新工科背景下的高校物理教学改革研究

刘素梅

摘 要 新工科背景下，以培育多元化、创新型卓越人才为主线，培育具备创新创业能力和跨界整合能力的工程人才成为当下高校的重要任务之一。高校物理课程作为理工类专业课程体系的重要组成部分，在培育高素质、高水平人才层面发挥着重要的作用。通过阐述新工科背景下高校物理教学的“新”变化基础上，重点对新工科背景下推进高校物理教学改革的具体对策提出建议，以促进高校物理教学改革的不断深入，更好地服务于高校元化、创新型卓越人才的培养。

关键词 高校 物理教学 教学改革 新工科

中图分类号：G424                                   文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.03.042

Research on the Reform of College Physics Teaching

under the Background of New Engineering

LIU Sumei

（School of Science， Nanjing University of Science and Technology， Nanjing， Jiangsu 210014）

Abstract Under the background of new engineering， it is one of the important tasks of colleges and universities to cultivate engineering talents with innovative and entrepreneurial ability and cross-border integration ability， taking cultivating diversified and innovative talents as the main line. As an important part of the curriculum system of science and technology， physical courses in colleges and universities play an important role in cultivating high-quality and high-level talents. Based on the new changes of physics teaching in colleges and Universities under the background of new engineering， the paper puts forward suggestions on the specific countermeasures to promote the reform of physical teaching in colleges and universities in the context of new engineering， so as to promote the deepening of the reform of physical teaching in colleges and universities， and better serve the cultivation of the meta and innovative talents in colleges and universities.

Keywords colleges and universities; physics teaching; teaching reform; new engineering

2017年2月以來，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设。在新工科背景下，探索高校课程教学改革的新路径、新思路成为当下的重要研究课题。[1]本文以高校物理课程教学为例，重点对新工科背景下的高校物理课程教学改革路径进行探索。

1 新工科背景下高校物理课程教学的“新”变化

高校物理课程的研究对象是物质的物理结构、物质之间的相互作用以及物质的运动规律等，是理工专业的必修课程。高校物理非常注重培养学生的分析问题和解决问题的能力，帮助学生获得正确的思维方法，对于提高学生的研究能力和创新能力有着十分重要的作用和意义。目前，高校物理教学中还存在着很多问题：第一，教学课时与教学内容严重失调。教学课时少导致教师只能在课上讲解一些经典物理教学内容，与现代科学严重脱节。第二，教学方式枯燥单一。课堂上，教师主要是通过讲解叙述的方式向学生传授知识，而对于学生是否掌握了解决实际问题的方式明显了解不够，学生的实践操作机会也比较少，实践能力的提升空间有限。第三，教师数量有限，很多高校的相似专业都采用合班教学的方式，考核方式和评价标准单一，缺乏针对性，能力较强的学生和能力较差的学生都很容易被忽视，缺乏提升自己和锻炼自己的机会。

在新工科背景下，新工科背景下，新工科所包含的丰富理念对推动高校物理教学改革提供了新思路。而新工科带来的变化集中体现：第一，新的教学理念。新工科促进高校物理教学理念的创新，突出学生为本的理念，强调理论知识与专业技能的有效结合，理论与实际应用的有效结合。第二，新的质量追求。在新工科背景下对高校物理教学质量进行重新定义，强调教学应对接经济发展与产业转型迫切需要的紧缺人才，培育能够引领未来技术和产业发展的人才。教学质量侧重关注学生对物理知识的程度，建模能力、自我学习能力以及物理与其他学科的交叉学习能力等。第三，新的教学模式。新工科背景下，教学模式侧重以成果为导向，抢到学生学习效率与学习主动性，侧重运用工作室模式、翻转课堂模式等。[2]

2 新工科背景下推进高校物理教学改革的具体对策提出建议

2.1 依据社会和行业发展的需求，合理地确定物理课程教学目标

大学物理是理工专业的必修课程，其中包括力学、电学、光学、近代物理发展历程等诸多内容，根据教学方式的不同，物理教学可以划分为课堂理论和实验操作两部分。社会各行各业的发展都离不开物理学的支持。现代物理已经形成了比较完整的体系，课本理论中所包含的物理思想、物理定律、解决物理问题的方法等对于指导学生实践，提高学生物理能力具有十分重要的作用。大学生物理教学的目标主要有以下两个：第一，为学生打下良好的物理基础;第二，教给学生正确的思维方法，提高学生的独立解决问题的能力和研究创新的能力，为学生以后从事专业研究打下坚实的基础。教师在学生入学之初就规划出毕业时学生应达到的水平，然后再根据预期目标设计相应的教育教学活动，锻炼学生能力，确保学生在每个阶段都能有所提升。教师在制定任务目标时可以征求学生意见;让学生参与策划方案的设计;让学生合作开展项目研究等等。通过这样的方式不断提升学生的独立思考能力和研究创新能力。每个专业都应该根据社会和行业发展的需要、学校的发展定位以及人才培養的要求制定相应的“培养目标”。

2.2 主动适应“新工科”要求，合理地调整物理教学内容

“新工科”背景下的大学物理课程必须与现代科学技术的发展脚步保持一致，改革课程内容，转变教学模式，在向学生讲授经典物理知识的同时引入最前沿的科学技术成果，为传统的大学物理课程注入新鲜血液，赋予其广阔的创新发展空间。另外，高校还应做好调研工作，充分了解“新工科”的后续课程内容以及就业岗位对人才能力的需求，并根据调研结果，调整大学物理课程的知识侧重点，适当的增删课本知识。工科专业的学生高中时期所学的课程以理科为主，具备较好的物理基础，高校教师可以将那些与中学物理联系密切，跨度较小的物理知识点挑选出来，让学生自学完成。比如，适当压缩力学、机械能守恒、振动和波动等基础性内容，鼓励学生自学剩余部分;而空气动力学和流体动力学与现代汽车科技和无人机设计技术联系密切，因此，可以适当增加;同时，还需要增加一些电磁知识和新能源知识等相关的教学内容。通过增删课本知识优化教学内容，满足学生的实际需求，切实做到高校物理课程与现代科技和工程实际的接轨，满足“新工科”背景下学生对物理知识的需求。

2.3 据学生对知识的掌握程度，合理划分分层学习小组

教师可以按照课程大纲的要求对学生进行阶段性测验，并根据测验结果将基础差不多的学生放到一个小组。根据不同层次的学生对知识掌握程度的不同，有针对性的开展教学活动，因材施教。在每个小组都安排一名组长，组长负责在课余时间组织学生做好课前预习和课后复习，并主动向教师汇报小组成员的学习情况。这既能够帮助教师了解学生的学习情况以及学习进度，又有利于教师合理的安排课堂教学内容。另外，在每个阶段测试结束之后，教师都要根据测试结果以及学生近期的表现适当的调整小组成员，确保不同学习程度的学生都能获得提升自我的机会，增强学生的学习自信心。比如，教师可以根据学生对知识的掌握程度将学生划分成A、B、C三个层次。A层次的学生对知识的掌握比较扎实，基础较好，教师可以多布置一些巩固类的教学问题和开放性较强的问题，侧重培养他们的探索创新能力;B层次的学生对基础知识的掌握情况一般，教师还是要把重点放到巩固基础知识上来，给他们安排一些巩固类的教学问题，稳抓稳打，为学生以后更好的解决实际问题打下坚实的基础;C层次的学生基础较差，教师应多关注学生对各种物理概念、物理规律等内容掌握情况，让学生掌握解决各种物理问题的方法。分层教学可以让不同层次的学生都能得到相应的提高，另外，在交流展示阶段，基础较差的学生也可以接触到高层次的学习内容，拓宽视野，从而激发这部分学生的学习热情。

2.4 合理的优化物理教育模式，创新高校物理课程教学方法

教师根据课堂需要重新整合教学章节，利用多媒体课件合理的展开教学活动。第一，在每个章节的教学开始之前，教师需要将其中蕴含的物理知识点放到固定的框架中，把需要学生掌握的知识技能一一罗列出来，让学生有目的做好课前预习。第二，在开展教学的过程中，教师使用的课件必须和教材内容保持一致，深入分析教材内容，多设计一些有思考价值的问题，引导学生用物理思维思考问题、解决问题，并初步掌握验证物理原理正确与否的方法;同时，充分利用现代信息技术，向学生展示具有代表意义的物理素材以及相关的仪器使用方法和实验操作程序，全面提升学生的综合物理素养。第三，课程结束之后，教师需要根据不同层次学生的水平的不同合理的安排课后任务，通过小组内部讨论交流，加深学生对所学知识的理解程度，并通过查阅搜集资料获取一些解决该问题的物理原理和方法，拓宽学生知识面，同时，还要考虑这些方法和原理是否存在缺陷和不足，如果存在，是否能够找到弥补措施。

同时，注重课堂教学与网络教学的紧密结合。网络媒体辅助教学恰好可以帮助学生巩固所学知识。第一，利用多媒体技术可以有效实现资源的共享和传输。教师可以根据教学计划的要求，将相关的教学内容上传到网络平台，这样学生就可以将课余时间充分利用起来，课时不足的问题也就迎刃而解。第二，除了上传网络视频课，网络平台还应开设专门的讨论答疑专栏，学生随时可以就课堂中遇到的问题展开讨论，教师也能够及时接收到学生的反馈，明确课后答疑的方向，不断改进教学内容和教学方式，提高课堂教学的效率。第三，在网络平台投放一些具有代表意义的国内外精品物理课程，通过“慕课”的方式让学生有机会聆听一些高水平的课程，开阔学生视野，激发学生努力学习的热情，同时教师也可以从专家们的教学视频中获得一些启发，提高教学水平，改善高校物理教学的质量。

此外，在讲解“大学物理”的过程中，经常会遇到一些抽象、深奥、难以向学生解释的知识内容，这时，教师就可以通过引入一些与之相关的实际应用案例，帮助学生掌握这些深奥的物理学原理。应用型本科开设物理课程应充分考虑到物理学的应用前景，采取理论知识和实际案例相结合的教学方式，帮助学生理解物理机理，提高物理课程的综合教学效果。比如，教师在讲解刚体时，可以将直升机螺旋桨的刚体定轴转动引入课堂教学;在讲解电质的极化这一部分时，向学生介绍智能手机的电容屏的工作原理，让学生知道为什么戴着手套无法使用手机触屏;在讲解电磁波时，可以向学生介绍卫星定位原理、微波炉的制热原理以及遥控的使用原理等内容;讲解磁学时，引入磁悬浮列车、电磁杀虫技术等案例。总而言之，在大学物理教学中引入一些形式新颖，具有时代特点的经典案例，能够有效地调动学生的学习兴趣，激发学生的学习热情，改变学生对传统物理学的看法，提高物理课程在“新工科”人才培养中的地位。

2.5 合理地增加实验教学比重，提升学生的物理实践能力

加强实验教学是解决这一问题最直接最有效的方法，因此，“新工科”背景下的大学物理课程必须增加实验课时的比重，锻炼学生的实验操作能力，实现理论与实际操作的融会贯通。[3]此外，高校也应加大实验设备的投入，适当增加一部分过程可视、具体形象的演示性试验，以及一些综合性较强的创新性实验，锻炼学生对知识的综合运用能力和实际操作能力。但理工科物理实验教学的现状实验设备老旧落后，与“新工科”对人才培养的要求严重不符。物理演示实验能够帮助学生更好的掌握抽象、晦涩的理论知识，教师可以有针对性的选择一些形式新颖、具有时代特点的实验项目在课堂上进行演示，激发学生参与的兴趣，加深学生对知识的理解;另外，还需要开设一些综合性较强的实验项目，训练学生对知识的综合应用能力，培养学生的创新精神，鼓励学生多参加实验项目竞赛，不断提高物理教学在“新工科”人才培养中的地位。

2.6 建立多元物理教學评价标准，全面反馈物理教学的实际效果

教学考核在整个教学环节中有着至关重要的作用。[4]OBE模式下教学评价的焦点是学生的学习成果，与教学内容、学习方式等并无关联。高校可根据教学目标地要求采取多元化和梯次化的教学评价方式，有目的地对学生进行评价，帮助教师全面了解每个学生的学习状态和对知识的掌握程度，[5]并以此为依据，改善教学方法。传统教育通常会把教师对学生数次评价结果的平均值作为最终评价的结果，学生只要在过程中出现一次不合格就会影响最终结果。而OBE教育理念下的评价方式更注重学生最终取得的成果，中间的失败只作为改进教学方式的依据，不会影响最终的评价结果。学生的学习成果包括学生在课堂上掌握的理论知识、实际操作能力以及在学习过程中所形成的价值观和情感因素，如创新意识、合作探究能力等。我们在高校物理课程的考核中引入了OBE聚焦下的评价模式，制定了科学可行的物理课程评价体系。

参考文献

[1] 胡雪兰，张艳峰，杨新湦，等.面向工程能力培养的大学物理教学模式创新[J].实验技术与管理，2020，37（06）：10-14.

[2] 邹丹，周晨露.新工科背景下独立学院大学物理教学[J].科技视界，2020（06）：57-58.

[3] 胡益丰，朱小芹，邹华.面向“新工科”的“大学物理”教学内容改革与实践[J].江苏理工学院学报，2020，26（02）：94-99.

[4] 沈仙法，季鹏.新工科背景下的民办高校机制专业课程教学改革与实践[J].轻工科技，2020，36（11）：147-148，152.

[5] 洪碧琼.新工科背景下地方高校有机化学教学改革初探[J].广州化工，2020，48（18）：130-131.