基于學生專業能力提升的大學物理教學內容改革研究

付美芹

山東華宇工學院電氣工程學院 山東德州 253000

大學物理課程是我校各工科專業的學科基礎課程，在應用型人才的科學素質培養中起著舉足輕重的作用。通過學習大學物理，學生可以了解物質的基本結構、基本運動形式及相互作用規律，理解典型物理模型的建立過程，掌握科學的思想方法和研究方法，不僅可以提高他們獲取專業知識的能力，為專業課程的學習打下基礎，還可以提高學生發現問題、提出問題、分析問題及解決問題的能力，培養學生基本的科學素質。因此，大學物理在應用型高校的人才培養課程中，地位無可替代，大學物理教學的改革尤為突出和重要。大學物理教學改革要建立在“開闊眼界、學以致用、提高創新創業能力、緊跟時代發展”的基礎上，不斷優化教學方法，培養有抱負、有能力的應用型人才。

1 大學物理教學面臨的困難

1.1 大學物理課時少，內容多

大學物理作為我校各工科學生的一門學科基礎必修課程，是后續專業課程的基礎，但是我校大學物理課程課時較少，只有64學時，其中理論講解為56課時，課內實驗為8課時，而且大學物理內容較多，知識模塊較多，不同的專業對物理知識的需求也不同。因此，為了更好地與學生的專業課程進行銜接，在大學物理教學內容的取舍和側重點上應該進行一定的改革。

1.2 教學模式單一

教學模式以線下教學為主，教學方法以講授法為主，且講課內容以理論知識為主，難以調動學生學習的積極性和主動性。因此，在教學模式和教學方法上應該進行一定的改革。

1.3 物理實驗課時較少

大學物理是理論與實踐相結合的一門學科，大學物理實驗是學生進入大學后學習系統的實驗方法和實驗技能的開端，也是后繼實驗課程的基礎，通過大學物理的實驗教學，可以使學生了解物理實驗的基本流程和思想方法，理解物理實驗的主要過程和方法，掌握物理實驗的基本方法和基本技能，培養學生具有從事科學實驗的素質。但實驗課時較少，只有8個學時、4個實驗項目，分別為力學2個課時、熱學2個課時、電磁學2個課時、光學2個課時。實驗課時較少，無法更好地提高學生的動手能力。

1.4 學生水平參差不齊

本科學生層次不一，主要分為有春考生和夏考生。夏考中分為文科生和理科生，夏考理科生物理基礎較好，學習積極性和主動性較高，接受能力也強，但是春考生和夏考文科生因多年未學習物理，基礎知識較薄弱，學習主動性較差。

2 教學內容選擇的基本原則

大學物理教學不應該只是簡單地傳授知識，而是要提高學生的科學素養和創造能力，學習科學的思想方法。而大學物理的教學與專業知識相結合，能加強各學科知識的融會貫通，使學生學到的是一個知識的結合體，接受到的是較新的科技信息，同時也能增加學生的學習興趣，提高學生理論聯系實際的能力。

3 基于學生專業能力提升的大學物理教學內容體系的構建措施

3.1 改革教學內容，分專業實施

由于不同專業的學生對大學物理知識的需求不同，因此必須為各專業選擇個性化的教學內容，以更好地為專業做好服務。為了更好地培養應用型人才，與學生專業相對接，我們從學生的專業需要出發，認真研讀各專業的人才培養方案，進行教學內容的優化，并對教學大綱進行修訂。

由于大學物理課程教學內容多、學時少，因此物理教研室對各個二級學院進行了調研，并根據調研結果和人才培養方案的要求，在保證基本的大學物理教學體系的基礎上，根據學生的專業特點為各專業選取教學內容，進行不同教學內容的側重點，進行個性化整合，為學生的后續專業課程做好必要的理論鋪墊。依據調研結果，我們把大學物理分成了大學物理A和大學物理B，并修訂了教學大綱，大學物理A主要面向電子、網工、物聯網、軟件工程、電氣、測控、自動化、機器人、機制、機械電子、智能制造等專業，大學物理B主要面向汽服、車輛、新能源、材料、建環、能源、道橋等專業。大學物理A側重于電場和磁場方面的知識講解，大學物理B側重于熱學方面的知識講解，因使用的教學大綱不同，在期末會通過不同的試卷進行考核。

同時在講課過程中，根據所在班級學生的層次和水平，選擇所講知識的深淺，對于基礎較好的夏考理科班，加入有一定難度的知識點和例題等，拓展學生的知識面。對于基礎較差的夏考文科班和春考班，只將基礎知識以及基礎知識的具體應用講透即可，有難度的知識點和例題可放在學習通中，供學生自學，并通過線上、線下等多種方式及時做好輔導答疑。

3.2 建立應用案例庫

將前沿科技融入教學內容當中，建立基于學生專業能力提升的具有應用特色的大學物理課程教學體系，在個性化選擇教學內容的同時，課程組成員收集科技前沿資料和生活生產中的具體應用，并進行篩選，形成應用案例庫和前沿科技資料庫，并及時更新。在授課過程中適當加入一些拓展，將應用型案例和高新科技發展應用融入教學內容當中，拓寬學生的眼界，提高學生的創新能力。

比如，針對電氣、電子等專業：講到電磁學時，探討磁懸浮列車、高鐵的工作原理以及研究進展；講到光學部分時，介紹結晶顯示器的原理、激光的原理和應用。針對機制、建環等專業：在講質點的運動時，加入我國北斗衛星導航系統的定位原理；講到波的干涉時，介紹歌劇院的建筑設計與波的干涉的關系；講到動量守恒定律和角動量守恒定律時，介紹我國航天事業的發展現狀以及航天器、衛星和空間站等的相關應用。一方面有利于學生對基礎知識的融會貫通，另一方面在強化基礎概念的同時，也可以使學生對基礎學科產生新的認識，提高學生的學習興趣和應用能力。同時利用學習通平臺，建立應用案例庫和前沿資料庫，形成分專業的教學資料庫，不斷完善，及時更新，供學生日常學習使用。

另外通過公選課《物理與生活》，學生能了解物理學的邏輯體系、發展歷程及應用范疇。通過實例的講解，學生理解生活中的現象和物理學之間的密切關系。這些可以使學生掌握理論與實踐相結合的方法，拓寬眼界，培養學生的科學素質，培養具有發現問題、分析問題、解決問題的能力。同時經過對公選課的課程建設，制定了教學大綱，完善了視頻資源、電子教案、課件、題庫等，并上傳到學習通平臺。

3.3 建立思政案例庫

物理教研室以立德樹人為教育中心環節，引導教師自覺將思政教育融入課堂教學，強化思想理論教育和價值引領，發揮哲學社會科學育人功能。利用“大學物理”課程教學，運用課程所蘊含的思想政治教育資源，將課程中的知識和課程思政有機融合。

物理教研室充分運用課程組成員進行研討，充分挖掘思政元素，以力、熱、電、光和量子物理五大模塊為單元進行課程思政元素的挖掘，并形成了系統的課程思政案例庫。利用物理學知識與生活實際聯系緊密等特點滲透培養學生的探究思維，比如，講到牛頓第一定律、多普勒效應等知識時，引導學生學習科學家善于發現、樂于探究的優秀品質；通過愛國的題材的教育，樹立學生的民族自豪感和自信心，建立科技強國的理念和使命感，從而使學生養成良好的世界觀、價值觀和人生觀。比如講到速度的概念時，融入“中國速度背后的中國實力—國家超強的決斷力、凝聚力、行動力、保障力”價值體系，激發學習的內動力，增強民族自信心和自豪感。

通過課程思政與大學物理知識融合，實現“潤物細無聲”的育人功能，實現以“知識傳授、能力培養、價值引領”為目標，以“更新教學內容、融入課程思政元素”為載體，以“提升教師思政意識和能力”為支撐，以“融合現代信息技術手段”為特色的“四位一體”大學物理課程思政教學模式，從根本上踐行立德樹人。

3.4 改革教學模式，采用線上線下混合式教學模式

我們對教育模式和教學方法進行了改革，主要為基于超星學習通平臺，采用線上線下的混合式教學模式。應用案例式、任務驅動式等教學方法，課前通過發布學習視頻、章節測驗及參考書等相關資料，引導學生完成課前預習，并通過學習通發布練習題檢測預習效果，采用課前練習、課堂測試等方法激發學生的學習興趣，培養學生自主學習的能力，促進學生的學習積極性；在課堂上運用問題探究、學生分組討論等手段激發學生的學習潛能，培養學生合作學習的能力。通過將課堂知識和科技前沿應用相結合，提高學生學習的興趣和積極性。課堂講解內容爭取當堂讓學生吸收消化，課后通過學習通發布練習題和思考題加深學生對知識的鞏固。

3.5 理論知識與實驗相結合

我們對大學物理實驗也進行了改革，大學物理實驗由課內實驗變為獨立成課的實驗課，“大學物理實驗”課程共24課時，1.5學分，面向對象為全校的工科學生，由課內的8課時增加為24課時，現共開設了16個實驗項目，根據學生的專業特點，選擇適合學生專業的12個實驗項目，其中電氣、自動化、電子等專業：增加電磁學方面的實驗項目；機制、車輛、建環等專業：增加熱學方面的實驗項目；機器人專業：進一步增加了電磁學方面的實驗項目(如下圖所示)。

各專業各部分實驗項目數圖

我們制定了“大學物理實驗”課程的教學大綱、電子教案和實驗指導書等材料，制訂了課堂教學改革方案，課程組成員不斷進行課程改革，探索課堂教學改革的方法，形成了課堂教學改革案例，積極進行課程建設，不斷完善學習通的視頻、實驗講義、試題等資源，供學生預習和復習使用。

同時還增加綜合性、設計性實驗，現有綜合性實驗4個、設計性實驗2個。通過實驗項目的改革，注重培養學生的科學精神和創新思維，不斷提高學生的動手能力和創新能力，促進學生素質的全面提高，進一步為后續專業課的實驗課程打好基礎。

3.6 帶領學生參加物理實驗方面的大賽

為鼓勵和培養大學生的科技創新精神，提高科學技術轉化為生產力的實際能力和全面素養，引導大學生適應深化教育改革，培養創新意識，樹立創新精神，提高創新能力。物理教研室面向全校本科學生舉辦大學生山東華宇工學院首屆物理科技創新大賽暨山東省大學生科技節物理科技創新大賽校內選拔賽，選拔優秀選手代表學校參加2021年第十三屆山東省大學生科技節物理科技創新大賽。

之后，物理教研室教師帶領學生參加了山東省大學生科技節物理科技創新大賽，并獲得了一等獎2項，二等獎3項，三等獎2項的好成績。其中一項一等獎的參賽項目為紫外光可見分光計，是對物理實驗室現有實驗儀器的改造，本作品在普通分光計的望遠鏡內的分劃板上，增加了紫外熒光材料，使得投射到分劃板上的紫外線的不可見譜線，轉化成了波長變大的可見光譜線，但是紫外譜線成像在分劃板上的位置并沒有變化。本作品是既可以看到可見光譜線，又可以看到不可見的紫外線的譜線的分光計，它不改變已有的分光計基本結構和原有的使用方法，生產和使用簡單方便。本作品克服了國內外已有的分光計無法看到紫外光譜線的不足，它還具有減輕光源的紫外線傷害人眼睛的功能，因而可以利用分光計做紫外線相關實驗內容或進行紫外線相關物理、化學、生物、醫學等領域的科研。本作品可使國內外已有的、應用領域廣泛的分光計擴展應用范圍，不但能研究可見光，還可用于研究紫外不可見光，同時減小了紫外線進入人的眼睛而帶來的損害，也可使學生對光譜有了更深的認識，有利于提高學生的知識應用能力。

通過帶領學生參加比賽，激發了學生對大學物理和大學物理實驗的學習興趣，提高了學生學習的積極性和主動性，激發了學生的實驗潛能，提高了學生的動手能力和創新能力，使學生能積極參與到物理實踐中，在實踐中提高創新能力、實踐能力和團隊協作意識。

4 預期效果

(1)提高教師的教學質量和教學水平。教學內容改革能促使教師積累更豐富、更全面的教學資源，增強教師的專業素質。

(2)充分調動學生學習的積極性和主動性。通過教學內容改革，改變單調的理論知識，提高學生的動手能力和創新能力，極大地調動了學生學習的積極性、主動性。

(3)提高教學質量，提升學生學習的深度。通過創新教學模式，拓寬學生的知識面，激發學生對教學內容深度學習的興趣，同時這對教師提出了更高要求，有利于提高教學質量。

(4)提高學生的創新能力和知識應用能力。通過指導學生參加各級各類創新設計大賽，積極申報專利和大學生國家創新創業項目等，逐步培養學生的創新意識，提升學生的創新能力和應用能力。