新工科建设背景下应用型本科院校大学物理课程教学的改进思路

陈超 蒋丽源 王瑛琪

【摘 要】本文以桂林航天工业学院为例，在新工科建设背景下，分析改进应用型本科院校大学物理课程教学的必要性，从课程内容和教学方式两方面论述大学物理课程教学改进思路：进行教学内容的优化与高等数学内容的补充，采用实例活用、合作课堂、课程练习信息化等多样化教学方式。

【关键词】新工科建设  应用型本科院校  大学物理  教学内容  教学方式

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2019）04C-0048-02

近年来，国内经济正处在升级转型之际，社会生产领域对各种复合型人才的需求快速增长，社会对高校人才培养提出了更高的要求。在此背景下，开展新工科研究与实践的热潮席卷而来，国内多个老牌高校已经积极投身其中。纵观欧美、日本等先进国家近20年的高校课程教学改革历程，他们围绕“学科间交叉综合”的主要思路展开教学改革，大规模开发和使用MOOC等在线课程资源，为学生创造了全天候学习的条件，取得了良好的效果。乘着新工科建设的东风，桂林航天工业学院也开展了大学物理课程教学改革研究工作，以促进课程教学质量的提升。本文拟以桂林航天工业学院为例，探讨大学物理课程教学改进思路。

一、改进应用型本科院校大学物理课程教学的必要性

应用型本科院校的办学目的是为社会培养高素质的应用型人才。大学物理课程是工科专业人才培养方案中必不可少的基础课，能够为学生提供专业必备的物理概念和物理规律等知识，锻炼学生的思维能力，是一门十分重要的基础课程。

目前桂林航天工业学院大学物理课程的开设情况与众多老牌高校有所不同，主要体现在以下两个方面：一是课程分配学时是80个课时，学时数偏少，国内老牌学校一般是分配112个课时。课程学时偏少而课程内容多，难以进行课程的深入学习，客观上增加了课程学习的困难。二是大学物理课程开设在第二学期，大学物理实验课程开设在第三学期，两者时间上不一致，实验与理论互相验证的过程严重脱节。另外大学物理课程和高等数学之间授课进度不一，出现课程使用的数学知识在高数课堂还未讲授的情况。而国内老牌高校一般理论课程和实验课程都开设在第三、第四两个学期，理论与实验两部分的教学能够同步，数学知识也满足课程教学的需要。

大学物理课程中内容覆盖面广，知识点分散，学习难度较大，容易让学生产生厌学情绪。应用型本科院校对物理课程的学习要求侧重物理概念理解和规律应用，对定律建立的繁杂计算过程要求不高。如何组织和优化教学内容，贴近学科专业需求，突出应用性，采用怎样的教学方式，提高教学效果，是目前亟待解决的重要问题。

多数物理课程的教师，特别是新进的教师，课程教学的思路普遍停留在着重理论分析、定理定律推演，对新工科建设缺乏了解，忽视物理知识向各工程专业迁移，与其他工程专业结合度欠缺。因此，改进课程教学，有利于促进教师团队教学理念的转变和业务能力的提升。

二、大学物理课程教学改进思路

（一）教学内容优化与补充。在新工科建设背景下，需要思考一个问题：在保证教学内容相对完整性的前提下，课程内容如何向不同专业延伸，延伸的深度和覆盖面怎样选择？我们在分析各工科专业的人才培养方案，以及与相关专业教师开展研讨的基础上，形成一份不同学科专业对大学物理课程的需求报告。以需求报告为基础，删减部分课程内容，补充部分新内容，构建能够满足专业培养需要的教学内容。

1.教学内容的优化。以桂林航天工业学院为例，目前该校的本科工科专业涵盖了电子类、机械类、能源类、通信类、汽车类和计算机类等专业，没有集成电路制造等和量子力学密切相关的专业。考虑到教学内容的相对完整性，可将课程内容分成力、热、电、光和近代五个部分内容，力、热、电、光作为主要讲授内容，近代部分内容做成专题。根据各专业对课程的需要，节选力、热、电、光的部分内容，补充部分延伸到各专业的内容，经过二次组合优化，形成相对完整且有较好专业融合度的教学内容。

例如对于机械类的专业，在力学部分增加力系、力偶、受力分析、力系平衡、两体问题和刚体运动和平衡方程等内容，减少热学、电磁学和光学的内容。这样安排的教学内容对机械类专业的学生是比较合适的，增加的力学内容为学生后续工程力学和理论力学的学习做好了铺垫。

对于汽车类专业，在力学部分增加质心、两体问题、刚体运动和平衡方程、机械振动理论和振动的控制原理等内容，减少热学、光学的内容。这样的教学内容加强了与专业的相关性，能满足专业对力学和电磁学内容的需求。

此外，对于通信类专业，适当增加电磁理论部分的内容，减少力学和热学两部分的内容。对于测控类专业，在电磁学部分增加传感器内容介绍，减少力学和热学的内容。对于能源类专业，增加流体力学、热流体等少量内容，在热学内容中延伸到工程热力学等内容，减少电磁学和光学的内容。近代物理部分以专题方式适当介绍，罗列参考资料，点到为止。

2.高等数学内容的补充。由于大学物理课程开设在第二学期，会出现提前使用部分数学知识的问题。例如在解决运动学的第二类问题时就需要用到定积分的知识，而此时数学课上还没有讲授定积分内容。因此，需要补充少量的数学内容，这些补充内容不求深入、全面，能达到理解物理概念即可，目的在于解决学生对知识的理解障碍和消除心理上的恐惧。

（二）教学方式多样化。优化后的教学内容，配合有效的教学方式，才能引导学生主动参与课程学习，提高学习效率，进而提升教学效果，达到课程的教学目标。

1.实例活用。将生活中的例子与课程知识点相连，能够引起学生对课堂的关注。例如讲授质点运动学中运动方程的内容时，可以事先展示GPS定位系统的实物模型，介绍广泛应用的卫星定位技术，然后向学生提出如何精确定位的问题，用发散思维方式引出空间位置的量化和运动方程概念，再收拢思维到利用任意四颗不同卫星的信号建立四个运动方程，求解方程得出质点任意时刻的空间位置。在讲授系统动量守恒的内容时，展示气球在排放气体过程中气球的反冲运动，引导学生分析系统受力和运动特点，归纳系统的动量守恒定律，进而延伸到动量守恒定律的应用—— 火箭发射。在講授力矩相关内容时，可以结合乒乓球技术中的旋转球或弧圈球来展开。在讲授电磁屏蔽相关内容时，可以做个简单的现场实验，把A学生的手机放入一个密闭金属奶粉盒，然后其他学生都打不通该学生的电话，一个很普通的金属奶粉盒就能够展示电磁屏蔽的现象。这种例子还有很多，充分发掘生活中物理知识的应用例子，将会在教学中起到事半功倍的作用。

2.合作课堂。合作课堂能够改变教师主动讲、学生被动听的局面，是提升学生学习能力的重要方式。学生对参与课堂互动的心理有三种：主动型、被动型和抗拒型。主动型和被动型的学生占大多数。教师把知识内容合理拆分成不同的问题，将学生分成多个小组，给不同组别的学生布置不同的问题，要求各小组使用Matlab、Mathematica、Origin等计算机软件工具将物理问题可视化，并在课堂上讲解问题原理和展示可视化成果。

例如在光的干涉内容中，将杨氏双缝干涉、洛埃镜、等倾干涉和等厚干涉分成四个主要知识点分成四组，A组别的学生负责解决杨氏双缝干涉问题，B组别的学生负责解决洛埃镜的干涉问题，C组别的学生负责解决等倾干涉的问题，D组别的学生负责解决等厚干涉的问题。如果在合作课堂上，学生能够将问题解决过程讲清楚，那意味着学生在理解的基础上对知识进行了提炼。知识的提炼和表达能够有效地锻炼学生的学习能力。

合作课堂促使学生与学生、学生与教师之间互相学习讨论，对促进学校学风建设也有积极意义。在开展合作课堂时，需要注意两个问题：一是各小组的任务内容相近，主题明确;二是任务难度要符合学生的能力。

3.課程练习信息化。课程练习是十分重要的，对于非物理专业的学生，练习题的难易程度、覆盖面和布置方式需要进行详细的研究。课程练习在时间上可分成两个时段：课堂练习和课后练习。课堂练习题型主要是填空题和判断题，内容以概念、定理或定律相关的基础问题为主，在课堂上通过手机APP软件推送到学生手机，要求短时间内完成提交，软件后台自动批改评分。课后练习题型是计算题和分析题，内容以典型性的例题和习题为主，也以手机APP软件推送形式布置，大约三天时间提交一次作业。课程练习的信息化实现了全天候练习的目标，也有助于教师全面了解学生对知识的理解掌握情况。课程练习成绩会按照一定比例计入课程最终成绩。

以上三种教学方式分别起到了引导学生关注课堂、参与课堂和延续课堂的作用。结合这三种方式进行课程教学，将会对学生的学习形成“前拉后赶”的效果，培养学生成为具有自我学习能力的复合型人才，这就是开展新工科建设的目标。

如何服务于新工科建设和实践，是当前大学物理课程教学任务中的新问题。桂林航天工业学院已经开展了一些初步的研究工作，重组了课程教学内容，尝试了新的教学方式，目前课程教学效果较好。下阶段要建设与学科专业需求贴合度更紧密的优质课程资源并上线，创造出学生全天候的课程学习条件。

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【作者简介】陈 超（1978— ），男，广西玉林人，桂林航天工业学院理学院讲师，研究方向：计算物理;蒋丽源（1981— ），女，广西全州人，桂林航天工业学院教务处实践教学科科长;王瑛琪（1987— ），黑龙江齐齐哈尔人，桂林航天工业学院理学院讲师，研究方向：光学。

（责编 苏 洋）