學(xué)視頻輔助、展開小組討論以及創(chuàng)新實驗等環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題。“翻轉(zhuǎn)課堂”和MOOC課程的實施有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、調(diào)研能力和主觀能動性。在現(xiàn)在充滿信息的社會大環(huán)境下，MOOC課程類的等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)還具備與其他教學(xué)相比有許多的優(yōu)勢，尤其是剛起步的學(xué)校，建設(shè)和完善大學(xué)物理課程網(wǎng)絡(luò)資源，可以幫助學(xué)生可以了解與大學(xué)物理有關(guān)的信息，如前沿動態(tài)，物理百科，物理教材，教學(xué)視頻，互動論壇等等，網(wǎng)站可以給予同學(xué)學(xué)習(xí)物理很多好的建議與資源，引導(dǎo)幫助學(xué)生自學(xué)。

2020年的新冠肺炎疫情暴發(fā)，各大高校響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)”要求，紛紛開啟了網(wǎng)上教學(xué)模式，“騰訊課堂”“騰訊會議”“Welink”等平臺通過網(wǎng)絡(luò)拉近了學(xué)生與老師的距離，從而使課堂打破了空間的限制和時間的限制，同學(xué)們通過回放等功能隨時隨地都能觀看和學(xué)習(xí)課程，教師可以通過平臺進行統(tǒng)計學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和反饋。網(wǎng)絡(luò)課程以獨特的優(yōu)勢，顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)方式。也正因為這種多元化的教學(xué)模式，這種革命性的變革促進了對教學(xué)改革的思考。我們有理由相信這種教學(xué)模式將會成為大學(xué)課堂甚至中小學(xué)課堂教學(xué)的一部分。但是目前網(wǎng)絡(luò)課堂、翻轉(zhuǎn)課堂與MOOC課程在具體執(zhí)行中還是具有諸多不確定性因素，如克服部分學(xué)生面對電子產(chǎn)品其他方面（電影、游戲等）的誘惑、克服學(xué)生惰性的產(chǎn)生等。

另外，可以增設(shè)大學(xué)生創(chuàng)新等項目，由學(xué)生作為主導(dǎo)申請。在項目實施的過程中，將學(xué)習(xí)和探索的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，提升學(xué)生的創(chuàng)新性、自主性，重新調(diào)整課堂內(nèi)外時間，但如何兼顧到每位同學(xué)，操作流程上仍然需要進一步探索和優(yōu)化。

三、建立多樣化考核機制，促進學(xué)生全面發(fā)展

多元化教學(xué)手段必然需要將打破傳統(tǒng)考核方式，實現(xiàn)考核形式多樣化。對于應(yīng)用技術(shù)型的高校，合理安排考核學(xué)生成績的分值比例，監(jiān)督學(xué)生在平時學(xué)習(xí)的進程，同時也能改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式、課堂教學(xué)過分注重知識的單向傳遞等現(xiàn)象。制定適合大學(xué)物理課程的考核機制，加大過程性考核分數(shù)的比重，全面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實踐能力，提高綜合素質(zhì)，促進學(xué)生全面發(fā)展。以我校大學(xué)物理教學(xué)班某班為例，教學(xué)環(huán)節(jié)涉及了傳統(tǒng)課堂講授、實驗課、專題項目、網(wǎng)絡(luò)授課等多種形式，因此制定的考核標(biāo)準(zhǔn)需要根據(jù)具體實施的效果并兼顧學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中接受知識的主動性等方面綜合調(diào)整，確保達到促進學(xué)生全面發(fā)展的目的。

傳統(tǒng)課堂講授和實驗課的考核已經(jīng)趨于成熟;專題項目的形式比較靈活，主要體現(xiàn)在幫助學(xué)生運用所學(xué)知識結(jié)合物理思維，提升“學(xué)以致用”、分析問題解決問題的能力。主要可從三個方面進行考核：其一，與專業(yè)掛鉤的創(chuàng)新課題和專業(yè)認知的考核，物理在學(xué)習(xí)過程中最主要的是對同學(xué)們學(xué)習(xí)思維的培養(yǎng)，不只是為了學(xué)習(xí)知識，而且要懂得應(yīng)用知識，增強理論聯(lián)系實際和實際動手操作的能力，為將來成為具有創(chuàng)新型的應(yīng)用技術(shù)型人才打下一定的基礎(chǔ);其二，學(xué)生通過參與專業(yè)相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng)新項目，深刻領(lǐng)會物理學(xué)的思想和方法，將更加熟悉物理模型在專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，如目前已經(jīng)成功實施的有角動量守恒應(yīng)用在“傾轉(zhuǎn)式垂直起降固定翼無人飛機開發(fā)”，能量守恒以及共振理論運用在“可調(diào)占空比無線充電技術(shù)開發(fā)”等;其三，“翻轉(zhuǎn)課堂”由于打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生自己提出問題、分析問題和解決問題的能力以及提高科學(xué)素質(zhì)及科技創(chuàng)新意識。因此專題項目這一環(huán)節(jié)考核的重要性不言而喻。

網(wǎng)絡(luò)授課的考核也至關(guān)重要，在今年新冠肺炎疫情的沖擊下，網(wǎng)絡(luò)課程幾乎占了所有2020年春季的課程。課程中靈活運用了電腦、手機等電子產(chǎn)品，并在各個平臺來回切換，如我校大學(xué)物理某班，網(wǎng)絡(luò)課程采用了“騰訊課堂”軟件，平時學(xué)習(xí)交流和信息公布采用了“微信群”的功能，作業(yè)的提交和批改則用了“QQ群”里的作業(yè)功能。網(wǎng)絡(luò)課程的優(yōu)勢很明顯，同學(xué)們可以利用回放功能補上沒來得及學(xué)習(xí)的課程，也可將難點重點反復(fù)觀看學(xué)習(xí)。但網(wǎng)絡(luò)授課也面臨著學(xué)生主動性較差、自制力較弱等問題，因此這部分考核比較復(fù)雜也不容易定性。以下方法僅供參考，（1）學(xué)時的統(tǒng)計，方法比較常規(guī)，但不可避免有些同學(xué)打開后就不在專注，因此這部分不太好定性;（2）不定時不定量網(wǎng)絡(luò)簽到制度的實施，隨時抽查學(xué)生是否在線，或者是否跟隨課堂進度，配合學(xué)時的統(tǒng)計判斷學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性;（3）課堂互動的評判，將學(xué)生參與課堂互動的程度和次數(shù)納入考核中。

最終某班的成績按照一定的比率進行加權(quán)平均，如總評成績由兩部分組成：平時成績和期末考試成績，其中平時成績占60%，期末考試成績占40%。平時成績60%的分配是根據(jù)作業(yè)與考勤（占20%）、專題實踐（占20%）、平時隨堂測查和期中考試（占20%）來評定。這個分值安排降低了期末成績的權(quán)重，將實行的學(xué)習(xí)過程性的考核，有利于促進和培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。專題實踐主要是鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題，培養(yǎng)學(xué)生組織能力、團隊合作能力。分數(shù)的評定標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)項目、論文、報告的原創(chuàng)性和知識體系的相關(guān)度進行評分。但是由于學(xué)生之前很少接觸類似項目專練，考核標(biāo)準(zhǔn)以及形式需要時間來進一步強化和細化。將實踐成果引入到考核體系中，有望緩解高分低能的現(xiàn)象，促進學(xué)生全面發(fā)展。

結(jié)論

在應(yīng)用技術(shù)型培養(yǎng)理念下，大學(xué)物理教學(xué)改革通過在優(yōu)化教學(xué)體系，實現(xiàn)多元化教學(xué)手段輔助以及多樣化的考核制度等方面，已經(jīng)取得了一定的成效。合理使用各種教學(xué)手段，充分發(fā)揮各種教學(xué)手段的優(yōu)勢，注重啟發(fā)式、討論式等多種行之有效的教學(xué)方法，通過與專業(yè)相關(guān)的專題研究、創(chuàng)新項目、實習(xí)實訓(xùn)等的開展，可以培養(yǎng)并開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性和自主性。但多元化教學(xué)以及多樣化考核在具體執(zhí)行中具有諸多不確定性因素，具體執(zhí)行方案然需要進一步優(yōu)化。需要兼顧學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中接受知識的主動性等方面綜合調(diào)整，確保達到促進學(xué)生全面發(fā)展的目的。

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