應用型特色大學物理教材建設探索與實踐

吳海娜　于永芹　 張玉風

［摘 要］高質量的教材建設是落實新時代黨的教育方針的核心和基礎，也是加快推進教育現代化乃至國家現代化的重要支撐。大學物理課程是高校理工科各專業的重要必修基礎課，在培養學生科學的世界觀、創新意識及科技報國的家國情懷等方面具有其他課程不可替代的作用。文章對大學物理教材建設進行了研究，對教材進行多元化設計，加強了以學生“學”為中心、具有應用型特色的多形態教材建設，助力實現一流課程建設目標。

［關鍵詞］大學物理；應用型特色；教材建設

［中圖分類號］ G64 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）16-0018-05

教育是國之大計、黨之大計。黨的二十大報告中提出，要堅持以人民為中心發展教育，加快建設高質量教育體系，發展素質教育，促進教育公平。高質量的教材體系建設是落實新時代黨的教育方針的核心和基礎。黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央高度重視和關心教材建設。2019年習近平總書記在給人民教育出版社老同志的回信中再次強調，要圍繞立德樹人根本任務，用心打造培根鑄魂、啟智增輝的精品教材[1]。2019年底教育部印發了教材管理辦法，把教材建設作為高校學科專業建設、教學質量提升、人才培養的重要內容，納入“雙一流”建設和考核的重要指標以及高校黨建和思想政治工作考核評估體系[2]。2021年教育部開展了首屆全國教材建設獎評選工作，這也是落實新時代黨對教材建設新要求的具體體現[3]。大學物理是面向高校低年級學生開設的重要必修基礎課，教材作為學科知識的載體，在課程教學中起著重要作用。理論與應用相結合的高質量教材能為學生提供系統的物理學知識，激發學生的學習興趣，為培養高素質應用型人才服務[4]。

本文根據筆者多年在大學物理教學一線的豐富經驗，結合深圳技術大學（以下簡稱我校）應用型創新人才培養目標及新時代建設高質量教材的要求，提出了教材設計思路和具體舉措，充分發揮了數字化的優勢，建設了具有應用型特色的多形態教材，開拓了新時代精品教材建設助力高素質應用型、創新型人才培養的新思路。

一、問題提出

大學物理課程旨在介紹經典物理、近代物理和物理學在科學技術應用上的基礎知識，是理工科非物理專業學生的一門重要的公共必修通識課，是奠定專業學習的基石。高質量的大學物理教材是實行基本科學素養教育、培養高素質創新型人才的重要保障。近年來，修讀大學物理課程的學生人數逐漸增多，應用型本科院校普遍重視本科生教育質量，加大了對公共基礎課程的教學質量監督力度，開展了相應的教學改革。筆者通過多年持續性的問卷調查、師生座談會、學生評教等方式總結出了我校大學物理課程的痛點：一是學生普遍反映物理課程內容太多、難以理解和完全掌握；二是學生在課程中學習了物理學基本理論、基本知識和科學方法，但是不知道如何將理論知識應用于實踐或不知道真正能用來做什么；三是基礎不同的學生同班上課，如何保障學生在學期末都能達到良好的學習成效。當今數字化教育使傳統的教育模式、理念、方式和方法發生了巨大的變化，如何將科技前沿應用和大學物理課程有機結合起來，是當前教材建設改革關注的熱點之一[5]。

二、 大學物理教材建設方案設計

（一）建設目標

教材需滿足學校人才培養目標要求、教師教學需求和學生自主學習需求。一是依據具有國際視野、工匠精神和創新創業能力的高水平工程師及設計師等高素質應用型人才培養定位，通過知識傳授，借助能力培養思維，在價值塑造中潛移默化激勵學生活學活用并勇于創新，最終實現人才培養目標。二是建設的教材能輔助教師進行課程教學及管理，有助于教師完成理論教學、教學研究、教學資源庫建設、教學管理及學生學習質量監控等環節教學計劃。教材的核心功能是有效保障和支撐學生實現自主的個性化學習和系統化學習、實現知識拓展和創新應用。

（二）現有教材反饋分析

筆者精心設計了調查問卷，并向我校2022級計算機與科學技術、物聯網工程、機械設計制造及其自動化、光源與照明、集成電路設計與集成系統、智能醫學工程、生物醫學工程專業共332名學生（學生已在大一學期使用了現有教材，有真實的學習心得體會）發放了問卷，收回有效問卷332份。

課程配套教材使用頻率如圖1所示。根據調查，有近90%的學生在課程學習過程中會使用教材輔助學習，其中有超過半數的學生會在大學物理上課前后利用教材輔助課前預習和課后復習，該數據說明教材對輔助課程學習非常重要。

教材中復習思考題及帶星號拓展內容的學習情況如圖3所示。有近50%的學生反饋由于內容難度超過他們的理解程度，因而不會太關注這部分內容。但有近15%的學生會詳細閱讀該部分的內容，這說明教材中拓展內容對學習基礎好、自學能力強的學生有促進作用。

學生對現行教材的改進建議統計情況如圖4所示。超過80%的學生希望在教材中加入實際應用案例，31.02%的學生希望通過掃描二維碼等方式來查看感興趣的拓展資料及小視頻。對教材的表現形式，有近20%的學生表示可以接受數字教材。

通過對學生心目中的好教材的文字敘述提煉出詞云，分析情況如圖5所示。其中字體越大、越居中的詞表示出現頻次越多。大部分學生期望例題分析更加詳盡一些，著重在如何分析解題思路、如何一步步得到最終結果，這樣便于幫助自己不依賴教師或課堂講解，自學就能學懂。學生希望知識點能夠通俗易懂、教師能將重點內容標出，便于總結和歸納。還有學生希望能使用任課教師主編的教材，因為任課教師最了解學生的學習基礎、課程學習盲點、學生實際需求以及最新前沿動態，編寫的教材能夠量體裁衣，可能更具針對性。

（三）大學物理教材建設設計框架

根據參與問卷調查的學生對教材使用的反饋情況、筆者多年教授大學物理課程的經驗及對現行大學物理教材的調研分析，筆者提出了新形態大學物理教材建設框架，如圖6所示。紙板教材提供了本課程知識體系；教學平臺按照課程進度、學生已有學習基礎提供個性化教學資源、學習質量監控和反饋；通過知識點微視頻動態講解重點內容；分層次設計習題，建立習題庫，方便學生根據自身情況進行練習；應用案例庫展現以物理學為基礎的新技術、新科技應用，助力學生學以致用。

（四）大學物理教材具體建設實施

1.多形態立體化教材資源

教材資源包括紙板教材、電子講義及微視頻。資源平臺可以是出版社平臺、雨課堂、超星學習通和慕課等。教師引導學生課前根據自己的學習基礎進行預習，課上積極參與問題討論，課后通過思考題、題庫、拓展材料和知識圖譜等深化對物理知識的理解，提高創新能力。

2.添加思維導圖，歸納知識點，方便學生快速掌握主要內容

在教材每個章節加入思維導圖及部分重點章節內容截圖，如圖7所示，使學生在學習過程中既能俯瞰森林，也能細看樹木。對初學者來說，可以在一定程度上解決看完整章內容后自己捋不清邏輯、抓不到重點的實際困境。

3.融合生活常識、實際應用案例、科技前沿及應用拓展，培養學生學以致用的能力

教材中各章節主要理論內容以應用為導向，以能力和素質培養為目標，旨在提高物理學在現代科學技術中的應用效果。

例如，在熱學模塊中，熱力學第零定律實際上給出了溫度的測量方法。溫度測量對前沿科學研究、工業生產以及個人和家庭生活等許多方面起到重要作用。傳統測溫技術的測量精度、靈敏度及測溫范圍受限，無法滿足許多場合的需要。教師可在應用案例講授中介紹由我校集成電路與光電芯片學院寧存政教授團隊和清華聯合科研團隊成功研制的納米尺度溫度計。團隊開發了一種可按照不同測溫需求，對目標測溫參數進行自優化的單根合金餌納米線溫度傳感器，實現了4 K到500 K的寬溫區測量。這種納米線的尺度比普通溫度計小4個數量級，用單根納米線開展生物細胞內窺測量的技術已被其他研究組所驗證，因而這種單根納米線測溫辦法原則上可以用來測量單個生物細胞內部的溫度。

在力學、波動和電學模塊的綜合應用案例講授中，教師可介紹我校健康與環境工程學院韓林波副教授團隊成功研制的多功能有機水凝膠材料，其可精確監測人體關節運動、手腕脈搏、微表情和聲音信號，在運動姿勢矯正與康復領域等智能運動識別方面具有較大的應用前景。

將我校教師及學生在本校實驗室中的研究成果與課程教材相結合，讓學生切實感受前沿科技不再是觸不可及的，所學物理學理論也變得較易理解，激發學生的學習興趣，在潛移默化中培養學生的探索精神。

4.數字化教材平臺提供學習畫像

單一的紙板教材無法搜集學生學習數據、案例學習頻次及學習成效等。結合數字化教材平臺，能夠精準把握學生（班級整體情況和個人具體情況）在課前的預習情況、課上的限時答題練習情況以及課后學習教材的情況，如圖8所示。教師可以通過這些學習軌跡生成的數據畫像來分析學生的具體學習情況，并據此提供精準的個性化指導，制訂有針對性的教學改進措施。

（五）教材建設評價與成效

筆者統計了修讀大學物理課程的學生在學校連續兩年的綜合表現，相關的統計數據顯示，通過開展大學物理教材建設，能夠推動“三位一體”育人目標的實現。

第一，通過對線上學習數據、測驗數據和期末考試數據進行分析發現，近年來獲獎人數增多，這在一定程度上體現出學生的主動學習意識增強，學生學習內驅力得到了有效激發。

第二，通過對學生課堂表現數據、參加競賽獲獎情況等的跟蹤比對發現，學生的創新設計意識凸顯，在各類創新設計大賽中屢獲佳績，綜合實力增強，實現具有物理學思維、建模能力及交叉學科分析能力的應用型人才培養目標。

第三，通過分析學生自評和競賽情況發現，思政育人效果明顯。學生多次參加了青春奮斗主題征文大賽、繪青春芳華海報設計大賽及短視頻大賽，并獲得了獎項，推動了科學素養、科學思維、大國工匠精神及科技強國的家國情懷等目標的實現。

三、結論

在大學物理的教學中，要堅持第一時間將科研的創新成果及學科前沿應用融入課程教材。以應用為導向，從思想性、先進性、科學性和適用性等方面不斷完善教材的內容及形式，激發學生學習興趣，加強思政教育，培育大國工匠，使得知識入眼、應用入腦、思政入心，推進新時代教材體系建設與推廣工作高質量發展，為建設教育強國、數字中國提供堅實有力的支撐。

［ 參 考 文 獻 ］

［1］ 習近平. 給人民教育出版社老同志的回信[EB/OL].（2020-11-30）[2023-03-10].https：//www.ccps.gov.cn/xxsxk/zyls/202011/t20201130_145361.shtml.

［2］ 中華人民共和國教育部.教育部關于印發《中小學教材管理辦法》《職業院校教材管理辦法》和《普通高等學校教材管理辦法》的通知[EB/OL].[2023-03-10].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-01/07/content_5467235.htm.

［3］ 中華人民共和國教育部. 國家教材委員會關于首屆全國教材建設獎獎勵的決定[EB/OL].（2021-10-12）[2023-03-15].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202110/t20211012_571686.html？eqid=

d3e26e5900020b3100000003642ed9c6.

［4］ 吳王杰，楊軍.融合教學案例 建設一流大學物理教材[J].中國大學教學，2020（6）： 94-96．

［5］ 張琦瑋，馬天魁，趙陽.中外大學物理優秀教材內容比較研究[J].物理通報， 2022（8）：150-155．

［責任編輯：蘇祎穎］