新时代工科大学物理新课堂模式的探索与实践*

周雪 杨旭

（重庆工商大学人工智能学院）

大学物理课程作为理工科专业的通识性基础必修课，几乎涉及所有理工科专业，是高等院校基础教育的重要组成部分[1-3]。新时代背景下，各项新技术飞速发展，对理工科人才的要求也越来越高，当代专业技术人才的发展趋势可以概括为：专业性更强、应用性更强、创新性更强[4,5]。为应对时代发展趋势，大学物理教育也要与时代接轨、与专业接轨，提升专业特色、应用特色和创新特色。目前，传统大学物理教育通常存在以下问题：首先，知识的更新速度慢，存在教学内容多年不变的问题，创新性不足；其次，大学物理教学内容与各专业的对接不足，对各工科专业采用同一套教学内容，没有针对不同专业进行教学重点内容的区分，专业针对性不足；此外，传统大学物理课程授课主要讲授书本知识，通常不会联系实际应用，导致应用创新性不足。针对上述问题，在大学物理的课程改革中应注意授课内容的更新、联系当前的应用实际，提升课程的应用性、创新性，且还需结合各专业的具体需求，对授课侧重点进行针对性调整[6]。

授课模式方面，大学物理课程的开设时间较早，通常从本科一年级下学期开始，且开设时间较长，通常分上下册教学，教学过程持续一学年。这一时期正处于学生学习模式和生活模式从中学向大学转变的关键时期，是学生培养独立思维意识、养成自主学习习惯以及树立正确价值观的关键时期[7]。目前，大学物理的授课通常采用传统的授课模式，以老师讲授为主，授课形式单一，课堂比较枯燥，学生很容易被游戏、手机等娱乐形式吸引，导致课堂听课效率较差。为解决这一问题，目前，“对分课堂”“翻转课堂”“多元化课堂”“科教一体化课堂”等多种形式的课堂模式改革正在各大高校进行广泛的探索与研究阶段[8-12]。因此，在大学物理的教学过程中，进行教学模式改革，改变传统的教学模式，采用互动性教学模式，提升课堂的趣味性、活跃度，引导学生积极参与课堂、独立思考、自主学习，提升课堂学习效率，是大学物理课程改革的重要目标[13,14]。同时，在授课过程中，也可以通过结合实时热点、引入榜样楷模背后的故事，培养学生的爱国意识和民族自豪感，树立正确的价值观。

一、大学物理课堂模式改革的重要性

（一）大学物理课堂模式改革有利于对培养学生良好的学习习惯

大学物理是所有理工科均需开设的通识性基础必修课，在本科教学体系中，大学物理课程通常在本科一年级下学期开始开设，持续一学年，因此，大学物理课程具有开设时间早、课程周期长、学生受众广的特点。大学物理课程的开设时间正是学生学习模式和生活模式从中学向大学转变的关键时期，也是学生培养独立思维、树立正确价值观的关键时期。在中学的学习模式下，同学们通常不用过多思考，知识点由老师反复总结和强调，解题思路比较固定，同学们通常养成了“按套路做题”的习惯，缺乏独立思考的意识；这些问题的苗头通常都出现在本科一年级至二年级阶段，故本科初期对于学生思维模式的转变与良好的学习习惯的养成至关重要。因此，充分利用大学物理课堂时间，对课堂模式进行改革探索，提升课堂活跃度、参与度，这对学生良好的学习习惯的培养至关重要。

（二）大学物理课堂模式改革有利于提升学生的学习兴趣

大学物理课程包含了力学、热学、电学、光学、原子物理及量子力学基础等多学科的基础内容，知识覆盖范围广，是学生打基础的关键课程。然而，许多同学进入大学，没有了高中老师和家长的催促，产生了懈怠心理，加之现今网络直播、短视频、自媒体等娱乐形式发展迅速，年轻人很容易沉迷于游戏、手机当中，对学习失去兴趣。传统的授课过程只关注知识的讲授，比较枯燥，学生的注意力容易分散，学习积极性不高。因此，针对大学物理课程教学过程中通常存在的授课形式单一、填鸭式教学、课堂不活跃、授课效率较低等问题，在大学物理授课过程中，进行课堂模式改革，改变传统的课堂模式，在知识的讲授过程中，穿插时事热点、人物事迹、前沿技术，充分利用新闻、短视频等灵活的授课形式，实现“寓教于乐”，可以充分活跃课堂气氛，提高学生的课堂积极性与参与度，对加强知识的理解、提升授课效果具有促进作用。同时，也可以提升同学们的责任感和使命感，让同学们主动学习，增强学习的自主性，提升课堂学习效果。

（三）大学物理课堂模式改革有利于促进学生的专业知识的学习

大学物理课程涵盖了大部分物理学的基础知识，理工科学生学好大学物理，对后续专业课程和知识的学习和理解有很大的帮助。例如机械专业的学生，大学物理的力学、热学部分是后面专业课程的基础；通信、测控专业的学生，大学物理中的电磁学部分是专业知识的基础。因此，对大学物理课堂模式进行改革探索，提升大学物理的学习效率，对各工科专业的专业知识学习具有促进作用。

二、大学物理课堂模式改革的方案探索

（一）注重课堂教学内容的拓展，塑造创新课堂

由于大学物理的知识点复杂、繁多，传统的大学物理课堂授课内容通常固定乏味、一成不变，大都以书上的知识点为主，有时甚至数年不进行知识的更新、拓展。学生听起来都是物理的理论原理，会感到枯燥，容易失去学习兴趣。而实际上，很多最新科学技术的发展都是基础物理原理的应用和创新，因此在授课时，对课程内容进行适当的引申，结合对应的物理知识引入最新的科技发展和创新技术，不但可以提升课堂效果，还可以开拓学生的眼界，提升学生的科学视野。因此，在课堂授课过程中，紧密联系当前的时事热点，让学生了解最新的技术，以提升课堂吸引力、学生参与度，提升课堂学习效率。例如，在讲授力学部分质点动力学时，会分析航天器的三种宇宙速度，这里可以联系我国目前的航天事业的发展现状，比如2021年，我国神舟十二号载人飞船顺利发射，将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送入太空，其运载火箭长征二号F遥十二运载火箭在此前基础上共进行了109项技术状态更改，将可靠性从指标要求的0.97提升到0.9894，再次刷新了自身纪录，这背后是无数航天工作者们辛勤的汗水和努力。同时，这里可以结合“对分课堂”“翻转课堂”等创新课堂模式，将知识点介绍完成后，通过神舟十二号载人飞船的顺利发射，引出三种宇宙速度，给学生充分的时间自主学习、推导三种宇宙速度，引导学生们进行自主思考、探索，也可以通过短视频、微视频，让同学们在较短的时间内了解航天技术，航天科技的发展离不开物理学知识和工程技术的发展，很多学生们看起来炫酷的科技，都是以物理理论作为基础的，只有学好物理，打好基础，才能在以后的专业学习和技术应用中取得突破。让学生们意识到基础知识的重要性，使学生们热爱物理，以扎实的物理知识为基础，寻求突破创新。

（二）梳理各专业的教学侧重点，塑造专业课堂

目前，许多学校的大学物理课程是统一授课，不同专业、不同班级不做区分，这给授课和考核带来了便利，但是对不同专业的学生对后续专业知识的学习是不利的。大学物理作为自然科学的基础课程，包含了力学、热学、电学、光学、原子与分子物理、量子物理基础等多种物理学科的基础知识，是各专业学生进行后续专业学习的基础。然而，不同的专业所需的基础物理知识并不相同，比如通信专业学生可能对电磁学、光学部分的知识要求较高，才能较好的学习后续信号处理方面的知识，而机械类专业的学生可能对力学、热学部分的知识要求比较高，统一的授课标准和模式无法满足各学科专业的专业需求。因此，针对授课班级专业，适当梳理大学物理的授课侧重点，对专业学习需要的知识加强学习，为专业学习打下基础，塑造更专业的大学物理课堂。

（三）联系当前技术及研究热点，塑造应用课堂

在课堂授课过程中，应联系最新的技术和应用，使学生们了解物理，热爱科学，引导应用型创新课堂模式。可以结合“科教一体化”教学模式，将我国最新的科学技术及重大应用引入课堂，让学生了解知识点的应用和科技发展之间的关系。例如，在讲授光学圆孔衍射部分时，可以引入我国“天眼”技术，“天眼”直径500米，是目前世界最大的单口径射电天文望远镜，可接收110亿光年外的微弱信号，是我国在天文、航天领域的重大突破。那么，为什么要建造如此“大”的望远镜呢？这就取决于光学仪器的分辨率，学习了圆孔衍射知识后，同学们就会知道光学仪器的分辨率，与仪器的孔径成正比，与光波的波长成反比。因此，在进行天文观测时，为提高分辨率，可以采用孔径很大的望远镜，这也是我国“天眼”口径大的原因。这样，先由科学技术应用，让同学们了解科学、了解应用，再引入问题，引导学生自主思考、讨论、学习，最后由老师揭晓答案，讲解相关知识点。采用这样的教学模式后，学生的学习积极性明显提高，课堂效果也明显变好。同时，在授课过程中要注重理论联系实际，在学习过程中进行适当的应用拓展，塑造以应用为导向的大学物理课堂。

（四）丰富授课形式与授课手段，塑造活跃课堂

当代各项网络技术飞速发展，学生的娱乐方式更加多样化，给高等教育带来了新的挑战。但同时，这也是新的机遇，高等教育过程中，授课过程可以充分利用这些网络技术手段，让课堂模式更加多样化、更具吸引力。授课过程中，可以利用短视频、微视频等方式，将科技进展、名人事迹、科学原理等在较短的时间内展示给学生，尤其是一些物理原理比较复杂、难懂的知识点，口述很难让学生理解，比如波动光学部分光的衍射的相关知识，书本上的推导和老师的讲授很难让同学们对光的衍射有透彻的理解，传统的授课方式中甚至很多同学到期末考试复习时对光的衍射都不理解。这里，就可以采用短视频的形式，对知识点进行视频的讲解，配合图像的原理剖析，能让学生们对知识点一目了然，有直观的认识，对知识的理解和学习十分有帮助。同时，在授课过程中，也可以利用移动客户端、群组分组讨论、知识问答、问卷调查等多种形式，与学生互动探讨，比如，遇到重点难点知识，可以及时开展知识问答、问卷调查，了解学生对相关内容的掌握情况，以便及时调整课程内容和课程进度。在应用性较强的知识点或易于发散探讨的知识点，可以开展分组讨论、知识调研，引导学生自主探索、学习，丰富学习内容，拓展科学视野，提升学习兴趣。与传统的讲授方式相比，这些方式可以提升学生的课堂参与度，活跃课堂氛围，拓展学生的知识面，塑造活跃课堂。

三、大学物理课堂模式改革的实施效果分析

（一）课堂模式改革后学生成绩显著提高

以重庆工商大学的大学物理授课为实例，我们进行了对比研究。在19级机械自动化专业的大学物理下册课程授课中未进行课堂模式改革，采用了传统的讲授式课堂授课方式，而在20级自动化专业的大学物理下册的课程中实施了课堂模式探索和改革，并对两个教学班级的课堂情况进行了对比分析。首先，由于大学物理下册主要内容为电学和光学部分，物理知识相对复杂枯燥，19级机械自动化专业的学生在课堂中注意力相对不够集中，课堂活跃度和学习的积极性较差，而实施了课堂模式改革的20级自动化专业的大学物理课堂更活跃，学生注意力更集中，学习积极性相对较强。图1所示为两个班级的期末课程成绩对比图。如图1所示，从期末成绩来看，实施课程模式改革后20级的课程通过率提升约6.9%，平均分提高5.08分，说明，课堂模式改革后确实能够提升课堂效率，提高学生的学习积极性。

图1 课堂模式改革前后大学物理课程成绩对比

（二）课堂效果更好，学生参与度提升

我们也对开展课堂模式改革的20级自动化专业学生的课堂感受进行了问卷调查，结果显示，96.8%的同学感觉课堂模式改革后课堂效果更好，通过大学物理课程，学生们拓宽了知识面和科学视野，课程的参与度和活跃度更强，学生们觉得课程有意思，学习积极性也有所提升，这也是课程通过率提升的主要原因。总体上讲，课堂模式改革后，学生对大学物理课堂的满意度更高，授课效果更好。