基于新工科背景的大學物理課程建設與實踐

摘 要 為加快新技術研發，加快工業革命進程，培養高素質工科人才，2016年我國首次提出新工科概念，指明了后續工科人才的培養方向。大學物理作為工科重點基礎學科之一，對推動新工科發展，培養新工科所需的具有國際競爭力的復合型人才具有重要作用。文章基于新工科背景，針對大學物理課程建設工作展開詳細論述，以期為同類院校大學物理課程改革提供有益借鑒。

關鍵詞 新工科；大學物理；課程建設

中圖分類號：G642 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.05.013

Construction and Practice of College Physics Curriculum Based on the

Background of New Engineering

SU Caixia， YANG Cuihuan

（Zhengzhou Technology and Business University， Zhengzhou， Henan 451450）

Abstract In order to accelerate the research and development of new technologies， accelerate the process of industrial revolution， and cultivate high-quality engineering talents， China first proposed the concept of new engineering in 2016， which pointed out the direction of cultivating engineering talents in the future. University physics， as one of the key fundamental disciplines in engineering， plays an important role in promoting the development of new engineering disciplines and cultivating internationally competitive composite talents needed for new engineering disciplines. Based on the background of new engineering disciplines， this article provides a detailed discussion on the construction of university physics courses， aiming to provide useful references for the reform of physics courses in similar universities.Keywords emerging engineering education; college physics; curriculum construction

1" 研究背景

新工科旨在培養具有創新精神、實踐能力和國際視野的高素質工程技術人才，以滿足新經濟、新業態對人才的需求[1]。在此背景之下，大學物理的教育理念和教學模式也面臨著新的挑戰和機遇。大學物理是理工科學生必修的基礎課程之一，它為學生提供必要的物理基礎知識，培養學生的科學素養、邏輯思維能力和解決問題的能力[2]。在新工科體系中，大學物理課程更是承載著連接基礎理論與工程實踐、培養學生創新思維和跨學科能力的重要使命[3]。加強大學物理課程的建設與改革，對于提升新工科教育的整體質量和水平具有重要意義。

2" 當前大學物理課程教學中存在的問題

2.1" 教學內容陳舊

當前，大學物理課程的內容仍以經典物理學為主，如力學、電磁學、熱學、光學等，這些內容雖基礎且重要，但與現代科技、產業的需求存在一定脫節。現有大學物理課程通常涵蓋力學、電磁學、振動與波及波動光學、熱學和近代物理等五個模塊，這些模塊的知識體系大多形成于20世紀之前，主要服務于當時的工業和科技需求[4]。然而，隨著科技的飛速發展，如量子計算、納米技術、人工智能等新興領域對物理知識的需求日益增長，傳統的教學內容已難以滿足新時代工程技術人才培養的需求。

2.2" 理論與實踐脫節

傳統大學物理課程的重點為理論知識傳授，忽略實踐教學重要性。學生雖能掌握一定的物理理論，但在解決實際問題時往往感到力不從心[5]。這種理論與實踐培養的脫節，導致學生難以將所學知識應用于實際工程中，從而降低了學習的積極性和興趣。學生缺乏將理論知識轉化為實踐技能的有效途徑，導致學習興趣不高[6]。

2.3" 教學模式單一

傳統教學模式以教師講授為主，學生被動接受知識，缺乏主動思考和互動交流的機會。在新工科背景下，學生需要更多的自主學習和探究空間，以及更加靈活多樣的教學方式來滿足其個性化學習需求[7]。然而，傳統的教學模式往往難以滿足這一需求，導致學生學習積極性不高，學習效果不佳，影響學生個性化發展。

3" 新工科背景下大學物理課程的建設策略

3.1" 改革教學內容

為了適應新工科背景下工程技術人才培養的需求，須對大學物理課程的教學內容進行改革。應引入現代物理學和工程物理學的新知識、新技術和新方法，打造多層次的課程體系，具體架構如圖1所示，旨在使大學物理課程內容更加貼近現代科技和產業前沿。例如，教師在講解機械振動和機械波時，可引入海嘯中駐波分析的內容，讓學生了解波動現象在自然災害預測和防范中的應用；在講述電磁波時，可介紹冶金中電磁攪拌、電磁凈化、GPS導航、北斗導航系統等現代科技應用，讓學生感受電磁波在工程技術中的重要作用[8]。同時，教學中還應增加相關實際工程應用案例，使理論知識與工程實踐相結合，通過案例分析，學生能更好地理解物理知識的實際應用價值，提高學習的興趣和積極性。例如，在教授力學部分時，教師可結合土木工程中的結構力學問題，分析橋梁、建筑等結構的受力情況和穩定性；在教授電磁學部分時，可結合電力工程中的電磁場問題，探討電磁波在電力傳輸和通信中的應用[9]。

3.2" 創新教學模式

為了激發學生的學習興趣和主動性，教師需對大學物理課程的教學模式進行創新。教師可采用線上線下混合式教學，將線上學習與線下實踐相結合，為學生提供更加靈活多樣的學習方式。線上學習包括視頻教學、在線討論、作業提交等，讓學生隨時隨地進行自主學習；線下實踐則包括實驗操作、項目研究、學術講座等，讓學生有機會將所學知識應用于實踐，提高實踐能力和創新能力[10]。例如，教師可選取幾種感生電動勢在工程應用中的案例，讓學生按專業或興趣選擇案例進行深入研究。學生通過線上查找資料、觀看視頻、參與討論等方式進行自主學習，然后在線下進行實驗操作或項目研究，將所學知識應用于實際問題的解決中[11]。學生可在線上分享自己的研究成果和心得，與其他同學進行交流和互動，形成良好的學習氛圍。

3.3" 改革實驗教學

實驗教學是大學物理課程的重要組成部分，對于培養學生的實踐能力和創新能力具有重要意義。然而，傳統的實驗教學往往過于注重實驗操作的規范性和準確性，而忽視了實驗的創新性和探究性。為了改變這一狀況，須對實驗教學進行改革。①強調實驗的創新性，鼓勵學生自主探究和創新實驗。教師可設計一些開放性的實驗題目，讓學生根據自己的興趣和專業知識進行選擇和探索。例如，在光學部分，選擇經典內容為研究案例，組織者學生針對貴州平塘設計的500m口徑球面射電望遠鏡展開研究，使學生掌握望遠鏡的分辨率和觀測原理，并進行相關的實驗設計和操作。這樣的實驗不僅鍛煉了學生的實驗技能，還可激發他們的創新思維和探究精神。②提高實驗教學的實踐性和應用性。教師結合工程實際問題，設計一些與工程應用緊密相關的實驗項目，讓學生在實驗中體驗工程實踐的過程和樂趣。例如，在電磁學部分，設計一些與電力傳輸和通信相關的實驗項目，讓學生了解電磁波在電力工程和通信工程中的應用情況，并進行相關的實驗操作和分析。

3.4" 構建課程TA制

為了增強師生互動和教學效果，可構建課程TA制（Teaching" Assistant，助教制度）。選拔高年級優秀學生擔任助教，協助教師進行課程教學和管理工作，提高學生的參與度和責任感，為教師提供有力的支持。助教可協助教師進行課堂管理，如組織課堂討論、收集學生反饋、解答學生疑問等；助教可協助教師進行實驗教學，如準備實驗器材、指導實驗操作、批改實驗報告等；助教可參與課程內容的制定和修改，為教師提供教學建議和意見。如在力學部分的陀螺實例教學中，助教可協助教師準備陀螺模型和相關實驗器材，指導學生進行實驗操作和數據記錄；助教還可組織學生進行小組討論和分享會，讓學生交流自己的學習心得和體會，形成良好的學習氛圍。通過構建這樣的TA制，可提高學生的學習效果和實踐能力，培養他們的團隊協作精神和領導能力。

4" 實踐案例與效果評估

4.1" 實踐案例

為了驗證上述建設策略的有效性，本文選取了三個實踐案例進行說明。

4.1.1" 力學部分：陀螺實例教學

以陀螺為實例，了解在重力矩作用下陀螺如何做定點運動，并延伸到天文學知識中。通過陀螺模型的實驗操作和數據分析，學生可深入理解力學中的剛體轉動和角動量守恒等概念，并了解其在天文學中的應用。通過小組討論和分享會，學生可交流自己的學習心得和體會，加深對力學知識的理解。

4.1.2" 波動部分：二胡發聲規律探究

以二胡的發聲規律為案例，探討駐波的特點和形成機制。通過對二胡模型的實驗操作和聲音分析，學生可以了解波動現象中的駐波和行波等概念，并探索二胡發聲的物理原理。此類型的實踐案例可以幫助學生感悟物理的魅力，主動參與學習。

4.1.3" 光學部分：3D眼鏡原理探究

以3D眼鏡為案例，探討光的偏振特性和立體顯示技術。通過對3D眼鏡的觀察和原理分析，學生可以了解光的偏振現象和立體顯示技術的原理，并探索其在現代科技中的應用。這樣的實踐案例不僅可以拓寬學生的知識視野，還可以培養他們的創新思維和跨學科能力。

4.2" 效果評估

為了評估上述實踐案例的效果，課程組進行了以下兩方面評估。

4.2.1" 學生對新教學模式的反饋與滿意度調查

通過問卷調查和訪談等方式，課程組收集了學生對新教學模式的反饋和滿意度情況。結果顯示，大部分學生認為新教學模式更加生動有趣，能夠激發他們的學習興趣和主動性。同時，憑借實踐案例學習和實驗操作，學生能夠更好地理解和掌握物理知識，并將其應用于實際問題的解決中。此外，學生還對助教制度表示了高度的認可和贊賞，認為助教為他們提供了更多的學習支持和幫助。

4.2.2" 學生在實驗技能和創新能力方面的提升情況

通過對比學生在實驗前后的表現和創新成果，課程組評估了學生在實驗技能和創新能力方面的提升情況。結果顯示，學生在經過實踐案例的學習和實驗操作后，實驗技能得到了顯著的提升。他們能更加熟練地操作實驗器材、記錄實驗數據和分析實驗結果。同時，學生的創新能力也得到了鍛煉和提升。他們能夠運用所學知識進行自主探究和創新實驗，提出新的想法和解決方案。這些成果體現了學生在實驗技能和創新能力方面的進步，也驗證了上述建設策略的有效性。

5" 結論與展望

在新工科背景下，大學物理課程的建設與改革取得了顯著的成效。通過引入現代物理學和工程物理學的新知識、新技術和新方法，以及增加與實際工程應用相關的案例，課程內容更加貼近現代科技和產業前沿。通過創新教學模式和改革實驗教學，激發了學生的學習興趣和主動性，提高了其實踐能力和創新能力。通過構建課程TA制，增強了師生互動和教學效果，為學生提供了更加優質的教學服務。展望未來，大學物理課程將繼續朝著更加現代化、實踐化和創新化的方向發展。

參考文獻

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