基于“新工科”理念的《大学物理》课程教学模式创新的研究

刘文华

【摘 要】文章基于“新工科”教育理念，针对大学物理教学现状，提出三平台驱动实现《大学物理》课程教学模式可以拓展知识面、培养创新能力、提高学生自主学习能力、团队合作能力，为将来学习和研究工作奠定基础。

【关键词】大学物理;新工科;应用能力;教学平台

中图分类号： G434;O4-4文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）33-0132-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.33.065

Research on the Teaching Mode Innovation of College Physics Based on the Concept of "New engineering"

LIU Wen-hua

（Jiangxi University of Technology，Nanchang Jiangxi 330098，China）

【Abstract】Based on the educational concept of"new engineering"and the current situation of university physics teaching， this paper proposes that the three-platform-driven teaching mode of "university physics"can expand the scope of knowledge，cultivate innovation ability，improve students' independent learning ability and teamwork ability，and lay a foundation for future learning and research.

【Key words】College physics;The new engineering;Application ability;Teaching platform

为应对新一轮科技革命和产业变革的挑战，2017年，国家积极推进“新工科”[1]建设。“新工科”理念要求以交叉与融合、协调与共享、继承与创新为主要途径[2]，培养出专业精深的综合型、应用型、创新人才。课程教学是人才培养的载体，《大学物理》课程是一门探索自然界客观规律学科，它理论严谨，实践性、应用性强。其教学现状有以下不足：（1）物理教学内容与“新工科”工程专业课内容脱节，课程应用、交叉、融合、拓展严重不足，教学内容缺乏时代感。近年来，南京邮电大学 、长春工程学院[3]等许多高校尝试对教学内容按专业进行模块化分类进行改革，以适应“新工科”建设要求，但改革还是刚刚起步，物理课与其他课程间的壁垒仍需打破。（2）教学形式单一。教师虽然从“黑板+粉笔”的教学手段中解放出来，却面临“MOOC”、“微课”、“SPOC”等新型教学方式的挑战。网络资源种类繁多，但缺乏系统整体性。（3）课时缩减，学生无缘接触当新科技、新技术。

为使“新工科”下大学物理改革的有效推进，通过问卷星网络设置问卷，对本校595名工科生學习状态进行调查发现：（1）教学内容方面：对大学物理课程喜欢或一般喜欢的人数占89.24%，喜欢的原因主要有两种，因对物理内容本身感兴趣的占33.28%，而因为物理知识应用广泛的比例为55.76%;另外不喜欢大学物理的学生中有52.27%是因为物理内容抽象;喜欢或一般喜欢演示实验比例为96.81%;可见提高物理课程的应用性，增强物理实验的使用率是广大学生的需要。（2）教学方法、手段方面：赞成教师主讲法的比例仅为24.87%，75.13%的同学渴望课堂参与讨论;赞成不使多媒体的比例为6.05%，喜欢或一般喜欢网络学习的比例为76.64%。可见，参与讨论及使用网络教学的方式方法被大部分学生接受。（3）对用MATLAB编程软件处理物理问题不会的比例高达71.26%，MATLAB软件在科学研究中有广泛的应用，学生有必要学习它。除此以外，不少学生特别发生物理课程增加实验内容和应用内容的心声。为满足“新工科”理念的要求，为满足学生的学生习兴趣和需求，课程内容、教学模式的改革势在必行。

1 改革思路—丰富教学内容，搭建三个教学平台

新的教学模式需满足学习者对知识应用的需求，满足学生对物理实验的需求，能适应“新工科”理念下综合型、应用型、创新人才培养的目标，充分利用好“互联网”时代下的教学环境。搭建“物理实验教学平台”和“应用教学平台”，“网络教学平台”三个教学平台。三平台共同激活主课堂（教室里面对面教学），以达到内化物理基础知识、培养创新意识的目的，其关系见图1。其中，“应用平台”包括的内容主要为物理理论的工程应用部分和MATLAB在物理教学中的应用部分;“物理实验教学平台”包括物理演示实验、创新实验资源整合及建设。这两个平台是主课堂的双翼，也是促使知识内化和实现课程间交叉融合的平台。而“网络教学平台”为教学环境平台，承载各种教学资源，为主课堂的有效实施提供必要条件，也是师生课后交流的主要平台。

2 精选教学内容，完善平台

1）实验资源建设，形成“物理实验教学平台”。大学物理是基于实验的科学，依据实验特征可将实验分为演示性、综合性实验，演示性实验可以辅助物理知识点内化，为创新人才培养保驾护航。我校25套物理演示仪器可满足课堂基本需求。也可以引进更多的实验项目-见文献[4]以提高教学效果。

2）应用资源建设，形成“应用教学平台”。应用资源包括工程应用资源和MATLAB应用资源。（1）物理知识渗透在工程技术各个领域，对工程应用的钻研。促进物理理论的深刻理解，又有利于培养学生的应用创新能力。因此首先要梳理各知识点，钻研专业知识，提高教学内容挑战度。例如，运动学中，分析讨论球磨机的最佳转速问题[5]（涉及点周运动知识点），卫星定位问题（位矢，速度）;又例如，静电场中，电容器传感器工作过程（电容），高压输电线的电晕放电问题（电容、电场强度、电势差），电器接地与危险区域问题分析（电势、电势差），气体放问题（电离能）等等。这些都是较好的工程应用的资源，有进一步的研究价值。选好题材后，搜索视频资源、图片资源、文字资源，设计与物理和专业知识紧密相关的问题，为网络平台的顺利搭建提供资源保障。（2）MATLAB软件具备绘图功能、数值计算、动态过程模拟等功能，在科研中应用有广泛的应用，借助该编程软件解决物理问题，有利于增强学生的计算应用能力，为日后学习专业课、参加比赛（如全国数学建模竞赛）、进行科学研究铺垫。MATLAB编程能使物理问题变得有趣，可以培养学习兴趣，也实现了物理课程与MATLAB编程的交叉融合。例如：牛顿环干涉反射光的光强计算结果为：，结果较难看出光强分布情况，对光强公式进行MATLAB编程，可得到牛顿环（图2），程序中设置改变d值，使用while语句循环，还可以看到牛顿环的变化过程。在近100个模拟计算仿真项目中选择难易适中的项目，构成应用教学平台的一部分。

3）网络教学平台建设。依托现在超星网络学习平台，添加创新课堂、物理实验、模拟计算模块，建设系统、有序的网络资源，学生可以通过手机下载超星“学习通”进行学习、互动，为主课堂、第二课堂教学活动开展提供教学环境平台。

3 开展翻转课堂教学模式

通过以上平台建设，借助平台提供的资源与环境。进一步对课堂教学模式进行研究，精选教学内容，拟建成“问题、研究、拓展、创新”的翻转课堂教学模式。该模式提出对“结合工程应用”和“渗透MATLAB应用”的两类知识模块实施“翻转课堂”教學模式。

结合工程应用的教学资源存储在“创新课堂”模块。首先通过网络平台抛出问题，学生从“创新课堂”获取问题，研读背景知识、专业知识、观看视频等，按分配的小组（5人）任务，通过多种渠道获得丰富资料，经过讨论，初步形成研究报告并上传产生的问题，学生带着问题共同进入主课堂深入讨论后，再在第二课堂（如小组自行安排的教室）总结、拓展、形成研究报告或小论文。结合MATLAB应用的教学资源存储在“模拟计算”模块。学生从“模拟计算”模块获取分组任务后，观看应用实例视频，分组查找MATLAB学习资料、讨论，编写程序，再进入主课堂深入讨论后，然后在第二课堂（如机房）上机调试实验，形成实验报告。

最后教师选择优秀成果上传至网络平台，组织学生撰写课程论文。依学生掌握情况，组建创新小组，在校跟踪，进行科学研究，实施科技创新。

4 优化课程评价方式

目前综合成绩为末考成绩（70%）加平时成绩（30%）。网络视频学习占平时成绩30%，为了提高学生参与小组讨论、参与第二课堂上机实验，平时成绩应将小论文和上机实验报告的成绩占一定比例（如20%）。

5 结语

以翻转课堂为教学特征，以“问题、研究、拓展、创新”为思维特征的教学模式符合当代学生学习需求及认知规律，可实现教学资源利用最大化。新教学模式实施，需要教师热爱教学。不辞辛劳地准备大量适合学生水平的学习资源，精心设计问题，指导学生进行自主研究，鼓励学生进行探索性学习和创新。

【参考文献】

[1]叶民.新工科：从理念到行动[J].高等工程教育研究，2018（1）.

[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]刘春清.基于OBE理念的大学物理模块化教学模式研究[J].科技资讯，2018（9）：152，155.

[4]董梅峰.基于“OBE”和“新工科”理念的《大学物理》教学模式探索[J].高教学刊，2018（18）：1-5.

[5]马文蔚，苏惠惠，解希顺.物理学原理在工程技术中的应用（第三版）[M].高等教育出版社.2006年6月.

[6]周群益，侯兆阳，刘让苏.MATLAB可视化大学物理学（第一版）[M].清华大学出版社，2011.