新工科背景下大學物理課程體系構建與改革

魯 芬

（武昌工學院智能制造學院 湖北 武漢 430065）

“新工科”是新時代高等學校全面推行高等工程教育以適應新經濟發展所提出的概念，主要目的是改革傳統的工科建設，以適應新形勢下經濟發展對人才的需求。在知識經濟時代，新工科概念的出現對高等院校專業建設和人才培養提出了新的要求，即素質教育的基本要求。物理學是作為研究現實物質層面最普遍、最基本的自然學科，是人類探索大自然的重要工具。因此，對于大學教育，尤其是理工科學生的教育，“大學物理”就顯得尤為重要。

為了應對工業4.0 的到來和“互聯網+”等一系列工程戰略，教育部提出了新工科的概念，這是我國大學教育應當進行改革的方向，只有做到秉持以下四個理念，才能夠建設出一支強大的新工科團隊。四個理念分別是服務國家戰略理念，引領未來發展理念，對接產業行業理念和以學生為本的教育理念。新工科的教育模式要求學校要制訂出與現代社會發展相符的最佳教材，同時經過不斷改革與創新為學生挑選更好的教材內容，通過教師的不斷摸索和創造，為學生制訂出更加專業的培養方案來適應學生的個性化發展，滿足每一名學生的要求。同時新工科建設的一項重要內容是能夠做到多學科共同發展。通過多學科之間的交叉融合，能夠削弱大學物理課程的專業界限，同時也能夠促進新技術的不斷產生，培養出具有足夠專業知識，對各個學科都能融會貫通的新型復合人才。

大學物理課程是理工科各專業學生的一門重要的通識性必修基礎課，既為各專業學生打好必要的物理基礎，又能夠培養學生科學的世界觀、增強其分析問題和解決問題的能力。因此，在大學物理課程的教學過程中，我們須將教學內容與學生的專業有機結合，讓學生體會到課程與自身專業之間的依托關系，真正發揮大學物理通識性、基礎性的作用。特別是“新工科”概念提出后，如何更加有效地進行大學物理課程教學，這對人才培養質量的提升顯得尤為重要。

1 大學物理的地位、存在的問題和解決方案

1.1 物理學在人才培養過程中的獨特地位

物理學由于其歷史悠久，體系完整，研究方法成熟，應用廣泛的特點，而成為大學生的重要基礎課程和文化素質教育課程，它在培養學生科學素質和創新能力方面具有獨特的地位。物理學具有四個方面的素質教育功能，即物理學的哲學教育功能，物理學的方法論教育功能，物理學的人文精神教育功能，物理學的美感體驗教育功能，充分發揮物理學在人才素質培養過程中的作用是目前研究的基本點。

1.2 大學物理教學中存在的主要問題

大學物理教學存在的主要問題表現在四個方面。一是教育思想上的偏差，教師僅把物理學基礎課程作為一門為專業服務的工具性課程，忽視了其素質教育的重要作用；二是課程開發不夠，在理工類專業中僅開設大學物理和大學物理實驗且其學時較少，在文管類專業一般不開設相關課程，因此開發適應不同需要的物理類基礎課程成為當務之急；三是教學內容陳舊且趨同，不能適應不同起點和不同專業學生的需求；四是教學方法和手段改革力度小，教學資源和教學網絡的利用不夠，學生自主學習的空間小，對學生創新能力的培養不利。

1.3 解決方案及思路

針對以上問題，項目組提出了基于“一線二平臺三融合”的民辦高校物理課程教學體系，建立教學和競賽雙平臺，融合學科、專業、實驗的大學物理課程群，與其他學科做到相互融合、相互補充，進而培養出適合現代社會發展的新型人才。

科學構建課程體系是新工科建設的要求，是新時代科技高速發展的要求，也是民辦高校應用型人才培養的需要。在此背景下，進行“一線二平臺三融合”的大學物理課程教學體系的構建與實施研究，為民辦高校學科建設再上新臺階奠定堅實基礎。

“一線”指的是堅持以現代教育思想為指導，以充分發揮物理教學的素質教育功能為目的，以培養具有知識的專業性與通識性、能力的專業性與發展性、素質的通用性與鑒別性共融的應用型人才為主線，全面提升物理課程在人才培養過程中的重要作用，大大提高學生的學習興趣和效率，提升教學質量和水平，使應用型人才的培養落到實處。

“二平臺”指的是大學物理教學平臺和教賽融合的學科競賽平臺。

“三融合”指的是多學科融合、多專業融合和多元化實驗融合的大學物理課程群。以知識、能力、素質協調發展為原則，建立多學科融合的大學物理課程群。以應用型人才培養為目標，建立多專業融合的大學物理課程群。以強化實踐能力訓練為核心，建立多元化實驗融合的大學物理課程群。

2 大學物理課程群的整體構建

近五年項目組開始構建面向全體大學生的物理系列課程。以現代教育思想為指導，以知識、能力、素質協調發展為原則，以充分發揮物理教學的素質教育功能為目的，建立面向不同層面大學生的物理課程體系。通過面向全體大學生的物理理論、物理實驗和生活與物理公選課系列課程的科學構建，全面發揮物理課程在人才培養過程中的重要作用。

為培養高素質應用型人才，在繼續完善面向理工科類大學生的大學物理課程基礎上，適當拓寬大學物理課程設置的平臺和口徑，構建起一個多角度、立體化、涵蓋物理理論和物理實驗，由必修課和選修課組成的物理課程體系，該課程體系可滿足不同專業背景大學生的個性化需要。

第一，開設面向文管類、經濟類大學生的大學物理理論和實驗選修課程；第二，為理工科類學生開設現代工程技術中的物理基礎、光纖應用及發展前景等提高性課程；第三，開設近代物理實驗等研究性課程。各門課程的學時與教學對象見表1（p116）。

表1 大學物理系列課程的學時與教學對象

3 大學物理課程教學改革研究

近年來，各大高校為實施應用型人才的培養，對相關基礎課、理論課程的課時設置進行了改革，采取了縮減理論課課時增加實踐類課程的方法，那么要在有限的課時下講清楚眾多的相關物理知識點確實有較大難度，因此現亟須對大學物理的教學模式進行改革，以拓展學生自主學習空間為出發點，課題組提出基于“一平三端”的大學物理優課程建設計劃。利用“超星學習通”軟件云平臺（一平），將教師端、教室端、后臺管理端（三端）聯系起來構建大學物理優課程，以全新的教學模式呈現給學生。

3.1 以人才培養計劃為依據，大綱制訂（修訂）和教材建設為平臺，優化大學物理教學內容，加強教材建設

2018 年“新工科”熱潮開始，項目組成員和全體任課教師圍繞著“新工科”和應用型人才培養展開積極討論和調研，開展了教學大綱的全面制訂。制訂與修訂教學大綱的原則：第一，全面分析課程的性質、教學對象、內容選擇符合應用型人才的培養定位、專業教學需要。第二，注重吸收物理學最新成果以及實際應用。第三，遵循物理學的自身規律，注重提煉物理學發展過程中的核心概念作為主要的知識點，幫助學生建立物理學及其相關領域的整體圖象。第四，注重挖掘物理學中的科學方法論、科學素質和人文精神的教育素材，將培養學生優良的人品作為物理教學的重要目標加以落實。

在教學實踐中，嚴格課程管理，所有開設的課程都選用優秀教材。加強教學研究與改革，將研究成果固化為教材、講義和參考材料。大學物理教材注意從物理學史的發展角度引入物理定律和概念，并適當介紹當代物理學的成就以及在工程技術上的應用，突出物理學知識與實際相結合的特色。避免煩瑣的數學推導，突出物理思想，深入淺出，通俗易懂，注重激發學生的興趣，增加教材的可讀性和趣味性，注重培養學生的創新思維能力。項目組自編教材《普通物理實驗》，全書由易到難分成四部分：基礎性驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗、物理仿真實驗。符合學生的學習規律和認知特點。每個實驗的儀器均與本校實驗室儀器配套，儀器的操作方法和注意事項寫得非常詳細，實驗步驟結合有關儀器撰寫，幫助學生更好地理解原理、方法，規范地完成操作、原始數據的記錄及實驗報告。設計性實驗對培養學生的自學能力、綜合能力、獨立的設計及工作能力有較大幫助，仿真實驗則對于儀器復雜、昂貴的實驗提供了一個廉價的操作平臺。

3.2 以能力和素質培養為重點，改革大學物理的教學模式，推進大學物理優課程建設

物理學是一門實驗科學，包含大量實驗現象和自然規律，抽象的概念、復雜的現象、三維的模型等用“講授+板書”的教學方法是無法達到良好的教學效果的，而針對這些難點進行仿真，建立大學物理仿真課堂，使物理學的有關重點、難點更加生動、形象、有趣，極大地激發了學生的學習興趣，提高了教學效果。

針對前面構建的多角度、立體化、涵蓋物理理論和物理實驗，由必修課和選修課組成的物理課程體系，結合各專業的大學物理系列課程教學大綱，分別針對大學物理理論和大學物理實驗的重點、難點內容進行仿真，制作仿真課件，再針對相關知識點進行微課的錄制，最后利用“超星學習通”軟件上傳視頻資源、課程資料等內容，構建大學物理優課程。

項目組在設計各個教學環節時，精心營造學生積極參與、自覺投入的教學氛圍。大力推行以“問題教學法”和“研究性實驗教學法”為代表的啟發式教學模式。引導學生以研究的思維，帶著“問題”進入物理學習環境，給學生提供思維思考的空間，讓學生在融洽的、有利于交往的心理氛圍中萌發求知、解難、創新的動機。讓學生由“學會”逐步過渡到“會學”，最終實現自主學習。利用優課程可提前向學生布置學習任務（課前），（課中）讓學生帶著問題進入課堂分組討論并傾聽教師針對性的講解，課后復習并完成指定作業任務拿到本次課的通關分數，進入下一課題的學習。整個過程中學生可反復利用優課程資源，隨時隨地學習；教師利用優課程大大提高了上課效率，并且可對每位學生的學習狀態進行實時監督、引導，從而達到教師和學生雙贏的局面。

大學物理課程體系仿真課件的制作可利用Mathematica軟件、Flash 軟件和物理實驗仿真軟件來完成。表2（p117）是具體仿真課件的內容。根據實際教學情況需要，將仿真課件的內容按照一個個知識點展開制作成微課視頻，創建微視頻庫并將其存檔。

表2 大學物理仿真課件內容

項目組建設的大學物理優課程除涵蓋課程大綱、電子教案、習題指導、實驗項目介紹等相關欄目外，還包含網上“大學物理”課堂全過程錄像，重、難點微課視頻，網上物理習題測試、實驗仿真、實驗成績查詢、網上答疑等互動性欄目和物理知識咨詢、物理精品課件展示等。旨在拓寬學生物理學習的空間，使其成為師生教學互動、學生自主學習的重要平臺。

3.3 遵循物理學的客觀規律，注重人文精神的培養，改進課程考核方式

教學內容注重物理學科內在的邏輯性與整體性，幫助學生形成系統的、完整的物理理論框架；注重物理學科與其他相關學科的相互滲透與交融，展示物理學的基本概念和研究方法在其他學科中的應用，幫助學生提高物理學習的興趣。同時在物理教學中滲透對學生科學品質和人文精神的培養，將學生健全的人格養成納入物理教學的重要目標。理論課程增加考查學生分析和解決實際問題能力方面的實驗內容。實驗教學采用以純實驗儀器操作考核為主的考試方式。推行實驗報告、問題答辯和網上測試等多元化考試形式，促使學生改變學習思路，將主要精力放在對教學內容的深刻理解、系統復習、概括總結和實際應用上，強化“吸收”知識、分析問題的過程。

3.4 以強化實踐能力訓練為核心，搭建多層次的物理實驗教學平臺

項目組按照“驗證型―綜合型―設計型”三層次主線，搭建必修與選修課程相結合、基礎實驗與創新實驗（科學研究、工程應用、學科競賽）相結合的大學物理實驗教學平臺。開設以驗證性實驗為主、綜合性實驗和設計性實驗為輔的大學物理實驗系列課程。開辟大學生課外創新活動基地，通過第二課堂的形式，引導學生積極參與新實驗的開發。開放物理實驗項目，與科研、工程應用有機結合，延伸為大學生課余科研課題。

4 結語

在新工科背景下，大學物理系列課程的設置，既為文管類學生開設了普及性大學物理課程，又為理工科類學生增設了提高性和研究性課程，滿足了不同專業背景大學生的成才需要，使全體大學生都接受物理學的素質教育和物理學思想方法的訓練。另外，項目組建設的大學物理優課程和搭建的多層次的物理實驗教學平臺，可廣泛應用于其他課程，具有很好的推廣價值。