應用型本科高校創新創業教育改革下的大學物理教學探討*

張春玲

(陽光學院人工智能學院 福建 福州 350015;福建師范大學物理與能源學院 福建 福州 350117)

達新宇 劉文武 張容娟

(陽光學院人工智能學院 福建 福州 350015)

1 引言

物理學是整個自然科學的基礎，物理學的發展不僅極大地豐富了人類知識的寶庫，而且多次導致了產業革命[1～4]，成為經濟發展的高新技術源泉，對人類現代文明和社會進步發揮了重大的推動作用.

大學物理是高等院校本科理工類專業的一門十分重要的通識必修課，大學物理課程涵蓋了力學、熱學、電磁學、振動和波、波動光學、狹義相對論和量子物理等多方面的內容[5]，其在培養學生分析問題和解決問題的能力、理性思維能力和科技創新能力，增強學生的探索精神和創新意識等方面發揮著重要的作用[6].然而，大學物理課程知識量大、學時少，目前多數應用型本科高校都在不斷壓縮大學物理教學課時，使得教學效果不理想，教學質量無法得到保證，甚至部分本科高校的工科專業取消大學物理課程的開設.

本文對大學物理這門基礎課程如何在學生知識結構優化以及創新創業能力素質的培養方面發揮作用，如何適應應用型人才培養的需要等方面，結合具體教學過程對其進行了探索與實踐.

2 大學物理課程在創新創業教育應用型人才培養中的重要作用

創業需要創新能力的支持和支撐.所謂的創新創業教育，不是簡單地開設幾門創新創業類課程，也不是僅僅組織幾個學生參加創新創業類大賽，而應該是讓所有學生都具有一定的創新創業精神.物理學的發展史就是一部創新史，在大學物理課程的教學過程中，講解相關物理原理前可以先引入部分物理學家在科學研究中的重大發現和典型事跡，如牛頓的三大運動定律和萬有引力定律的建立、法拉第發現電磁感應現象、愛因斯坦創立相對論、量子霍爾效應的發現、邁斯納效應的發現等[7].大學生能夠從物理學家的創新方式中得到啟示，這些啟示將為大學生的創新創業實踐提供有益的指導，具有方法論的意義[8].

從另一個角度看，應用型本科高校雖然不屬于教育部實施“強基計劃”的試點高校，但從2020年開始的“強基計劃”，突出了物理學這一基礎學科在國家重大科技創新中的支撐和引領作用.物理學的學科特點、研究對象和研究范圍，決定了它與應用學科的緊密關系.許多應用技術是以物理學為基礎發展起來的，比如航空航天技術、激光技術、原子能應用技術等.這些高新技術在進一步發展過程中仍然需要物理學等基礎學科的深層次理論和實驗的支持.面對近年來我國在高端芯片與軟件等高科技領域遭受“卡脖子”的嚴峻現實，不得不引起我們對物理學等基礎學科的高度重視，從國家層面制定全面而周密的研究和人才培養計劃，高校的大學物理課程改革也必將在創新型、應用型人才培養中發揮重要作用.

3 針對創新創業教育背景下的大學物理教學改革嘗試

3.1 與時俱進 及時修訂教學大綱

圍繞應用型教學模式改革，適應應用型人才培養模式改革需要，大學物理教學團隊定期組織任課教師一起開展教育思想大討論，不斷改革教學方法，引導學生學習的積極性，提高教學質量.以解決實際問題為導向，實施以學生為中心的啟發式、項目式、案例式等教學模式，不斷改進教學內容、方法和手段.

大學物理教學大綱從課程性質、教學目標、教學模式與教學方法、課程教學評價、課程案例資料、課程結構中的重點及能力培養和知識點等方面進行修訂，引入工程案例對傳統的課程內容進行重構，采用現代物理的思想、觀點、方法解決實際工程的問題，注重培養學生應用物理學知識去分析和解決工程問題的思維方法和能力，體現出大學物理課程對學生以后的工作以及對新理論、新知識、新技術的進一步學習有著重大的影響，在培養理工科類各專業應用型人才中的地位重要、作用巨大.教學大綱中課程結構的教學內容與實踐相結合，突出真實案例，突出學生實際能力的培養.

3.2 補充一些介紹物理學家創新創業經歷的教學內容

在知識講解中，通過穿插補充介紹部分物理學家追求真理、探索自然的典型創新經歷的教學內容，讓學生能夠學到前輩科學家們刻苦的探索精神、嚴謹的科學態度、實事求是的工作作風、強烈的創新意志.尼古拉·特斯拉是電氣時代電力商業化的重要推進者，也是現代電學和無線通信學的奠基人之一，他廢寢忘食，把注意力全都貢獻在了科學發明上，他發明了交流電、無線電、特斯拉線圈等，他的發明造福了世界.特斯拉敢為人先的首創精神對現在大學生的創新創業具有很強的啟迪意義，幫助大學生把握創新創業方法和樹立良好的創新創業品質.

在計算機技術方面，物理學家們早就扮演了重要角色，物理學家在計算機技術方面發揮了基礎研究的作用，正如他們在許多其他領域發揮的重要作用一樣.曾廣為人知的世界第一臺電子計算機埃尼阿克就曾由一名叫約翰毛克利的物理學家參與設計.作為C語言編程之父，物理學家丹尼斯·里奇為編程語言開辟了一條新通道.在美國硅谷，目前有很多物理學家進入數據科學和計算機技術等領域從事軟件開發工作，很多互聯網公司越來越需要物理學家的技能與素養.通過給學生交流分享這些經典案例，讓學生更深地理解了物理學是創新思想的源泉與基礎，物理學思維在當今大學生的創新創業過程中必將發揮重要作用.

3.3 改革課程教學模式與教學方法

為了更好地提升學生的創新應用意識，大學物理課程教學采用多元化的教學模式[9].

(1)一般的知識點采用傳統的教學模式，由教師通過講授、實例講解、板書及在線教學平臺的輔助，把教學內容傳遞給學生，以提高知識傳授的效率.

(2)針對教學內容的重難點知識，老師以啟發式教學模式的方法講授，對重點內容和學生難以理解的內容要講清楚講透，對一般內容可引導學生自學掌握，要多結合工程案例或生活實際案例進行剖析，多設計一些能啟發誘導學生思考的教學環節.

(3)培養能力的知識點采用項目式、案例式的教學模式，以真實的工程物理應用背景創設學習情境，選取與知識點相關的實際應用案例作為引線導出相應的物理學知識，還可通過小組討論、交流的形式，引導學生把精力集中到分析問題和解決問題上來，通過觀點的交鋒和思想的碰撞修正，從而修正和彌補每個學生的物理知識庫.

同時可以組建線上課程學習討論群，教師深度參與學生線上學習過程中的輔導，解答學生疑問和固化學習成果.具體結合到實際大學物理課堂中，結合多樣化教學方法，充分調動學生的積極性，促進交流溝通.如讓學生分組談論交流地震對地球自轉的影響，從而啟發學生應用角動量守恒定律分析解決生活現象.再如讓學生合理利用網絡資源查詢滑蓋手機控制電路中使用霍爾效應開關的工作原理并思考霍爾開關的應用，從而加深學生對霍爾效應的理解，進而形成新的教與學雙邊互動的局面，達到更好的教學效果.

3.4 建立大學物理名師工作室

大學物理名師工作室取代原有的大學物理教研室.將與物理學有關聯的相關院系的專業教師(如力學方向教師、工程傳熱方向教師、光電方向教師、量子光學與量子信息方向教師、微電子學與固體電子學方向教師、半導體物理與器件方向教師、無線電物理方向教師、電磁場與微波技術方向教師)聯合組建大學物理名師工作室，打破內外墻，教師跨研究方向合作，實現多個研究領域的交叉融合，也有利于學校的應用(創新)型人才培養.

面向全校各年級各專業(特別是理工科專業)學生進行招募，學生通過雙向選擇加入“名師工作室”，構建對物理學感興趣的學生梯隊，工作室中的教師相互合作，按實際項目運作的模式進行，學生通過在工作室內做項目，修課程、抵學分、進行畢業設計等，實現項目式教學.例如名師工作室教學團隊帶領跨專業跨年級的學生團隊，進行科研項目的學術研究或應用型研究，提升他們的理論分析、科學計算、科研作圖繪圖、論文寫作等各方面的能力，同時也可以帶領學生開展創新創業項目、各類學科競賽和創新創業競賽、物理作品的制作等課外實踐活動，讓學生做中學、學中做、學做合一，讓學生將理論知識應用于真實工作任務中，在完成真實工作任務的過程中習得實務知識.

3.5 不斷提高教師教改與科研水平 帶動學生科學素質和創新能力的提高

大學物理教學團隊教師要不斷強化教學研究，定期集體備課、研討課程設計，實時交流分享導學模式、游戲模式、翻轉課堂、項目案例等好的教學模式，發揮好“傳幫帶”作用，同時要與時俱進，提高自身的科學修養、學術水平和實踐能力.例如大學物理教學團隊教師多去其他教學優秀的課堂聽課，多觀摩學習其他專業教師的優秀教學案例；邀請線上教學效果較佳課程的老師來分享在線教學的教學設計與教學實施的經驗，穩步推進團隊教師的整體教學技能提升.

教師在教學過程中，可以將自己物理相關科研的內容方法、科研成果和工程實踐經驗融入到課堂教學中，讓學生更加了解物理的前沿發展，認識到物理在現代科技支撐中的重要作用.例如有的物理老師結合自己的科研課題“MIS場效應太陽能電池的制備及其光電特性研究”給學生講解量子物理中的光電效應、半導體物理、半導體器件等相關前沿知識；有的物理老師結合自己的量子光學、量子信息、量子通信科研方向，結合習近平總書記在中央政治局第二十四次集體學習時強調深刻認識推進量子科技發展重大意義，加強量子科技發展戰略謀劃和系統布局的講話精神，向學生重點講解介紹光的量子理論、量子力學和信息學的交叉，以及重要的兩個應用方向，即量子通信和量子計算，讓學生深刻領會量子科技發展的重大科學意義和戰略價值，讓學生體會到量子科技發展的重大顛覆性技術創新將引領新一輪科技革命和產業變革方向，同時讓學生課后閱讀一篇相關英文綜述文獻，從而提高學生的文獻檢索與閱讀分析能力.有的物理老師將自己的新型能源材料理論研究課題，轉化為相關的畢業設計項目，如應用人工智能算法輔助新型鈣鈦礦太陽能材料設計，運用機器學習算法實現新型能源材料結構性質的預測等.讓大三的學生盡早進入老師的科研課題，在老師的指導下盡早學會相關的學習工具使用和科研方法，提升學生的自主學習能力、軟件編程能力、創新設計能力、合作交流溝通能力；有的物理老師結合自己指導的大學生創新創業訓練計劃項目、“互聯網+”大學生創新創業大賽、“創青春”大學生創業大賽、“挑戰杯”大學生學術科技作品大賽、全國大學生電子設計競賽、物聯網設計競賽等實踐項目內容，讓學生通過參與相關項目作品的設計開發與制作，領會物理原理、物理方法、物理思想在最新科技發展及實踐平臺上的應用，讓學生充分發揮出自己的潛能創造出更多融入物理學原理的創意作品.例如設計電動小車動態無線充電系統，使用電磁諧振耦合無線電能傳輸技術；設計電磁炮，利用電磁發射技術；設計煤礦甲烷體積分數監測系統需要雙光束干涉原理.這都有利于激發學生的學習興趣和學習科學的熱情，同時會潛移默化地影響學生學習科學的欲望，有助于培養學生的創新創業意識.

4 結論

大學物理對于大學生創新創業教育的作用十分重要，大學物理教學中體現的相關物理學原理和物理學發展史能夠極大地啟迪大學生的創新創業思維.通過大學物理的學習，可以培養和提高學生在創新創業實踐過程中的堅持不懈、開拓創新、勇于探索、實事求是、團隊協作的精神素質.本文積極探討了通過應用型教學模式與方法、教學手段、教學內容、師生團隊組建等多方面的改革，讓大學物理更好地發揮其在創新創業教育的促進作用，積極推進新工科的建設.