新工科建設下的大學物理教學改革研究

李賢麗,姜曉嵐,秦顯榮,董相國

(東北石油大學 物理與電子工程學院，黑龍江 大慶 163318)

近年來，隨著世界科技革命和產業變革的飛速發展，具有創新思維、數字化意識和跨專業工程科技人才，是我國產業發展和提高國際競爭的保障，新工科建設在這樣的背景下應運而生。為了培養人才以適應國家發展戰略需求，滿足新工科專業對學生的綜合性、系統性、科學性的新要求，大學物理課程改革亟待進行并面臨諸多挑戰。

1 大學物理教學現狀

隨著大學物理教學改革的逐步深入，工科院校的本科生物理課程在教學內容、教學方法和手段等方面較以前都有了很大的改進和提高[1]。在教學內容上，加強了近、現代物理內容的教學。課堂上采用多種教學方法和手段，例如以學生為主體的翻轉式教學方法、PPT動畫、網上實驗演示視頻等教學手段。但即便如此，也無法真正貫徹和滿足新工科專業的綜合性、系統性、科學性的新要求和普通物理課程為專業達成目標服務的思想。教師們在教學中發現，現有課程在用經典物理方法闡述專業應用技術內容等方面嚴重欠缺，不利于培養學生工程能力和創新能力。針對目前大學物理教學的現狀，如何在教學內容、教學方法和手段以及考核方式這些方面進行革新，能夠在物理教學中潛移默化培養學生科學的思考方式，提高學生創新能力，真正實現大學物理教學培養優秀工程科技人才的輔助作用，是當前大學物理教育面臨的緊迫任務。

2 大學物理課程教學改革策略

2.1 采用分層次模塊化教學

作為綜合性工科院校，一直以來我校大學物理教學全校十幾個專業的教學大綱相同、課程學時相同、講授內容相同、考核方式相同。其優點是能夠體現公平，在一定程度上提高了師生對大學物理的重視程度和教學質量，但其缺點也很明顯，作為基礎學科，為了滿足所有專業的需要，其教學內容必然要求廣泛，很難兼顧到專業性。社會和新工科建設的大環境對畢業生的要求是所學能夠所用，基礎理論為專業應用服務，為此建立了大學物理分層次模塊化教學。目前，大學物理理論課內容主要包含力學、熱學、電磁學、狹義相對論、量子力學初步五方面內容，綜合考慮全校各專業課程與其聯系，可將課程分為A、B、C、D、E五個層次模塊課程群。其中A、B、C為理工科各專業所設，層次對應與物理聯系相對緊密的專業，課程共128學時，其中112學時所講授的基本內容，所有專業必學，16學時針對不同專業分為幾大模塊，分別為礦業—土建類模塊、電氣—信息學類模塊、機械—材料類模塊等。課堂上教師需要把物理教學內容與專業知識相結合，潛移默化地進行專業思想教育，如在電氣—信息學類模塊中，電磁學被列為重點講解內容，且要聯系量子力學和固體物理的前沿知識，使學生更好地進行物理基礎和專業工程知識的銜接，相應減少力學和熱學授課學時，學生做基礎了解即可。這一模塊適應選修的專業有自動化、信息、通信、物理學、電子科學與技術、計算機等與電磁學聯系緊密的專業。土木工程、石油工程、儲運等專業學生要選擇礦業—土建類模塊，此模塊著重強調剛體、振動、波動等力學方面的知識。D層次則特別為希望能適當減少物理學時的少數專業開設，對應一般理工科專業，共96學時。課程內容進行了一些刪減，適當降低課程難度和技能訓練程度，加入物理學發展的前沿知識來拓寬知識的廣度。E層次是文科物理，面向文科各專業開設，共40學時。內容上適當地增加了介紹守恒、對稱等物理美學知識以開拓視野，目的是讓人文、外語、經管類學生了解物理在自然界各方面的應用，培養文科學生的邏輯思維和科學思維。

2.2 在多種教學方法和手段中強化演示實驗

學生是課堂的主體，學生的志趣是教學方法改革的方向。生動的物理實驗無疑是提高學生學習興趣的有效手段，尤其是在課堂上，一個有趣的演示實驗能夠迅速喚起學生的注意力，一個同專業技術相聯系的實驗能夠直觀有效地幫助學生理解晦澀的理論知識。目前，課程教學中存在教學內容與相關實驗課程間隔時間較長的問題，例如這學期學習熱學知識，下學期才會做這部分實驗，且實驗多以驗證性為主，自主創造的實驗很少，缺乏對學生創新能力的培養。因此，為滿足新工科人才培養要求，教師要做到講好科學實驗，鼓勵學生開發創新實驗，將特定的教學內容用演示實驗的方法展示在學生面前，教師通過即時提問引導學生進行細致的觀察和系統的思考。在大學物理課堂教學過程中，演示實驗扮演著十分重要的角色，是課堂教學的有利補充。

2.3 改革大學物理考核方式

在新工科建設的背景下，需要更加科學、合理的考核方式反映教學效果以及專業課程目標的達成度。之前我校采用的是傳統的期末統一試卷進行考核的方法，其中學生平時成績占 20%、期末考試占80%。這種考核的形式內容都很單一，不利于學生科學素質的養成。因此，應建立并優化評價與考核系統。

采用平時成績+期末考試+大作業相結合的考核方式，且對于不同層次的學生考核標準和考核內容要有所區分。A類、B類和C類實行類似標準的考核，D類、E類分別單獨考核。平時成績包含課堂表現、章節作業和電子試卷隨堂考三部分，章節作業以小組為單位，經過小組成員探討并給出最優解，最后每人提交一份紙質作業和本人的視頻講解。電子試卷通常為5～10道選擇題，由教師根據課程進度及本專業學生的課堂反饋結果靈活選擇考試時間及考試次數，督促學生養成良好的學習習慣，避免產生“平時不管不顧，考前一周突擊”的惡習，平時成績約占總成績的25%。期末成績包含期末考試和大作業兩部分，期末試卷主要考察112學時講授的基本內容，以主觀計算題為主，占總成績的60%。大作業以小組為單位完成，主要以16學時的針對性教學內容在專業上的應用為切入點由學生自選課題和案例，并用PPT和視頻的形式進行展示，占總成績的15%。

在新工科建設中，增加對學生平時學習過程的評價有益于專業培養目標的達成，小組為單位完成作業并提供視頻講解是為了加強學生的團隊協作能力和表達能力。應綜合衡量教學過程中學生的學習態度、課堂表現、作業成績，盡可能擴大課堂上的教學效果，并延伸至課后。

3 結語

大學物理課程是面向理工科各專業學生開設的重要公共基礎課，建設新工科計劃的提出對各大高校物理教學提出了新要求[2，3]。在這個大環境下，大學物理教學既要涵蓋基礎知識又要兼顧前沿科學，同時要與學生所學專業技術融會貫通，大學物理教育的改革任重而道遠。對新工科建設下的大學物理教學改革進行研究，能夠培養適應國家發展戰略需求的人才，滿足新工科專業對學生的綜合性、系統性、科學性的新要求。