新工科背景下“大學物理”教學與科研融合的研究

［摘 要］ 物理學作為一門研究物質基本結構、運動形式、相互作用和轉化規律的學科，是其他一切自然科學和工程技術的研究基礎。新工科背景下，“大學物理”課堂教學不僅要重視理論基礎，更要與科研創新相融合，為創新人才的培養奠定良好基礎。從新工科背景出發，分析“大物課堂”現狀及存在問題，進一步提出在新工科背景下從課前、課中以及課后多方面著手，如何引發學生的創新以及科研興趣，如何帶動學生創新及科研積極性，如何培養學生的創新思維，建立創新意識，發展其科研創新能力，為國家和社會輸送所需的新工科人才。

［關鍵詞］ 新工科；“大學物理”課堂教學；科學研究；交叉融合

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2025）05-0049-04

為主動應對新一輪科技革命和產業變革，2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，同時先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，構成了新工科建設的“三部曲”，奏響了人才培養主旋律，開拓了工程教育改革新路徑［1-2］。物理學作為一門研究物質基本結構、運動形式、相互作用和轉化規律的學科，是其他一切自然科學和工程技術的研究基礎。課程中的基本概念、基本理論和基本方法是一個科研工作者或工程技術人員科學素養中的重要組成部分。大學作為培養個人能力和塑造未來發展方向的重要階段，不僅注重學科知識的傳授，也注重學生的批判性思維、創新意識和跨學科能力的培養，使學生具備面對未來社會挑戰和職業發展的能力。因此，在新工科的背景下，有必要對“大學物理”課程進行改革，以適應新工科人才培養的需要，為國家和社會輸送所需人才。

一、“大學物理”與科研創新相融合的意義

創新人才培養是新時代我國高等教育的時代責任和歷史使命。面對知識經濟的挑戰，高等學校的教育功能正在從注重傳播知識、單純強調教學職能，轉向強調教書育人和培養全面發展的能力強、素質高、富有創新精神的人才［3］。將科研創新與大學課堂相融合，有利于充分發揮高等學校的智力資源優勢和科研資源優勢，有利于學生科研能力的建立，從而全面推進創新人才的培養。高校教師應積極開展豐富多樣的研究性教學，調動學生學習的主動性和探索精神。大學生應主動參與各種學術交流活動和科學研究，開拓思維方式，提高自身的研究能力和創新能力。所以，只有通過教學與科研的有機融合才能夠從根本上有效提升教學質量和效益，推動高素質創新人才的培養［3］。

此外，“大學物理”與科研創新能力相融合，有利于改變傳統枯燥理論的學習，融入創新研究成果，可以激發學生學習的積極性；從教師角度，也可以充分發揮教師的價值。現在多數高校青年教師都是教學科研型教師，除教學工作外，還有自己專業的研究方向和科研課題，在教學的同時傳播自己的科研課題并激發學生的創新思維，可以讓教師有更強的成就感和自豪感。同時，該過程中也可以發掘具有科研潛力的學生，為自己以后的研究生培養后備軍。

二、“大學物理”課堂教學現狀

物理學作為一門自然科學，存在覆蓋范圍廣、知識涵蓋面大以及知識點繁多等特點。“大學物理”作為基礎課程，為了輔助學校各個專業課程的需求，主要講授內容包括力學、光學、電學、磁學、熱力學以及近代物理學等多方面的知識。但綜觀各大學的物理課堂不難發現，目前大多數教學效果欠佳，造成這種現象的主要原因主要包括以下幾方面：（1）目前大部分高校的“大學物理”課程存在學時少、知識點涵蓋面多的問題，導致課程進展速度過快，學生無法很好地消化課程內容，造成學生實際所掌握的物理知識量與教師所講授的知識量差異較大。大多數學生只是學會了最為淺顯的表面內容，而對于其深刻的物理意義知之甚少。還有部分學生存在“吃老本”的現象，依靠初高中所學知識點來幫助其應對“大學物理”內容。甚至有部分學生為了應付考試死記硬背物理知識，對于一門自然科學學科，這種現象是相當可怕的。（2）“大學物理”課程對學生的邏輯思維能力以及數學思維能力要求較強，所以很多學生由于欠缺相關能力或者知識，造成其物理知識掌握欠佳。例如，“大學物理”的電學部分，除了相關物理知識外，對學生的微積分理解和推導能力要求較強，部分學生由于數學基礎差或者在學電學部分時還沒有學習高等數學，這就造成了他們在“大學物理”課堂解題困難，久而久之就跟不上教師的節奏甚至掉隊。（3）教學大綱存在單一性的問題。“大學物理”作為一門公共必修的基礎課程，面向全學校所有專業服務。但是各個專業實際上對于物理知識點的要求是不一樣的，可現在多數學校存在著全校各個專業講授知識一樣、大綱統一的情況，并沒有因地制宜地開展教學大綱的設計。這就造成很多學生需要花費大量的時間精力去學習與自己專業不相關的知識點，而與自己專業關聯性較強的知識點反而沒有時間去掌握。同時，這也浪費了本就緊張的課堂學時。（4）課堂內容過于枯燥傳統，創新性不強。中國傳統的應試教育造成了學生從小到大的思維模式和學習習慣，大學物理課堂多數也延續了初高中的教學模式和方式，除了在講授知識量和授課速度上的不同，并沒有在教學方式、教學效果上做更多的考慮與提升。而大學是學生步入社會的第一步，是離“學以致用”四個字最近的地方，大學更應該注重培養的應該是學生的思維模式、創新能力以及學習能力，而不再是傳統的灌輸式學習。大學更多的學習時間是在課后，是學生自己的時間，不再有人督促，所以更重要的是要讓學生真正地愛上學習、學會思考，他們才能發展得更好。所以，高校有必要對“大學物理”課堂進行改進，以配合新工科建設的需要，培養出真正的應用型、工程型人才。

三、新工科背景下“大學物理”課堂與科研創新融合的初步探索

創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力。科學技術的本質是創新，科學技術的發展靠創新［4］。隨著新工科教育理念的實施，要求對傳統工科教育觀念進行改變［5］。在教學目標上，新工科正向著培養面向工業界、面向世界、面向未來的卓越工程科技創新者轉變；在教學方式上，新工科教學向著教師講授、學生實踐、師生研討三者有機結合的以學生為中心的教學方式轉變；在教學內容上，新工科向著跨界融合的多學科交叉轉變，既重視傳授理論知識，又注重培養學生的應用能力。注重教學內容中加強自然科學前沿進展、工程實際和其他相關學科知識的聯系，引導學生進入未知的世界及領域，充分激發其探索和創新的欲望，強化對學生的素質和創新意識教育，更好地適應新工科背景下的課程要求。在這樣的背景下，針對“大學物理”課堂的教學方式上進行了如下初步探索。

首先，針對課前預習環節，改變傳統的僅僅憑借學生主觀能動性自主預習的模式，通過雨課堂等多媒體手段，在上課前一周定時推送預習內容、布置相關預習作業。讓學生通過自我預習，先對基礎內容加以了解和熟悉，避免課堂上大量新知識的涌入造成的知識點消化不及時，無法跟緊教師節奏甚至掉隊。同時，在課前預習內容時，有針對性地設置一些與本節課知識點相關的創新性題目。比如，在“光學”課程的提前預習推送中，會讓學生設計一些光路圖，然后帶著在設計過程中遇到的問題來進行后續課程的學習，在學習中找答案，會比無目的的學習更有效果。

其次，針對課堂教學環節，改變傳統教學方式上教師講學生聽的老舊教學模式。充分運用智慧樹、雨課堂等多媒體手段，從課件的制作、展示以及輔助相關視頻內容來吸引學生的注意力，激發他們的學習熱情和積極性。在每一個知識點的分析、講解后，向學生推送習題，通過答題情況統計及時了解學生的掌握情況，及時進行問題糾正，保證課堂質量。在此基礎上，講解每一個知識點與現實生活和科研上的關聯度和應用情況，以及與其所涉及的相關新科研成果，讓學生明白為什么學，有什么用。比如，在講授靜電平衡內容時，可以聯系到電磁屏蔽與吸收的相關研究領域，講授有關雷達探測以及國防安全等相關知識與科學技術手段，使學生建立初步的科學的思想和創新思維，激發學生新鮮感，拓展學生科研知識，培養科研興趣。從本科課堂建立科研意識，這些對開闊思路、激發探索和創新精神、增強適應能力、提高素質都起著重要的作用。再比如，在講授波動光學部分教學內容時，講到光學儀器的分辨本領時，聯系到我國建立的最大射電望遠鏡“天眼”，讓學生初步理解“天眼”為什么建設得如此之大，也讓學生清楚學有所用的具體應用，激發學生的學習熱情；與此同時，也起到了思政元素的引入，培養學生的愛國熱情和情懷。講到X射線的布拉格公式時，對于布拉格公式的應用介紹進一步延伸到課題組研究內容，利用布拉格公式可以進行新材料的分析與研究，讓學生初步懂得，學與用并不遙遠，只要善于思考，科學研究與科研發現就在身邊。充分利用課堂時間，通過在授課過程中不斷地激勵其思考、鼓勵學生大膽提出自己的見解和想法，潛移默化地培養學生的工程思想與創新思維。

最后，針對課后時間，利用線上線下相結合的方式進行知識拓展和進一步的創新培養。主要包括以下幾個方面：（1）教師利用網絡為學生推送動畫、視頻等包含科技前沿相關文獻，并根據內容提出相關問題，學生通過視頻學習、搜索查找相關文獻資料，完成問題，在此過程中培養學生勇于開拓思維，培養理工科學生科學觀察、分析和解決實際問題的能力。（2）建立AI課程，比如“光學AI”課程，學生可以更加直觀、深入地了解和學習光學知識，激發學生學習積極性和學習熱情。（3）對于授課內容采取了全程錄像的模式，學生在課后可以隨時隨地就課堂內容進行回看，以此才能提升學生的學習質量；與此同時，我校開展了每周定期線上線下答疑，對學生的疑問及時解決，以此來提升教學效果，更有利于課外知識的拓展和接納。（4）積極鼓勵學生參加各類競賽，通過競賽既可以做到學有所用，鞏固學生所學知識，又能夠鍛煉學生的能力，建立他們的創新思維模式，為以后的發展打下基礎。（5）我校基礎教研中心還建立了“導師制”培養模式，學院的科研團隊教師作為本科生導師，本科生自主選擇感興趣的研究方向然后進入導師團隊，提前感受科研環境和學術前沿。導師會定期布置文獻讓本科生進行閱讀，并對其進行總結，與導師探討閱讀心得，并利用科研時間進行簡單的實驗操作，真正地身臨其境來體會科研的魅力，為他們的科研能力與科研習慣的培養打下堅實的基礎。（6）優化了考核方式。在新工科的背景下，為了更好地驗證教學模式改變的效果，所以考核方式也必須做出改變。因此，我校改變了只用期末考試卷面成績來衡量學生學習情況的考核方式，采用了“2+2+3+3”的考核模式，即網絡課程學習占比20%，平時成績占比20%，期中考試成績占比30%，期末考試成績占比30%。這種考核模式可以鼓勵學生通過更多的渠道學習，也可以更加積極主動地完成教師布置的相關任務。并且，在期末考試中我們還設置了“非標準化試題”，即設計實驗，該部分主要是考核學生的動手能力，學生通過自己準備相應儀器，完成試題要求的相關設計工作，給出測試數據或實驗裝置等。

四、新工科背景下“大學物理”課堂與科研創新融合的成效分析

對于學生而言，通過在“大學物理”課堂上對科研創新內容的引導和熏陶，使學生對科研有了新的認識，創新能力也有了一定的提升，促進了學生參加創新賽事的熱情。我校學生積極參與省市以及國家的各類科學競賽，均取得了較好的成績。此外，很多學生對一些科研表現出了濃厚的興趣，如對于光纖的發展與應用、隱身材料的類型和發展等，甚至有些學生表示自己終于清楚所學知識可以實際應用在哪里了，找到了今后努力的方向，明確表明自己以后要進行更深入的研究生學習，為國家的發展貢獻自己一份力量。對于教師而言，一分耕耘一分收獲，通過課堂教學的改革，激勵了學生的學習熱情，也激勵了教師的授課熱情，尤其對于年輕教師，這種方式可以很好地把自己的科研成績與教學相結合，讓科學與科研真正地融合起來，讓身為年輕教師的我們更加體會到了授課的樂趣，以及身為教師的光榮。

結語

在新工科的背景下，“大學物理”課堂與科研創新相融合不僅可以提升學生的學習積極性，改善課堂的教學效果，更重要的是培養了學生的創新思維，建立了創新意識，這是對于一個工科院校學生應該具備的基本素質。同時，這也反向激勵了教師提升自己的科研能力，可以更好地指導、引導學生。所以，在新工科的背景下，“大學物理”課堂與科研創新相融合是高等教育，尤其是工科高校發展的必然要求。在今后的教學工作中，我們要不斷探索，不斷發展新的教學方式方法，努力為國家培養出卓越的科技人才。

（課題組成員：姜海麗、歐陽秋云）

參考文獻

［1］李瑞東，趙立珍，袁峰，等.新工科背景下“大學物理”課程的教學探討與實踐［J］.教育教學論壇，2023（23）：149-152.

［2］沈文舒，邱丹，李冰，等.新工科背景下的應用型高校大學物理課程改革［J］.長春工程學院學報（社會科學版），2022，23（2）：139-142.

［3］武荔涵.教學與科研相融合：高校發展的戰略選擇［J］.高教改革與發展，2012（8）：4-6.

［4］侯翠嶺.新工科背景下大學物理課堂教學與科學發展的思考［J］.教育教學論壇，2020（51）：7-9.

［5］馬超，武耀罡，彭志廣.工科大學學生的個性化培養探索［J］.教育教學論壇，2023（52）：15-18.

Research on the Integration of University Physics Teaching and Scientific Research under the Background of New Engineering

YAN Feng， CHEN Yu-jin， LIU Xiao-yu

（School of Physics and Optoelectronic Engineering， Harbin Engineering University， Harbin， Heilongjiang 150001，China）

Abstract：Physics， as a discipline that studies the basic structure of matter， forms of motion， interactions and transformation laws， is the research basis of all other natural sciences and engineering technologies. Under the background of new engineering， college physics classroom teaching should not only pay attention to the theoretical basis， but also integrate with scientific research and innovation to lay a good foundation for the training of innovative talents. From the background of new engineering， this paper examines the current status quo and existing issues in college physics education within the context of new engineering. Furthermore， it proposes strategies to stimulate students' interest in innovation and scientific research， foster their enthusiasm for innovation and scientific exploration， cultivate their innovative thinking abilities， develop their scientific research and innovation capabilities from multiple perspectives such as before， during and after class， training and supplying the new engineering talents needed by the country and society.

Key word： New Engineering; College Physics classroom teaching; scientific research; cross-disciplinary studies

［基金項目］ 2023年度哈爾濱工程大學教學改革研究項目“新工科背景下大學物理教學與科研創新相融合的研究”（JG2023B2513）

［作者簡介］ 閆 峰（1987—）女，黑龍江哈爾濱人，博士，哈爾濱工程大學物理與光電工程學院副教授，主要從事新能源納米材料及電催化研究；陳玉金（1971—）男，黑龍江齊齊哈爾人，博士，哈爾濱工程大學物理與光電工程學院教授，主要從事微納光電材料及應用研究；劉曉瑜（1980—）女，陜西榆林人，博士，哈爾濱工程大學物理與光電工程學院副教授，主要從事光電檢測研究。