國內首批職業本科大學物理教學存在的問題及對策耙梳

王瑞珍

(西安汽車職業大學理學院 陜西 西安 710600)

有別于普通本科對于“通識性”“學術性”的追捧，職業本科的定位在于“應用型”“高技術”[1].大學物理，作為一切理工科專業的“母學科”，在培養工科本科生的科學思維、觀察動手和數據處理方面發揮著原始的打基礎作用，也為學生的后續專業課學習乃至工作提供了理論基礎和科學思維，基于這種價值，筆者擬從以下幾點耙梳出當前國內職業大學物理教學存在的問題，并提出對策，僅供參考.

1 過于重視經典物理的老舊內容 缺乏對近代物理技術的滲透

以牛頓力學、經典電磁場論和經典統計力學為主線的經典物理，曾在19世紀末被認為構成了整個物理學大廈，直到紫外災難對其提出了挑戰，100多年來，現代物理學取得的成績(半導體物理、太赫茲、光學選通、光電子學)正在改變世界；然而，統計發現，當前市面上的大學物理教材內容大多停滯于20世紀80年代，將力學、電磁學這些100多年前就已成熟的經典物理原封不動地堆砌在課本上，由于這兩大板塊內容龐大，幾乎占去了80%的篇幅，留給近代物理的課時就寥寥無幾，這在客觀上導致了學生僅僅掌握了一些100多年前的物理知識，更碰觸不到近代物理技術.文獻[2]對海內外大學物理課的比較研究發現，在澳大利亞和美國的大學物理教學大綱中，經典物理比重一般在50%左右，剩下的半壁篇幅介紹近代光學、量子物理及對現代生產的實用.而在國內，經典物理課時比重一般不低于70%，這一現狀應該引起廣大物理工作者的重視.

為落實國家《職業教育提質培優行動計劃(2020—2023年)》[3]對于職業本科生的“高素質創新型技術技能人才”的培養定位，下一階段，我校計劃編寫出版一部適用于職業本科的專用化大學物理教材，力圖將三分之一的篇幅預留給新的物理技術在工程上的應用.

2 側重數學推演解習題 淡化了物理科學史本身的教育價值

以高等數學為方法論的物理學以其嚴謹性、邏輯性和精準性等特征奠定了其在自然科學中的“必修課”地位，但一些教師在處理課堂教學時展示過多的公式推導、習題演算，不知不覺中將大學物理課上成了高等數學課，這讓大學生們“既愛又恨”.大學物理公共課教學的落腳點應該是將純粹的物理學史、原始的物理問題、形象的物理模型和辯證的物理思想滲透給學生，而有別于上高等數學課，我們必須清醒認識到，一個個繁雜的公式會模糊學生的物理情景.清華大學大學物理實驗教學中心主任張留碗曾談到，“當前我們的物理教學對學生的興趣不太尊重，應該創造條件，發揮物理學發展史的教育價值.”

針對這一問題，這里提出兩點對策：

(1)強化實驗教學的物理情境構建作用.沒有實驗就談不上物理學的發展，當今物理科研工作者中80%以上從事實驗研究，這是主流.為此，我們將實驗課時提高到大學物理總課時的50%，充分發揮實驗的形象性、務實性、趣味性和原始啟發性.譬如，我們發現，學生學了一學期的“轉動慣量”，理論課考試分數也挺高，但實際上他們中相當比例的人還根本不了解什么是“轉動慣量”，一直到了實驗課堂上，才發現“轉動慣量”原來是“一種慣性”，是“剛體即將轉動或者已經轉動時的慣性大小”.

(2)從物理問題出發，講述數學規則，而非“憑空”講數學.數學上我們經常講到“叉乘”和“點乘”，然而大學物理教師在課堂上通過對“力矩”定義的形象化演示，才能讓學生清楚地意識到“叉乘”的結果是個矢量，因此叫“矢量積”，而通過對“功”的定義的形象講述，學生才會意識到“點乘”的結果是個“數”，因此叫“數量積”或“標積”.

3 教師中心地位鞏固 弱化了學生的主體意識和同伴教學潛能

大學課堂的大信息量、快進度決定教師適時采取單向講授法以保障信息傳輸效率最大；然而，這樣做的效果如何呢？近日，北京師大物理學系張萍教授(第一作者)與美國俄亥俄州立大學的DingLin教授和哈佛大學的EricMazur教授合作在物理教育研究領域頂級雜志《PHYSICALREVIEWPHYSICSEDUCATIONRESEARCH》上發表論文，題目為《PeerInstructioninintroductoryphysics:Amethodtobringaboutpositivechangesinstudents’attitudesandbeliefs》，這是一項長達7年的教學跟蹤實驗，研究采用國際最先進的ADDIE模型，探索適合我國大班額的教改模式，區分對照教學組和實驗教學組，最后對考試成績進行參數檢驗，結果證實，在a=0.05的顯著性水平下，師生翻轉課堂和同伴教學法對提高成績有顯著影響，使用傳統的“一言堂”教學方法，學生學習物理時間越長，雖然掌握了更多物理知識，但是學生對物理的認知水平卻負向移動，即學生的觀點更加遠離物理專家的觀點，更向新手方向移動[4].由此可見，教師有理由打破傳統，讓學生做教與學的主體，讓逼真的圖文、形象的語言和邏輯的妙趣親近學生，而不是談到大學物理就色變.

4 大學物理與中學物理教學銜接不夠 存在認知上的斷層

隨著高校毛入學率的年年攀升，不少高校物理教師紛紛反映學生基礎參差不齊，而且水平逐年下降.進入大學后，大學物理難度陡增，有人就出現跟不上的情況，甚至出現大學物理大面積掛科現象.我們靜析原因，或許是我們的大學物理教學與中學物理沒有能做到無縫的銜接，極限、微積分和級數等高等數學知識的大量使用導致學生無法跨越認知上的斷層.這里提供一解決途徑：針對高中課本涉及的近代物理內容(如狹義和廣義相對論、量子物理)匱乏的問題，提倡教師應重組教學大綱，調整教學內容順序，惡補準大學物理的“前概念”內容，針對高等數學基礎不好的學生，引導其理性意識到高等數學對工科人才培養的工具價值(譬如告訴他們工科生要考研，數學是必考科目).

5 傳統老舊的驗證性實驗占比過大 探究性和改造性實驗匱乏

作為第一批職業本科大學，大學物理實驗的開設是沒有前車之鑒的.課程定位和職業價值屢經論證.物理實驗對于培養工科職業本科生的必要性在哪里？如何更好發揮物理實驗對于提高職業本科生的科學素養與創新技能的敦促作用？經過高校調研和論證，我們提出“基于辦學特色，加大獨創實驗”的策略，即每所職業本科應立足于自己的特色專業和主打行業，制定和優化物理實驗教學內容.譬如，作為“一校一品”入選高校，我校的特色在于汽車高新技術和汽車文化.針對新能源汽車工程、物聯網工程、軌道交通信號與控制等主要專業的聽課群體，我們力圖優化實驗選課，把與汽車、交通類專業內容相關度大的實驗，如汽車穩壓管的伏安特性曲線測試、車軸的轉動慣量測定、RLC振蕩電路實驗安排進汽車專業的物理實驗中，助力學生提高職業技能.

同時，職業本科大學致力于培養創新型技術技能人才，但目前物理實驗室中驗證性實驗的比重過高，探究性實驗比重不足.然而，在技術車間里，隨時可能碰到未知的待解問題，這就需要工程師們創新工藝，探究新技能、新方法.針對以上問題，物理實驗室每學期開辟兩個探究性的物理實驗課時，并派實驗教師深入陜西汽車控股集團、西安比亞迪汽車公司，自制設計交通行業的大學物理實驗內容.

特別值得梳理的是，首開職業本科大學的物理類課程，面對中國第一批職業大學的工學類本科生，為此提出了如圖1所示的四位一體的大學物理課改風向標.

圖1 大學物理四維指標

以教育部紅頭文件《非物理類理工科大學物理課程教學要求》為基底，以物理科學在汽車技術中的應用為特色，一邊順應交通類企事業單位對于我校人才培養模式、科學素養模塊的需求，同時緊密跟蹤27所職業本科大學物理教改的最新動向，架構起首批職業本科的大學物理教研立體式動向指標，教師可據此指標取舍教學內容，優化育人目的，開展物理思政教學.此四維指標也為進一步壓實教學責任，評價教學過程提供參考思路.這一點，我們改期再談.