大学物理课程改革如何适应“新工科”建设

李旭光，孙锡良，唐英，郑小娟，杨开巍



大学物理课程改革如何适应“新工科”建设

李旭光，孙锡良，唐英，郑小娟，杨开巍

(中南大学物理与电子学院，湖南长沙，410083)

“新工科”建设是中国高等教育顶层设计者着眼于培养创新人才推出的一项重大改革，高校教学必须适应这个改革。文章主要探讨了大学物理课程传统教学模式与“新工科”要求的脱节问题，提出一些适应“新工科”建设的基础课改革方法设计与具体改革措施，以期探索出大学物理教学新模式有效服务于培养复合型人才的新体系。

新工科；大学物理；工程教学；创新型人才

“新工科”是中国教育工作者对于新形势、新环境、新需求下如何培养新型工科学生达成的初步共识，是对于工科学科建设的优化再造和内容升级，以及对于未来工科学生培养目标、培养方式、培养内容的探索[1]。“新工科”必须为新技术、新业态、新产业、新模式的新经济发展服务，必须以产业需求为导向[2]。在工科院校，“大学物理”作为公共基础课，是一门不可替代的学科，在教学实践中起到了承上启下的作用，它对相关理论学科的学习有促进作用，对后续专业课程的学习以及对近代科学技术的了解与掌握具有深远而持久的意义。但是，随着高中教学模式改革的不断深入及大学各工程专业教学内容的快速更新，作为理论基础课的“大学物理”也会面临着诸多与“新工科”要求不相吻合的新问题，为这些即将出现的新问题预置解决方案已经成为当务之急。

一、大学物理传统教学与“新工科”建设要求的矛盾

大学物理作为基础理论课，很少考虑到对工程专业课的知识渗透及与其结合问题，在教学过程中，存在诸多与工程专业需要脱节的地方，归纳起来讲，主要有以下突出问题：

(一)大学物理课程教学内容与“新工科”工程专业课的脱节

在传统的大学培养模式下，无论是理论课还是工科专业课，都更侧重于“知识教育”，忽略了“通识教育”，这就造成大学生在学习过程中“不想吃”(厌学)，而大学生进入企业后，企业又感觉“吃不饱”(学生知识缺陷严重)。“新工科”体系下的理论课不能再专注于为工科生灌输以考试为主的知识，而是要把侧重点转移到与工程应用相结合的通识教育及应用教育。

(二)大学物理传统教学法与工程专业学生对理论课的要求存在脱节

对大学物理课程过去也进行过很多改革创新，但主要是基于新科技背景下的教学手段创新和基于学生课堂兴趣的教学方法创新，极少有基于工科专业实际需求衔接的理论与工程相结合的嵌入式创新，这就造成工科专业学生产生“物理无用论”的错误认识。“新工科”建设对各门课程教学方法的要求更侧重于“互动嵌入式教学”，而不是几十年不变的“灌输式教学”。

(三)大学物3理作为基础课，其评价体系的落后与“新工科”的创新要求存在脱节

近年来，全国各高校都在对大学生考评体系进行探索，试图构建一个能刺激学生主动学习的良性体系。然而，这些探索始终没有离开试卷分数和平时分数的“分数评价体系”。“新工科”对大学生的要求不是分数目标，而是具有“创意－创新－创业”完整能力链条的创新型人才。工程专业必须服务于企业，而理论课必须服务于专业课，大学物理课程应该逐步以“分数+实践”评价体系取代旧的“分数评价体系”。

二、大学物理为适应“新工科”建设而进行的教学调整

“新工科”建设是教育部为适应国家发展的需要而推出的一项重要改革，对各工科院校的基础课也有相应的改革要求，大学物理理论课教学与实践教学如何适应这一要求是我们今后相当长时期内必须考虑的问题，现阶段可以从教学方法和教学环节上做出一些新调整。

(一)以物理教材体系的层次性设计提高本科物理教学的有效性

为提高本科物理教学的有效性，可以物理教材体系的层次性设计开展教学。第一个层次是开设大学物理先修课(选修课)。这门课的主要针对对象是高考未选物理科目的新生，这部分学生物理基础相对薄弱，先修课的教学内容是补足高中阶段的物理基础知识，力图通过这门课使部分新生实现与大学物理的有效衔接，避免出现大面积本科生“理论无根”的局面。第二个层次是开设大学物理必修课，也即过去的工科物理课程。它是为工科专业服务的基础理论课，在所有工科专业中都能起到桥梁作用，新的大学物理课程将更加重视与“新工科”专业改革的同步性。第三个层次是开设物理与高新技术课(选修课)。“新工科”教育对各门课程都有新的要求，不再注重课程的独立性，更关注课程的交叉、融合、复合、拓展和实用，物理的通识性教育必须与现代高新技术的应用型教育打通“筋脉”，用课程体系的创新解决学科之间的壁垒。

(二)以教学内容的时代性实现基础课对“新工科”专业课的理论支撑

从工程应用的角度看，目前世界上最前沿的3D打印技术、生物识别技术、大数据、人工智能等都属于工程专业研究的对象。然而，再从工程的实际支持理论看，它们又可以认为是物理、化学和生物等基础理论知识的应用。也就是说，未来的科技实践将会呈现理论与工程完美结合的趋势，“混血儿学科”可能将成为未来的主流课程。基于为“新工科”服务的大学物理改革，应该把教学内容的创新作为重点方向，物理课程不但要讲“理”，还要讲“工”，最后展现给学生的新体验就是“合”——理工结合。教材，在一个较短的时期内属于相对固化的模板，并不能随时更新。但是，课堂教学的实际过程则可以做到即时更新，应用型工程有更新，理论课教师必须能够适时解释这种更新，比如说材料学专业，过去不讲隐形技术，现在，隐形技术取得突破性发展，材料类专业学生必须了解这一新态势，而对这一技术构成重大理论支撑的就有物理学新理论，大学物理课堂教学必须体现出这类新工科专业课的变化，只有这样，才能让大学生体会到理论课的“活”——物理是最有活力的科学。物理学既是理论科学，又是实践科学，物理教学，既要重视理论传授，也要重视实践指导，从某种意义上讲，物理课程的实践性改革也许将成为未来的重头戏。如果从理论上讲光压概念，也许绝大部分学生无法理解，因为光子的压力完全无法感觉到。但是，如果把一个小小的光压热机带到课堂，用电灯一照射，所有的学生都可以看到热机转动现象，再把原理对照讲解就豁然开朗了。如果利用这个实验再拓展到太阳能的利用，那又是未来“新工科”专业的重要研究方向，好的实践课，可以让学生体验到物理课的“实”—— 能实用的科学。

(三)以新型互动教学模式提高大学生学习物理课程的积极主动性

近些年来，大学物理课程一直在改革，老师们一直在被动接受新的改革模式。但结果却是：老师在台上、台下都动起来了，学生始终不想动，互动的氛围没有形成。为了彻底改变这一窘境，大学物理教学将探索从以下几个方面创新教学模式：第一，继续坚持推进“示范课堂”，在老师准备上课的同时，也要让学生准备上课，学生不只是听课者，也是讲课者，还是课堂问题的讨论者。第二，积极推广“移动课堂”，常规教学内容只能放在教室进行，而非常规教学内容就可以移植到课堂外，比如说拓展讲授天体物理，就可以把学生们带到天底下上课，望远镜中展示的灿烂星空和太阳黑子比课本上的理论就更生动易懂。物理演示实验室是大学物理教学实践中开展多年的创新型实验室，它可以承担“移动课堂”的主要任务。第三，努力开展“创客课堂”，“创客”本就源于美国麻省理工学院微观装配实验室的实验课题，大学物理课程完全有条件在每个自然班组建一个“创客小组”，组织部分有创新思想的工科学生以创新为理念，以客户为中心，以个人设计、个人制造为核心内容，参与到实验课题中来，并且对实现的课题成果由学生享受知识产权。第四，大力推行“在线微课堂”，在信息传播手段多样化的时代，各高校都拥有相当多的全国共享资源课，大学物理和大学物理实验也都是在线共享课程，非常遗憾的是，这些共享课的利用率不高，互动性更差，究其原因，还是吸引力不够，与课堂教学内容的重复性太强。为了改变这一局面，未来可积极探索“在线微课堂”，这是一种由老师分配任务、由学生组织在线直播、供班级集体共享、再由老师在线点评的新型教学模式探索，在线课堂的重点是培养学生的质疑惯性和求真精神，讨论问题典型，时间比较短，解决问题及时，如果能实现“在线微课堂”与“示范课堂”的有效结合，物理课的教学效果必将大大提高。以“四个课堂”为项目创新着力点，争取让学生在大学物理课堂内外都能活跃起来。

(四)以促进学生深度学习为目标的表现型评价创新

深度学习是学生主动型学习，也是学生有目标追求的创新型学习。以往的分数评价模式很难激发学生创新，只能激发学生迷恋分数。如果按照“新工科”对学生的要求，“新理念、新结构、新模式、新质量、新体系”必须成为新工科学生的评价考核指针，“五新标准”应当成为大学物理课程新评价标准改革的参照物[3]。把这五个标准具体落实到大学物理这门课上面，可以细化为以下几个操作性较强的评价办法：课堂表现评价、课外集体协作评价、理工结合能力评价、实践创新能力评价、课程考核分数评价。用“五个评价”来适应新工科人才的“五新标准”。

(五)以平台为依托，不断增加学生的实践机会

“新工科”建设的内涵在于提高学生的适应变化能力和工程创新能力。所有高校在进行新工科建设的过程中，都要拓宽大学生校内及校外实践渠道，与社会、行业以及企事业单位共同建设实习、实践教学基地[4]。

高质量的实习基地是实践教学环节正常实施的重要保障，是培养工科优秀人才实践能力、科研素养、创新意识与创新能力的重要平台。因此，在大学物理教学环节中应该继续提高对演示实验室及校级科普基础设施的利用率，让所有学生在理论学习与实践体验中实现相互贯通并产生创新灵感。国家有推动实现工科学生实践环节的“千生计划”，各大学应该努力实现物理教学环节实践平台的“百人计划”，即至少保证100名本科生同时接受演示及创新实践教学。

三、大学物理为适应“新工科”建设进行教学改革的具体措施

(一)探索构建适应“新工科”发展要求且具有较强示范性的大学物理新课程体系

大学物理课程的改革既有“新工科”建设的要求，也有高考改革触发高中生选课多样化引起的新要求，搞清楚高中阶段的课程变化规律，大学物理的改革才有针对性和实用性。

大学物理新培养方案的拟定应该以“物理教学紧跟国际化水平”为标准、以“物理教学服务于新工科建设”为要求，着力推进物理学的创新文化，培养学生深度学习的能力，争取编出一套具有“物理理论与工程应用相互嵌入”特色的新培养方案。基于“新工科”需要的大学物理课程体系建设将围绕三个环节展开：一是先修课(选修课)，二是工科物理必修课，三是物理理论在工程技术领域应用拓展课。“三课”的特点整体表现为应用性、开放性、创新性、交叉性和示范性。

(二)探索适应“新工科”建设的大学物理教学新方法

教学方法必须服务于教育内容，教学内容必须服务于培养对象，所以，大学物理教学新方法的探索将以“突破师生淡漠”为目标，通过教学方法的革新实现大学物理课堂内外的“双声道共鸣”。老师和学生要实现共鸣并不容易，必须在两者之间找到共通点。一是要有理论认识共通点，二是要有知识传播方法的共通点，三是要有适应新科技传播手段的共通点。大学物理老师尽可能选择自己最为熟悉的工程专业，学生学习物理课，老师学习专业课，经过几年的磨合，基础理论课老师就可以相对轻松地做到理论与某类专业相结合，教与学之间的共通性就得以建立。传播方法的创新，一方面可依赖“四个课堂”的推广，另一方面还要适时跟进科技发展的新成就，避免给学生留下普遍的“老朽形象”。至于传播手段，最值得关注的莫过于“物联网”在大学物理教学过程的应用，如果理论教学能够物联网化，学生无论是学习兴趣还是学习效率，都必将踏上一个新台阶。

(三)整合资源，构建一整套服务于“新工科”的物理教学资源库

大学物理作为一门基础课，几十年来能够共享的资源除了教材就是教案，这与大学物理作为纯粹理论课的历史认知是密切相关的，没有赋予它更多的培养责任。如果要适应“新工科”建设的需要，大学物理教学资源的建设与储备就非常重要了，做好与各工程专业的嫁接融合是系统工程，需要投入极大的人力和物力。特别要指出的是，不同的大学，其专业侧重点不一样，资源的独特性还需要在物理教学中表现出来，这也是与过去大学物理教学资源共享性不同的地方。在今后较长时期内，大学物理教学工作者需要建设的资源体系主要有：理论课课件、演示实验课视频、示范课堂互动视频、移动课堂视频及书面总结、在线微课堂视频、创新项目设计及创新成果报告、物理理论与专业理论相结合的新物理教材体系。

四、结语

“新工科”建设重在一个“新”字，大学物理教学改革也必须把工作重点放在创新上面，而创新的重点又要落在与工程专业交叉融合上面。大学物理课程首先必须能够让本科学生感受到其“有用性”，大学物理课堂必须能够体现师生的互动性，大学物理必须能够为最新科技发展提供理论支撑，如果能够把物理理论与专业理论教学有效融为一体，再辅之以最能调动学生积极性的教学方法，大学物理课程必将保有持续的科技生命力。

[1] 胡波,冯辉,韩伟力,等.加快“新工科”建设,推进工程教育改革创新——“综合性高校工程教育发展战略研讨会”综述[J].复旦教育论坛,2017(2):20-27.

[2] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017(3):1-6.

[3] 周开发,曾玉珍.新工科的核心能力与教学模式探索[J]. 重庆高教研究,2017(3):22-34.

[4] 林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究,2017(2):26-35.

G641

A

1674-893X(2018)03−0129−04

2017-11-25；

2018-06-08

李旭光(1965—)，男，浙江永康人，中南大学副教授，主要研究方向：理论物理、医学物理；孙锡良(1968—)，男，湖北武穴人，中南大学副教授，主要研究方向：冶金物理、物理实验，联系邮箱：1113518618@qq.com；唐英(1964—)，女，四川成都人，中南大学教授，主要研究方向：激光光学；郑小娟(1971—)，女，湖南隆回人，博士，中南大学副教授，主要研究方向：量子物理；杨开巍 (1984—)，女，湖南常德人，博士，中南大学讲师，主要研究方向：理论物理

[编辑：何彩章]