新工科背景下大学物理及实验一体化教学改革实践

史林兴 李志国 刘学东 王 勇 黄增光

（江苏海洋大学理学院，江苏 连云港 222005）

2017年，教育部启动了“新工科”建设，提出要探索建立工科发展的新范式［1］，“新工科”是中国高等工程教育“由大到强”转变的关键举措之一［2］。“新工科”对工程教育理念、学科专业结构、人才培养模式、教育教学质量和课程教学体系都提出了革新要求。在新工科建设体系中，课程建设是最重要的一环，也是培养未来多元化、创新型工程人才的重要途径。大学物理及大学物理实验是工科专业的重要基础通识课程，在自然科学和工程技术应用中处于先导地位，在培养创新人才方面具有独特的作用。为了国家战略发展新需求、国际竞争新优势和立德树人新要求而提出的新工科建设的开展，给物理基础教学提出了新的要求。因此，如何将大学物理与大学物理实验课程相结合，进行一体化改革，使之适应“新工科”建设要求，从而激发学生的创新意识、创新思维，并逐步形成有潜力的创新能力，是物理教育工作者应该长期关注、不断思考的课题。

一、教学现状

（一）教学模式与“新工科”理念矛盾

传统的大学物理教学，更偏重于“灌输式”向学生传授知识，更关注于学生的考试成绩，而单纯的物理理论知识学习枯燥无味，常常导致学生产生厌学心理，认为大学物理课程所涉及的知识与今后专业课学习无关，对未来发展用处小，以致学生工作之后没有足够的知识支撑所从事的工作，后劲不足。“新工科”建设改革则更加注重对学生实践能力、创新能力的培养，在课堂教学活动中重视学生的课堂参与度，学生是课堂教学活动的核心组成部分。两种教学理念的矛盾导致现在工科大学生进行“新工科”式大学物理学习时获取知识的效率降低，不能有效达成“新工科”人才培养目标。

（二）教学内容对专业发展支撑不足

2015年国家明确提出“关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的决策部署”，深化人才培养方案和课程体系改革，加强学生的技术应用能力［3］。随着应用型人才培养目标的确立，各专业开设的专业课程越来越贴切应用型人才培养，然而，受专业人才培养方案总学分数的影响，大学物理以及实验课程的课堂教学学时严重缩减，在此情况下，一方面为实现教学内容的完整性而忽视知识点的深度，另一方面为保证教学效果而舍弃部分章节。不管采用哪种方式都难以培养学生的物理思维，不能形成完整的大学物理课程框架体系，不能强化学生扎实的物理基础，导致大学物理提升学生综合应用能力的作用发挥大打折扣。同时，多采用大班授课形式，听课人数较多，难免进行填鸭式的讲授。综上多种原因，现行教学过程中，面向不同学科专业，采用相同物理教材，同一教学大纲重复上课，整个教学过程重灌输理论而轻探究和应用，与学生所学专业没有建立密切联系，致使学生认为大学物理“又难又没有用”，学习积极性不高、主动性不强。

（三）大学物理实验与大学物理脱节

目前，在大部分高校，大学物理与大学物理实验以独立的两门课程开设，但是两门课程之间是相辅相成的，学生必须具备一定的基础物理理论知识，才能保证物理实验的教学效果。为满足学生学习兴趣以及与专业的吻合度，大学物理实验采用开放式选修模式，这在一定程度上激发了学生的学习主动性和创造性。然而，在大学时的物理教学模式下，学生所选实验项目所对应的基础理论知识在大学物理课程中未能重点讲授或未涉及，将严重影响该实验项目的学习效果，也不能起到辅助学生理解对应物理理论的目的。

二、教学改革实践

（一）结合专业特点进行分层次教学

大学物理课程具有自成逻辑的模块化知识体系，以“力学、热学、电磁学、光学、相对论、现代物理”为基本知识单元。由于种种原因，改革前江苏海洋大学理学院（以下简称“我校”）各专业的大学物理教学内容完全一致，专业针对性不强。但从当前社会科技发展中可以发现，新兴产业往往是结合了物理、化学等学科领域的技术成果。“新工科”建设启动后，课堂教学的主要方向就是创新，但大学物理教材是固定的，理论知识教学无法进行大幅度更改，针对这一问题，很多高校有目的性地重新编写了适应本校特点的新教材、建设了极具特色的精品课程及网络资源。所以为突出大学物理课程在专业领域的应用性，我们针对不同的专业在大学物理教学过程中对各章节进行模块分类，采取了分层次教学，侧重点不同，不同专业根据需求进行选择。同时，通过网络资源自学与线上答疑等多种形式，增加现代物理部分的量子力学简明知识，使得大学物理课程的系统性更强、更具通识化，将科学、技术与专业发展结合起来，满足“新工科”培养多元化、创新型工程人才的要求。

（二）基于超星泛雅平台进行线上线下混合式教学

当今，“互联网+”技术日趋完善，线上教学、网络资源共享已成为大学教学中必不可少的支撑［4］。依据本校的人才培养计划并结合学生所学专业的特点，基于超星泛雅学习平台，进行了教学模式的改革，以突破传统教学的时空限制，使学生能够随时随地学习，提高课程质量。

全校物理任课教师组成教学团队，借助超星泛雅平台创建适合本校大学物理课程，共同建设网络资源，在教师端首页根据章节建立资源库，课前上传教学大纲、章节内容、自制微视频、PPT课件及其他教学资源，为学生课前预习、课上师生互动提供丰富的教学资源。教师在课前通过学习平台发布学习任务，学生在课前进行自主预习，通过手机、电脑学习通APP登录进入“大学物理”课程学习页面，查看课程简介、课程特色，观看教师录制的大学物理课堂内容讲课视频，提前预习老师即将讲授的主要内容，通过QQ、微信等工具与老师同学就有疑问的地方进行交流或者在平台上给老师留言。在课堂教学过程中教师仍主要采用传统的教学方式，借助多媒体技术对教学重难点进行讲解，或者根据教学实际随时发布签到、问卷、测试、讨论、分组活动等，丰富课堂师生互动形式，并专门设置一定课时，结合各专业特点扩充教学内容、讲解学生感兴趣的物理内容以及解答学习平台上的问题，做到真正的传道、授业、解惑。课后学生利用平台进行自学，多次练习复习，以彻底掌握未完全理解消化的知识点。学习完一章后，教师在平台上发布单元作业对课堂学习的重点、难点问题进行训练，设置提交作业提醒及作业提交截止时间，到期后平台自动关闭作业提交功能，主要通过单项选择题、判断题、填空题、计算题等方式对学生的掌握情况进行考查，巩固学生的基础知识，以检测学生的学习效果。为巩固知识、及时复习，在每章教学结束后均设置一节复习课，教师采用概念图或思维导图的形式总结本章知识点和物理方法，并按习题难度安排习题的讲解顺序。这种混合式教学模式引起了本校学生的学习兴趣，满足不同层次学生的学习需要。

同时，利用大学物理学习平台，秉持以学生自主学习为中心的教学理念，鼓励学生利用课外时间独立自主进行新知识的学习，课堂上利用一定时间实施翻转课堂教学，对学生课外学习遇到的疑难问题进行解决，改变沉默的课堂气氛，使学生的学习热情得到激发，满足现代社会对人才培养的需要。

（三）大学物理实验配套改革

本校大学物理实验课程共开出37个线下实验项目、10个虚拟仿真实验项目，学生需完成15个实验项目。为使学生更好地掌握大学物理基础理论知识，满足学生专业课程需求，对大学物理实验课程进行配套改革，由全开放式选修改为半开放式选修，制定“订单式”大学物理实验教学大纲，即根据学科专业特点以及各专业大学物理教学大纲，为同一专业类专业指定11个必修线下实验项目、2个虚拟仿真实验项目，学生根据个人兴趣和自身专业特点选修2个线下实验项目。同时，根据专业特点调整教学模式，增强大学物理实验课程对大学物理理论课程的支撑和专业课程的先导作用。

（四）基于混合式教学构建多元化课程考核体系

以往大学物理（实验）的考核成绩主要通过期末统一闭卷（操作）考试与平时成绩按照一定比例给出，平时成绩为课后作业（实验报告）与课堂考勤。但目前网上各物理教材答案详解应有尽有，课后作业相互抄袭现象严重，作业不能真实反映学生的学习情况，课前签到中途逃课难以发现。在教学改革实践中引入学习通平台实施混合式教学，加大对学生的过程性考核，设置平时成绩占40%，期末考试成绩占60%，综合得出学生的总评成绩。其中平时成绩包括作业、课堂互动、签到、课程视频、期中考试、章节学习次数，分别占平时成绩的20%、5%、5%、25%、25%、20%。学习通平台可以对学生的学习过程进行全方位记录，最终生成报表，老师可以很轻松地对学生学习全过程进行评价。在后续教学中还将加大平时成绩的比例，将平时成绩细化到多方面，增加课堂互动、课堂测验和网络学习质量的量化评价，从知识、能力和素养三方面对学生的学习情况进行全方位统计。

三、结语

“新工科”提出的新理念对大学物理（实验）课程提出了新要求，应着眼于培养多元化创新型工程人才。为此，我们结合我校应用型人才培养目标对大学物理课程进行了改革实践，针对不同专业进行分层次教学，基于超星泛雅平台进行混合式教学并在此基础上实施多元化课程考核方式，加强学生知识、能力和素养的培养，全方位对学生的学习情况进行统计分析。培养学生进行科学思维、科学分析和科学计算的基本能力，为专业课程学习打下坚实的基础。