新工科教育背景下大学物理课程改革方向与路径探析

孙云娟

摘  要 基于教育部新工科研究与实践项目指南，结合工科基础课大学物理教学实践，提出大学物理教学中的“三构建”：通过教材建设，构建适应不同工科专业的模块化教学内容体系;由侧重推导计算向侧重物理思想、物理方法转变，构建适应不同内容的物理思想和物理方法的体系;充分利用线上学习平台，构建适应不同教学方式的线上、线下大学物理智慧教学体系。

关键词 新工科;大学物理;课程思政;教材建设;网络学习;智慧教学

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）22-0099-03

An Analysis of Direction and Path of College Physics Reform under Background of New Engineering Education//SUN Yunjuan

Abstract Based on the new engineering research and practice pro-ject guide of the ministry of education， combined with the practice of

College Physics teaching of engineering basic courses， this paper putsforward three constructions in College Physics teaching： through the construction of teaching materials， the modular teaching content sys-tem suitable for different engineering majors is constructed; the trans-formation from focusing on the derivation calculation to focusing on the physical thought and physical method is transformed to construct the physical thought adapting to different contents. We should make full use of the online learning platform to construct the online and offline intelligent teaching system of College Physics which adapts to different teaching methods.

Key words new engineering; college physics; curriculum ideologi-cal and political education; teaching material construction; e-lear-ning; intelligent teaching

1 前言

2017年6月，经历了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”以后，教育部审议通过《新工科研究与实践项目指南》，提出新工科建设指导性意见，目的是适应新一代电子、通信、生物、制造机械等工业的快速发展，以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未來多元化、创新型卓越工程人才。这是国家战略。[1]

2 新工科对人才培养提出新要求

首先，满足社会要求，突出专业基础知识与工程实践能力共同培养的特点，培养学生的工程实践意识;其次，提高学生学习的主动性，培养其设计能力和创新能力;最后，学科教材融合，将工程知识体系与人文、基础学科知识体系相融合，拓展学生跨学科、跨领域的知识范畴。

鉴于此，工科基础课程大学物理应顺应新工科要求，积极推进教材、教学内容、教学方法等方面的改革，从关注课程本身向关注物理思想和方法转变，从学习教材知识向解决实际工程问题转变，从传统教学向混合式智慧教学转变，使大学物理教材、教学内容、教学思想、教学方法更适应新工科的要求，发挥工科基础课的主体作用。

3 大学物理课程现状

大学物理作为工科专业的公修基础课，在工程技术类人才培养中发挥着重要作用，但是也存在一些问题。

大学物理教材普遍轻视对学生思想和价值观的引领  物理以自然知识为基本对象，反映事物的自然规律和运行机理，具有客观性，并超越意识形态。教材内容不关联思想政治立场，从概念、公式、推导、证明到例题讲解、作业计算等，重视“理”和“术”的传授，缺少对物理学史、物理学家、物理精神等课程思政育人元素的挖掘，以及敬畏科学、理性思考、审慎严谨的科学精神和科研态度的直接体现。

大学物理课时少，内容多  作为理工科的一门公修课，大学物理年学时在100小时左右，内容包括力学、热学、电磁学、光学、量子物理、原子核物理等，每一章对应物理学专业的一门专业必修课程，如果不根据专业需求对教学内容进行模块化处理，100学时左右根本讲不完。

大学物理概念多、公式多、计算题多，学生普遍反映很难  由于大学物理与高等数学联系紧密，用到微积分、线性代数、解析几何等，对学生综合运用能力提出很高的要求。学生感觉物理难学，很大程度上归因于烦琐的公式推导和证明、计算。虽然推导证明是学生理解定理的前提，计算是学生掌握新知的必要步骤，但是如果忽略了大学物理中涵盖的世界观、方法论、物理思想以及数理结合综合分析问题的能力培养，就会得不偿失。

未充分发挥网络学习的优势  传统的课堂讲授方式占主导地位，线上教学、线上平台优秀网络课程利用率不高。学生对课堂教学的依赖性较强，如果教师不加以引导和推行线上辅助教学，既不利于培养学生的自学能力，也不利于开阔学生的专业视野。

4 改革方向和路径探析

教材融入课程思政育人元素  习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，立德树人是高校人才培养的重要环节，要体现全员、全过程、全方位育人的理念，各门课程发挥协同育人的功效[2]。作为体现国家意志的载体，教材在编写中应注重挖掘教材内容包含的育人元素，使教材和思政有机融合，教材承载思政，思政寓于教材。要将社会主义核心价值观以及其他育人元素渗透在大学物理教材中，使学生在课堂上学习知识的同时，潜移默化地受到思想政治教育，引领和塑造理工类大学生的世界观、人生观、价值观。

以大学物理“重核的裂变”一节为例，教材内容包括重核裂变的概念、链式反映及能量计算，如果在编写中能引入“两弹元勋”邓稼先的生平事迹，就融入了崇高的爱国精神和科学报国的信念。而在编写“原子核物理”一节时，如果融入切尔诺贝利核事故事件，就可以在潜移默化中培养学生对待科学审慎严谨的态度，体会到科学是一把“双刃剑”。

教学内容模块化  按照“北京指南”“更加注重分类发展”的要求，不同的工科专业在大学物理教学内容选择上应有所侧重、有所区分，制定不同的教学大纲。

以《普通物理学》（高教版，程守洙）为例，将大学物理内容分为力学（经典力学、相对论力学）、热学、电磁学、波动光学、量子物理、原子核物理共六个模块。如化学、机械两个专业，根据专业的发展需求与大学物理各个模块的关联程度，确定重点学习的模块：化学专业，学习热学、波动光学、量子力学、原子核物理部分;机械设计等专业，重点学习力学、热学、量子力学、电磁学部分。通过划分教学模块，不同的专业制定不同的教学大纲，重点讲授与学生专业发展密切相关的内容，而对于专业模块以外的大学物理教学内容，降低考试要求，通过专题的形式，利用3～5个课时，使学生了解基本的原理和概念即可。如此，可以根据专业不同，对物理知识要求的侧重点不同，有效解决课时少而内容多、讲不完的矛盾。

教学理念由注重推导计算向注重物理思想、物理方法转变  完整的物理教育主要包括物理知识、物理方法、物理思想、物理观念等。物理思想是关于物理学本质的深层认识，在物理实验的设计与操作、物理概念的形成、物理规律的获得、物理知识的应用中无不涉及物理思想及物理方法，这是其价值所在[3]。物理知识由概念、公式、原理组成，用数学方程精确表述，必要的计算推导有助于掌握物理知识。但是如果仅仅停留在传授物理知识、推导计算等层面上，忽略物理思想的教育，就丢掉了物理教育的本质和内核，势必导致一叶障目[4]，这是因为物理本身就包含了世界观，充满了辩证法，发现了自然界的对称美，揭示了自然界的守恒定律，比如能量守恒、不可逆过程、相对论理论等。学习物理，不仅仅是学习物理知识，更是发现物理中包含的人类认识物理世界的规律和方法，每一个定律蕴含的物理意义和物理思想。这就要求教师对教材内容有深刻把握的同时，把握物理的精髓，不仅仅传授物理知识，更要传授物理思想，从注重知识传授向注重物理思想、物理方法的渗透转变，使学生受益终生。

运用信息化教学手段辅助大学物理课堂教学  以清华大学和学堂在线共同推出的雨课堂教学平台为例，疫情期间，笔者利用雨课堂教学平台，完成对315名学生进行在线直播，讲授普通物理学。学生无须下载APP，微信关注雨课堂公众号，扫描教师提供的班级二维码即可进入班级学习。教师登录雨课堂电脑端，开启语音或视频直播。在授课过程中，学生可以看到正在直播的课件，通过发送弹幕，与教师互动，教师看到弹幕，及时答疑。未及时上直播课的学生，可以在手机端观看课堂回放。教师通过雨课堂平台，向学生推送课堂练习题，上传作业题，上传试卷，考查学生掌握知识的情况。

此外，雨课堂网页版可以提供学生学习统计数据，以Excel的形式批量导出。根据统计数据，教师可以实施智慧化、精确化教学。教师从图1中可以精确地掌握哪些学生对课件进行了预习、预习的时长、预习的页码，哪些学生未预习，哪些学生提出了问题。针对未预习的学生，教师予以课前提醒、课堂上关注，督促其学习。疫情期间，缺乏与学生面对面沟通交流的条件，利用雨课堂的投票功能，教师可以在线掌握普通物理学的学习情况，设置问题：

1）你认为我们目前的教学进度怎样？（图2）

2）你认为我们目前是否需要增加习题量？（图3）

3）你最近听课时网络效果怎样？（图4）

学生在线投票。教师登录雨课堂网页版，查看三个问题的统计分析结果，通过这种方式搜集学生的反馈和学情，以学生为本，及时调整普通物理学授课进度和方法，达到较好的授课效果。三个问题的数据统计结果见图2～图4。

新工科要求推进教学手段改革，充分利用现代教育技术，培养学生自主学习、主动学习的能力。疫情期间线上教学发挥了重要的作用，众多教学平台给教师提供了直播权限，可以随时随地开展网上授课，众多网络精品课程为学生提供了优秀的学习资源。教师在线上开展直播教学，利用教学平台批改作业、答疑、测试，引导学生自主学习，将已经建立的大学物理数字课程在平台上推送给学生，包括教学视频、重难点讲解、课件分享等，将传统的教学方式和线上教学合理高效地结合起来，充分利用线上教学统计的数据，监督学生完成学习任务的人数、时长、效果等。教师利用翻转课堂，课前得知学生预习情况，针对学生预习中提出的问题及重难点，在课堂上重点讲解，使教学有的放矢，提高课堂教学效率，从而构建智慧化和精确化的普通物理学线上、线下教学体系。

5 结束语

新工科的提出顺应经济社会和科技发展的需要，搭建起产业需求和人才培养的桥梁。新工科对高校教学体系建设、培养模式改革、教学方法与时俱进等，都提出要求和改革的方向。根据新工科理念，夯实普通物理学、高等数学等工科公修课改革，加强校企合作，为培养卓越工程师打好基础。这就需要政府、高校、企业、教师、学生等多方面的配合[5]，通过资金扶持、制度规范，共同参与新工科教育，推动新工科的建设和发展。■

参考文献

[1]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.

[2]余江涛.专业教师实践“课程思政”的逻辑及其要领：以理工科课程为例[J].学校党建与思想教育，2018（1）：64-66.

[3]蔡千斌.物理思想方法的教育价值与学习过程[J].物理教学，2018（2）：8-11.

[4]邢红军.论物理思想的教育价值及其启示[J].教育科学研究，2016（8）：61-67.

[5]刘坤.新工科教育治理芻议[J].中国大学教学，2020（1）：

37-42，64.