大学物理教学改革探索

［摘要］在培养应用技术型人才背景下，大学物理教学是培养学生的动手能力、逻辑思维能力以及解决实际问题的能力为目的。该文结合大学物理与应用技术型办学理念，通过对其课程体系、教学手段、考核方法等改革的思考，使得大学物理学课程的设计思路具有应用技术型特色的工科大学物理学课程。

［关键词］教学改革；多元化；专题实践

培养应用技术型人才是许多本科院校的主要目标，本科教育是重中之重，以培养应用技术型人才培养也是作为我校的核心使命，并面向高端产业发展需求，培养具有国际视野、工匠精神的高水平工程师、设计师等高端应用技术型人才。这需要引导学生参加更多的社会实践、参与各个领域的创新项目中，将理论与实践相结合，学会用物理模型解决专业中遇到的难题。大学物理是培养学生的动手能力、逻辑思维能力以及解决实际问题的能力为教学目的[1-3]，通过对其课程的设计思路、教学方法、考核手段等的改革，使大学物理与应用技术型办学理念相结合，改善学生的思维方式，从新的角度认识世界，引导学生利用研究型的思维方式解决专业问题，让学生更好从感官和理性两个角度的接受知识。目前大学物理的教学体系基本延续的是20 世纪的基本成果和理念，如80%的内容是经典物理的范围，这些内容对前沿科学的涉及比较少，近代物理的内容也没有充分体现近几年高速发展的交叉领域的理念和思想，相关的物理模型没有得到进一步拓展和阐述。自2020 年新冠肺炎暴发以来，兴起的网络教学模式，也促进了广大教师们对教学改革的思考。在教学方式上，传统的教学方式过多地强调了物理基本理论知识的学习和掌握，学生的计算量还是比较大，应用性不大。缺乏与应用技术型专业前沿科学的联系。为了达到我校培养创新型、实践型、应用型技术人才的目的，把大学物理课程的学习与各个专业相结合，将各专业的研究成果和科技前沿作为教学案例引入到课堂中，传统教学、网络教学等模式相结合，为学生后来的学习专业相关课程的关键性物理概念提供便利和基础。通过吸引学生的注意力，激发他们的逻辑思维能力、自学能力以及发现问题和解决问题能力的提升，最终实现教学质量的提高。通过改革大学物理的教学模式，以培养学生的动手能力和分析解决实际问题能力为教学目的，使得大学物理学课程的设计思路具有应用技术型特色的工科大学物理学课程。

一、优化教学内容体系，扩展交叉学科衔接

物理学是自然科学中一门十分重要的基础学科，是研究物质与物质的相互作用规律的一门科学，在本科教育中对于培养和提高学生的科学素质具有不可替代的作用。因此，对大学物理教学内容体系进行研究和改进具有很重要的现实意义。虽然现在人们已经开始重视实验教学和注重学生创新能力的培养，应用技术型高校的大学物理学课程除了扩大学生的知识视野和丰富感性知识外，还肩负着对大学生进行科技创新能力综合素质培养的重任。因此，要通过对大学物理课程的设计思路进行改革，使其适用于应用技术型高校特色的工科大学物理学课程[4]。近期国内外许多研究者都在以物理学为研究基础探索与其他专业学科的跨门类边缘交叉学科。例如在生物医学工程专业领域，也催生了许多交叉学科如生物物理、细胞的物理生物学等。许多基本的物理学可以直接用来理解生物系统的行为；在材料专业领域，材料物理学是物理学与材料学的一门交叉学科，涉及了物理学中的一些分支如热力学、统计物理、量子力学、固体物理等。在设置教学内容体系时，以大学物理课程为基础，整合其他领域如生物学、生理学、材料学以及半导体等相关课程。形成一个完整的交叉学科教学体系，优化教学资源，适应社会发展的需要，注重基础学科建设，通过交叉学科建设提升大学职能的水平、完善学科结构、促进学科的发展。将科学前沿以及各专业的研究成果作为教学案例引入到课堂中。根据具体事例，通过物理学的方法识别出其中尚待解决的关键问题，促进学生进一步的探索学习。人类的进步与发展和物理学理论和实验技术的发展密切相关的。例如在生物学方向，人们在研究生物系统发展出来的理论框架都具有明显的数学特性，这些特性可具体体现在热力学和统计力学来理解生化反应的理论中。通过物理学中模型的建立，可以在特定的生物过程中描述其关键要素和解释它们如何发生相互作用。美国著名生物学家菲利波斯等人在著作《细胞的物理生物学》中也提道：“少数几个恰当的基本物理模型便可作为全部定量生物学知识的基础，从而有效地将表面上无关的各种生物问题统摄在一起。”

二、完善多元化教学手段，开拓学生创新思维

之前的理论教学注重知识的连贯性，系统性，完整性，追求在有限的时间内给予学生更多的知识，学生的兴趣不能得到充分调动。多元化教学手段将重新调整课堂内外时间，将部分学习的决定权从教师转移给学生。通过吸引学生的注意力，激发他们的逻辑思维能力、自学能力以及发现问题和解决问题能力的提升，最终实现教学质量的提高，为学生提供更多的学习物理和实践物理的机会。有必要开设一系列的物理与专业挂钩的创新课题和专业认知，如将生物、材料、医学、工程中的研究成果作为教学案例引入到课堂中。一方面给同学从专业特色角度了解物理，另一方面，可以拓宽学生视野，学习物理的思想和方法，了解物理的工程应用，提高学生的创新能力。工科院校则要求学生掌握生物、电子、材料等专业和物理相结合的知识范畴，但同时课时和场地等客观原因使部分教学内容及实验课程难以达到理想的教学效果，为教学及学习带来了新的挑战。可采取多种教学手段激发学生的学习兴趣，加强教学过程性考核的方式，转变学生的学习方式，培养学生的主动性和创造性，如MOOC教学、翻转课堂、学术派对、专题讨论、专业项目等混合式教学模式。通过完善大学物理的教学手段，以培养学生的动手能力和分析解决实际问题能力为教学目的，使得大学物理学课程的设计思路具有应用技术型特色，打破传统教学方法的限制。在实施过程中，教师可将教学过程以及实验项目录制成MOOC课程或者教学视频。学生自主选择感兴趣的课题及内容，经过自主学习、教学视频辅助、展开小组讨论以及创新实验等环节，发现、分析并解决问题。“翻转课堂”和MOOC课程的实施有助于提高学生的学习兴趣、调研能力和主观能动性。在现在充满信息的社会大环境下，MOOC课程类的等网络教学还具备与其他教学相比有许多的优势，尤其是刚起步的学校，建设和完善大学物理课程网络资源，可以帮助学生可以了解与大学物理有关的信息，如前沿动态，物理百科，物理教材，教学视频，互动论坛等等，网站可以给予同学学习物理很多好的建议与资源，引导帮助学生自学。2020 年的新冠肺炎疫情暴发，各大高校响应教育部“停课不停学”要求，纷纷开启了网上教学模式，“腾讯课堂”“腾讯会议”“Welink”等平台通过网络拉近了学生与老师的距离，从而使课堂打破了空间的限制和时间的限制，同学们通过回放等功能随时随地都能观看和学习课程，教师可以通过平台进行统计学生的学习情况和反馈。网络课程以独特的优势，颠覆了传统的教学方式。也正因为这种多元化的教学模式，这种革命性的变革促进了对教学改革的思考。我们有理由相信这种教学模式将会成为大学课堂甚至中小学课堂教学的一部分。但是目前网络课堂、翻转课堂与MOOC课程在具体执行中还是具有诸多不确定性因素，如克服部分学生面对电子产品其他方面（电影、游戏等）的诱惑、克服学生惰性的产生等。另外，可以增设大学生创新等项目，由学生作为主导申请。在项目实施的过程中，将学习和探索的决定权从教师转移给学生，提升学生的创新性、自主性，重新调整课堂内外时间，但如何兼顾到每位同学，操作流程上仍然需要进一步探索和优化。

三、建立多样化考核机制，促进学生全面发展

多元化教学手段必然需要将打破传统考核方式，实现考核形式多样化。对于应用技术型的高校，合理安排考核学生成绩的分值比例，监督学生在平时学习的进程，同时也能改变传统课堂教学方式、课堂教学过分注重知识的单向传递等现象。制定适合大学物理课程的考核机制，加大过程性考核分数的比重，全面提高学生的学习能力和实践能力，提高综合素质，促进学生全面发展。以我校大学物理教学班某班为例，教学环节涉及了传统课堂讲授、实验课、专题项目、网络授课等多种形式，因此制定的考核标准需要根据具体实施的效果并兼顾学生在学习过程中接受知识的主动性等方面综合调整，确保达到促进学生全面发展的目的。传统课堂讲授和实验课的考核已经趋于成熟；专题项目的形式比较灵活，主要体现在帮助学生运用所学知识结合物理思维，提升“学以致用”、分析问题解决问题的能力。主要可从三个方面进行考核：其一，与专业挂钩的创新课题和专业认知的考核，物理在学习过程中最主要的是对同学们学习思维的培养，不只是为了学习知识，而且要懂得应用知识，增强理论联系实际和实际动手操作的能力，为将来成为具有创新型的应用技术型人才打下一定的基础；其二，学生通过参与专业相关的大学生创新项目，深刻领会物理学的思想和方法，将更加熟悉物理模型在专业领域的应用，如目前已经成功实施的有角动量守恒应用在“倾转式垂直起降固定翼无人飞机开发”，能量守恒以及共振理论运用在“可调占空比无线充电技术开发”等；其三，“翻转课堂”由于打破了传统教学模式，将学习的决定权从教师转移给学生，培养学生自己提出问题、分析问题和解决问题的能力以及提高科学素质及科技创新意识。因此专题项目这一环节考核的重要性不言而喻。网络授课的考核也至关重要，在今年新冠肺炎疫情的冲击下，网络课程几乎占了所有2020 年春季的课程。课程中灵活运用了电脑、手机等电子产品，并在各个平台来回切换，如我校大学物理某班，网络课程采用了“腾讯课堂”软件，平时学习交流和信息公布采用了“微信群”的功能，作业的提交和批改则用了“QQ群”里的作业功能。网络课程的优势很明显，同学们可以利用回放功能补上没来得及学习的课程，也可将难点重点反复观看学习。但网络授课也面临着学生主动性较差、自制力较弱等问题，因此这部分考核比较复杂也不容易定性。以下方法仅供参考，（1 ）学时的统计，方法比较常规，但不可避免有些同学打开后就不在专注，因此这部分不太好定性；（2 ）不定时不定量网络签到制度的实施，随时抽查学生是否在线，或者是否跟随课堂进度，配合学时的统计判断学生学习的有效性；（3 ）课堂互动的评判，将学生参与课堂互动的程度和次数纳入考核中。最终某班的成绩按照一定的比率进行加权平均，如总评成绩由两部分组成：平时成绩和期末考试成绩，其中平时成绩占60%，期末考试成绩占40%。平时成绩60%的分配是根据作业与考勤（占20%）、专题实践（占20%）、平时随堂测查和期中考试（占20%）来评定。这个分值安排降低了期末成绩的权重，将实行的学习过程性的考核，有利于促进和培养学生学习的主动性。专题实践主要是鼓励学生发现问题解决问题，培养学生组织能力、团队合作能力。分数的评定标准可根据项目、论文、报告的原创性和知识体系的相关度进行评分。但是由于学生之前很少接触类似项目专练，考核标准以及形式需要时间来进一步强化和细化。将实践成果引入到考核体系中，有望缓解高分低能的现象，促进学生全面发展。结论在应用技术型培养理念下，大学物理教学改革通过在优化教学体系，实现多元化教学手段辅助以及多样化的考核制度等方面，已经取得了一定的成效。合理使用各种教学手段，充分发挥各种教学手段的优势，注重启发式、讨论式等多种行之有效的教学方法，通过与专业相关的专题研究、创新项目、实习实训等的开展，可以培养并开发学生的创新性和自主性。但多元化教学以及多样化考核在具体执行中具有诸多不确定性因素，具体执行方案然需要进一步优化。需要兼顾学生在学习过程中接受知识的主动性等方面综合调整，确保达到促进学生全面发展的目的。

［1 ］李智，张朝晖.以“科研引领实验教学”理念，推动物理实验教学的改革和团队建设［J］.物理与工程，2018，38(3):23-27 ．

［2 ］王立英，米文博.新工科建设中物理学前沿研究深入本科教育的探索与实践［J］.大学物理实验，2020，33(1):107-111.

［3 ］张春丽.PBL教学模式在大学物理教学模式中的应用研究［J］.教育教学论坛，2017，(30):185-186.

［4 ］彭荣荣.应用技术型转型理念下民办高校大学物理实验教学模式的改革与探索［J］.物理通报，2017，(11):98-100.