大学物理课程的教学内容构建与教学模式创新

朱家昆 周中汉 吴维宁 陈 勇

（湖北大学物理与电子科学学院 湖北·武汉 430062）

0 引言

2017 年以来，教育部围绕高校工程教育发展战略进行了多次研讨活动，先后提出“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，由此来确定新工科建设的具体方向，形成了“工科优势要对工程科技创新和产业创新发挥主体作用”[1]等共识。工程认证背景下要让学生将物理规律和物理特性与有关科技创新进展相结合，使学生从被动学习转变为主动学习，同时在教学实践中汲取课程创新案例，培养学生的批判性思维及自我拓展知识结构，特别是结合新工科、新科技方面的相关典型案例的教学创新。我校也针对即将开展的工程教育专业认证，对相关工科专业的大学物理教学展开探索、创新与改。

1 通信工程专业大学物理课程的教学内容构建

1.1 通信工程的专业特点

通信工程专业尤其对物理的要求较高，其中电路基础、模拟电路等专业课程的学习都与物理有着千丝万缕的联系，所以公共必修课“大学物理”的开设，是通信工程专业学生学习后续专业课程的基础。如何将“大学物理”中的物理知识同通信工程的学科特点和专业知识有效地结合在一起，也成了授课教师所要重点研究和探讨的问题。

1.2 我校通信工程专业大学物理课程的开设现状

我校的“大学物理”按不同需求分为A、B、C 三个等次的教学方案。通信工程专业此前一直选的是A 方案，分成大一下和大二上两个学期来展开教学，每学期48 学时，共96 学时，学习内容包括力学、电磁学、振动与波和光学、热学四个篇章，近代物理学作为自学内容。然而根据通信工程的学科特点，专业课的学习中并不涉及到力学中的刚体力学和热学中的气体动理论知识，所以在做新版教学方案的时候将其删减掉，使其教学方案等次由A变为B，依然分为大一下和大二上两个学期来讲授，第一学期48 学时，第二学期32 学时，共80 学时。由于电磁场篇章中运用到大量高等数学中的微积分知识，所以为了与高等数学的学习进度保持同步，并尽量平衡两个学期的课程难度，特将振动与波的内容放到第一学期的静电场之前讲授，而将电磁学中的恒定磁场、电磁感应与电磁场这两章内容放到第二学期讲授。

1.3 对通信工程专业大学物理课程的进一步优化

由于大学物理的教学方案是面对全校理工科专业的，往往有多个专业选择同一等次的教学方案，在教学过程中如果全都按部就班地按照教学方案的框架来进行的话，无法体现其学科差异性。所以针对通信工程专业的学科特点，我们还需对其课程结构和教学内容进行进一步的优化，适当增大某些学科相关内容的比重，并尽量减少那些关系不大内容的比重。

1.3.1 增加与电路有关的知识学习

在通信工程的整个专业课学习中，“电路”是最为基础的一门课，涉及到电阻、电容、电感等基本电子元件和基尔霍夫定律、戴维南定理等电路基本规律。而在大学物理的电磁学部分学习中，我们更多是从电场和磁场本身的性质来深入研究电磁现象，涉及到的高斯定理、环路定理、电场强度和电势叠加原理、毕奥-萨伐尔定律等重要知识点都着重于“场”的数学计算，关于“路”方面的知识反倒被弱化了。所以在如今的学习过程中，我们不仅要讲“场”，也要讲“路”，做到“场路”结合，将原本教学方案中没有的6-6 节《电容器的充放电》融入到6-4 节《电容 电容器》中学习，再将8-4 节《RL 电路》融入到8-3 节《自感和互感》的自感电动势的学习之中，让学生对电容和电感两大基本电子元件的自身物理特性和在具体电路中的实际应用得以更为有机的融会贯通。

1.3.2 加强与后续专业课之间的关联

“电磁场与电磁波”是通信工程专业的一门重要专业基础理论课，而“大学物理”中的电磁学部分则为该课程的学习打下了坚实的基础。所以我们要加强电磁学中某些章节的学习，比如7-1 节《恒定电流》中，电流的连续性方程，恒定电流条件，恒定电场与静电场的比较等内容拓宽了电场概念的认知。而6-5节《静电场的能量，能量密度》和8-5 节《磁场的能量，磁场能量密度》则对电磁场的能量进行了较为系统的概述，而8-6 节《位移电流，电磁场基本方程的积分形式》更是对麦克斯韦电磁理论的思想形成和麦克斯韦方程组的积分形式有了一个全面的讲述，有助于学生日后进一步学习麦克斯韦方程组的微分形式。而下册书中的9-7 节《电磁振荡》和10-7 节《平面电磁波》则让学生对平面电磁波的形成与传播有了一个基本的认识，同样有助于将来对电磁波理论的深入学习。

1.3.3 强化理论知识的实际应用，弱化过于理论化的知识点

通信工程专业讲述中要尽量强化其在生活实际中的应用。于是我们增加6-7 节《静电的应用》的学习，旨在让学生了解范德格拉夫静电起电机、静电除尘、静电分离等实用装置，从而更加形象直观地理解导体的静电平衡。而对7-7 节《带电粒子在电场和磁场中的运动》中霍耳效应的学习中，我们也加入了霍耳效应在控制电动车行进速度的转把，测量汽车发动机和车轮的转速等方面的实际应用介绍。而太过理论化的知识也不利于工科学生的消化掌握，所以我们直接去除了质点运动学中的1-3 节《相对运动》，2-5 节《非惯性系 惯性力》，3-9 节《质心 质心运动定律》等理论化较强的知识点，并且由于第三章《动量守恒定律和能量守恒定律》中的许多内容重复了高中物理的学习，故将其从原来的8 学时降为如今的6 学时。

2 通信工程专业大学物理课程的教学模式创新

面对大学物理课程众多的知识信息量，尽管大部分授课教师都尝试采用参与式、讨论式、渗透式等多种教学方法，并利用电子教案、录像和演示实验等一系列教学手段来提升教学效果，但总体上仍主要以“灌输式”教学模式为主，教学效果并不理想。所以我们必须结合更为先进的现代化信息教学手段，对通信工程专业大学物理课程进行教学模式上的创新。

2.1 建设“大学物理”慕课网站，尝试“翻转课堂”教学

首先我们完成了“大学物理”课程的慕课网站建设，将教师准备的教学视频、多媒体课件、课后习题和其他学习资料及时上传到网站中并根据实际教学情况不断更新完善。尝试着采用线上学习与线下讨论的混合式教学模式，以学生课下看视频，学课件为基础，以课堂上老师针对教学内容的重难点知识进行深入剖析，对学生在线学习中所反馈的主要问题进行集中讨论为过程，尝试着全新的“翻转课堂”教学模式。

2.2 讲授式教学模式向互动式教学模式的转变

如何培养学生的学习兴趣也是教学模式创新的关键所在。所以我们必须转变“教师是课堂主角”的传统教学理念，变讲授式教学模式为互动式教学模式，让学生逐渐成为学习的主角。再通过课前布置思考题，课堂分组讨论，课后单元检测的方式，不断提升学生的学习兴趣，促进其学习积极性，建立物理思想，开拓物理思维，并将其应用于实际工程问题的解决中，从而实现对工程认证背景下通信工程专业大学物理教学全方位立体式的促进与深化。

3 结语

我校大学物理教育主动适应此前“复旦共识”“天大行动”等所确立的方向、原则和要求，在总体设计上必须更加具有实际性和应用性。在教学内容和方法上，更加注重物理思想的渗透，物理方法的运用。教学方案的实施也更具针对性，更加适应通信工程专业的发展需求。同时，采用“翻转课堂”的教学模式，丰富教学形式和内容，使抽象的物理知识、物理原理和物理思想，通过当今先进的网络技术得以更好地传播，充分发挥学生的主体作用，使之更为个性化，泛在化，人文化，从而适应新工科背景下工程技术人才培养的需要。