基于学生专业能力提升的大学物理教学内容改革研究

付美芹

山东华宇工学院电气工程学院 山东德州 253000

大学物理课程是我校各工科专业的学科基础课程，在应用型人才的科学素质培养中起着举足轻重的作用。通过学习大学物理，学生可以了解物质的基本结构、基本运动形式及相互作用规律，理解典型物理模型的建立过程，掌握科学的思想方法和研究方法，不仅可以提高他们获取专业知识的能力，为专业课程的学习打下基础，还可以提高学生发现问题、提出问题、分析问题及解决问题的能力，培养学生基本的科学素质。因此，大学物理在应用型高校的人才培养课程中，地位无可替代，大学物理教学的改革尤为突出和重要。大学物理教学改革要建立在“开阔眼界、学以致用、提高创新创业能力、紧跟时代发展”的基础上，不断优化教学方法，培养有抱负、有能力的应用型人才。

1 大学物理教学面临的困难

1.1 大学物理课时少，内容多

大学物理作为我校各工科学生的一门学科基础必修课程，是后续专业课程的基础，但是我校大学物理课程课时较少，只有64学时，其中理论讲解为56课时，课内实验为8课时，而且大学物理内容较多，知识模块较多，不同的专业对物理知识的需求也不同。因此，为了更好地与学生的专业课程进行衔接，在大学物理教学内容的取舍和侧重点上应该进行一定的改革。

1.2 教学模式单一

教学模式以线下教学为主，教学方法以讲授法为主，且讲课内容以理论知识为主，难以调动学生学习的积极性和主动性。因此，在教学模式和教学方法上应该进行一定的改革。

1.3 物理实验课时较少

大学物理是理论与实践相结合的一门学科，大学物理实验是学生进入大学后学习系统的实验方法和实验技能的开端，也是后继实验课程的基础，通过大学物理的实验教学，可以使学生了解物理实验的基本流程和思想方法，理解物理实验的主要过程和方法，掌握物理实验的基本方法和基本技能，培养学生具有从事科学实验的素质。但实验课时较少，只有8个学时、4个实验项目，分别为力学2个课时、热学2个课时、电磁学2个课时、光学2个课时。实验课时较少，无法更好地提高学生的动手能力。

1.4 学生水平参差不齐

本科学生层次不一，主要分为有春考生和夏考生。夏考中分为文科生和理科生，夏考理科生物理基础较好，学习积极性和主动性较高，接受能力也强，但是春考生和夏考文科生因多年未学习物理，基础知识较薄弱，学习主动性较差。

2 教学内容选择的基本原则

大学物理教学不应该只是简单地传授知识，而是要提高学生的科学素养和创造能力，学习科学的思想方法。而大学物理的教学与专业知识相结合，能加强各学科知识的融会贯通，使学生学到的是一个知识的结合体，接受到的是较新的科技信息，同时也能增加学生的学习兴趣，提高学生理论联系实际的能力。

3 基于学生专业能力提升的大学物理教学内容体系的构建措施

3.1 改革教学内容，分专业实施

由于不同专业的学生对大学物理知识的需求不同，因此必须为各专业选择个性化的教学内容，以更好地为专业做好服务。为了更好地培养应用型人才，与学生专业相对接，我们从学生的专业需要出发，认真研读各专业的人才培养方案，进行教学内容的优化，并对教学大纲进行修订。

由于大学物理课程教学内容多、学时少，因此物理教研室对各个二级学院进行了调研，并根据调研结果和人才培养方案的要求，在保证基本的大学物理教学体系的基础上，根据学生的专业特点为各专业选取教学内容，进行不同教学内容的侧重点，进行个性化整合，为学生的后续专业课程做好必要的理论铺垫。依据调研结果，我们把大学物理分成了大学物理A和大学物理B，并修订了教学大纲，大学物理A主要面向电子、网工、物联网、软件工程、电气、测控、自动化、机器人、机制、机械电子、智能制造等专业，大学物理B主要面向汽服、车辆、新能源、材料、建环、能源、道桥等专业。大学物理A侧重于电场和磁场方面的知识讲解，大学物理B侧重于热学方面的知识讲解，因使用的教学大纲不同，在期末会通过不同的试卷进行考核。

同时在讲课过程中，根据所在班级学生的层次和水平，选择所讲知识的深浅，对于基础较好的夏考理科班，加入有一定难度的知识点和例题等，拓展学生的知识面。对于基础较差的夏考文科班和春考班，只将基础知识以及基础知识的具体应用讲透即可，有难度的知识点和例题可放在学习通中，供学生自学，并通过线上、线下等多种方式及时做好辅导答疑。

3.2 建立应用案例库

将前沿科技融入教学内容当中，建立基于学生专业能力提升的具有应用特色的大学物理课程教学体系，在个性化选择教学内容的同时，课程组成员收集科技前沿资料和生活生产中的具体应用，并进行筛选，形成应用案例库和前沿科技资料库，并及时更新。在授课过程中适当加入一些拓展，将应用型案例和高新科技发展应用融入教学内容当中，拓宽学生的眼界，提高学生的创新能力。

比如，针对电气、电子等专业：讲到电磁学时，探讨磁悬浮列车、高铁的工作原理以及研究进展；讲到光学部分时，介绍结晶显示器的原理、激光的原理和应用。针对机制、建环等专业：在讲质点的运动时，加入我国北斗卫星导航系统的定位原理；讲到波的干涉时，介绍歌剧院的建筑设计与波的干涉的关系；讲到动量守恒定律和角动量守恒定律时，介绍我国航天事业的发展现状以及航天器、卫星和空间站等的相关应用。一方面有利于学生对基础知识的融会贯通，另一方面在强化基础概念的同时，也可以使学生对基础学科产生新的认识，提高学生的学习兴趣和应用能力。同时利用学习通平台，建立应用案例库和前沿资料库，形成分专业的教学资料库，不断完善，及时更新，供学生日常学习使用。

另外通过公选课《物理与生活》，学生能了解物理学的逻辑体系、发展历程及应用范畴。通过实例的讲解，学生理解生活中的现象和物理学之间的密切关系。这些可以使学生掌握理论与实践相结合的方法，拓宽眼界，培养学生的科学素质，培养具有发现问题、分析问题、解决问题的能力。同时经过对公选课的课程建设，制定了教学大纲，完善了视频资源、电子教案、课件、题库等，并上传到学习通平台。

3.3 建立思政案例库

物理教研室以立德树人为教育中心环节，引导教师自觉将思政教育融入课堂教学，强化思想理论教育和价值引领，发挥哲学社会科学育人功能。利用“大学物理”课程教学，运用课程所蕴含的思想政治教育资源，将课程中的知识和课程思政有机融合。

物理教研室充分运用课程组成员进行研讨，充分挖掘思政元素，以力、热、电、光和量子物理五大模块为单元进行课程思政元素的挖掘，并形成了系统的课程思政案例库。利用物理学知识与生活实际联系紧密等特点渗透培养学生的探究思维，比如，讲到牛顿第一定律、多普勒效应等知识时，引导学生学习科学家善于发现、乐于探究的优秀品质；通过爱国的题材的教育，树立学生的民族自豪感和自信心，建立科技强国的理念和使命感，从而使学生养成良好的世界观、价值观和人生观。比如讲到速度的概念时，融入“中国速度背后的中国实力—国家超强的决断力、凝聚力、行动力、保障力”价值体系，激发学习的内动力，增强民族自信心和自豪感。

通过课程思政与大学物理知识融合，实现“润物细无声”的育人功能，实现以“知识传授、能力培养、价值引领”为目标，以“更新教学内容、融入课程思政元素”为载体，以“提升教师思政意识和能力”为支撑，以“融合现代信息技术手段”为特色的“四位一体”大学物理课程思政教学模式，从根本上践行立德树人。

3.4 改革教学模式，采用线上线下混合式教学模式

我们对教育模式和教学方法进行了改革，主要为基于超星学习通平台，采用线上线下的混合式教学模式。应用案例式、任务驱动式等教学方法，课前通过发布学习视频、章节测验及参考书等相关资料，引导学生完成课前预习，并通过学习通发布练习题检测预习效果，采用课前练习、课堂测试等方法激发学生的学习兴趣，培养学生自主学习的能力，促进学生的学习积极性；在课堂上运用问题探究、学生分组讨论等手段激发学生的学习潜能，培养学生合作学习的能力。通过将课堂知识和科技前沿应用相结合，提高学生学习的兴趣和积极性。课堂讲解内容争取当堂让学生吸收消化，课后通过学习通发布练习题和思考题加深学生对知识的巩固。

3.5 理论知识与实验相结合

我们对大学物理实验也进行了改革，大学物理实验由课内实验变为独立成课的实验课，“大学物理实验”课程共24课时，1.5学分，面向对象为全校的工科学生，由课内的8课时增加为24课时，现共开设了16个实验项目，根据学生的专业特点，选择适合学生专业的12个实验项目，其中电气、自动化、电子等专业：增加电磁学方面的实验项目；机制、车辆、建环等专业：增加热学方面的实验项目；机器人专业：进一步增加了电磁学方面的实验项目(如下图所示)。

各专业各部分实验项目数图

我们制定了“大学物理实验”课程的教学大纲、电子教案和实验指导书等材料，制订了课堂教学改革方案，课程组成员不断进行课程改革，探索课堂教学改革的方法，形成了课堂教学改革案例，积极进行课程建设，不断完善学习通的视频、实验讲义、试题等资源，供学生预习和复习使用。

同时还增加综合性、设计性实验，现有综合性实验4个、设计性实验2个。通过实验项目的改革，注重培养学生的科学精神和创新思维，不断提高学生的动手能力和创新能力，促进学生素质的全面提高，进一步为后续专业课的实验课程打好基础。

3.6 带领学生参加物理实验方面的大赛

为鼓励和培养大学生的科技创新精神，提高科学技术转化为生产力的实际能力和全面素养，引导大学生适应深化教育改革，培养创新意识，树立创新精神，提高创新能力。物理教研室面向全校本科学生举办大学生山东华宇工学院首届物理科技创新大赛暨山东省大学生科技节物理科技创新大赛校内选拔赛，选拔优秀选手代表学校参加2021年第十三届山东省大学生科技节物理科技创新大赛。

之后，物理教研室教师带领学生参加了山东省大学生科技节物理科技创新大赛，并获得了一等奖2项，二等奖3项，三等奖2项的好成绩。其中一项一等奖的参赛项目为紫外光可见分光计，是对物理实验室现有实验仪器的改造，本作品在普通分光计的望远镜内的分划板上，增加了紫外荧光材料，使得投射到分划板上的紫外线的不可见谱线，转化成了波长变大的可见光谱线，但是紫外谱线成像在分划板上的位置并没有变化。本作品是既可以看到可见光谱线，又可以看到不可见的紫外线的谱线的分光计，它不改变已有的分光计基本结构和原有的使用方法，生产和使用简单方便。本作品克服了国内外已有的分光计无法看到紫外光谱线的不足，它还具有减轻光源的紫外线伤害人眼睛的功能，因而可以利用分光计做紫外线相关实验内容或进行紫外线相关物理、化学、生物、医学等领域的科研。本作品可使国内外已有的、应用领域广泛的分光计扩展应用范围，不但能研究可见光，还可用于研究紫外不可见光，同时减小了紫外线进入人的眼睛而带来的损害，也可使学生对光谱有了更深的认识，有利于提高学生的知识应用能力。

通过带领学生参加比赛，激发了学生对大学物理和大学物理实验的学习兴趣，提高了学生学习的积极性和主动性，激发了学生的实验潜能，提高了学生的动手能力和创新能力，使学生能积极参与到物理实践中，在实践中提高创新能力、实践能力和团队协作意识。

4 预期效果

(1)提高教师的教学质量和教学水平。教学内容改革能促使教师积累更丰富、更全面的教学资源，增强教师的专业素质。

(2)充分调动学生学习的积极性和主动性。通过教学内容改革，改变单调的理论知识，提高学生的动手能力和创新能力，极大地调动了学生学习的积极性、主动性。

(3)提高教学质量，提升学生学习的深度。通过创新教学模式，拓宽学生的知识面，激发学生对教学内容深度学习的兴趣，同时这对教师提出了更高要求，有利于提高教学质量。

(4)提高学生的创新能力和知识应用能力。通过指导学生参加各级各类创新设计大赛，积极申报专利和大学生国家创新创业项目等，逐步培养学生的创新意识，提升学生的创新能力和应用能力。