新工科背景下应用型高校物理教学改革实践

郑 丽 刘玉洁 石 瑛 王雅红 熊 力 黄 艳 邹爱玲 王 琳 赵璐璐 吕桓林 王午登 丁明嵩

(大连工业大学基础教学部 辽宁 大连 116034)

自2017年“复旦共识”[1]、“天大行动”[2]、“北京指南”[3],国家教育部提出了“新工科”建设以及“新工科”建设的愿景与行动路线[4-7],到2018年全国教育大会的召开,国家教育部先后发布了一系列如《加快推进教育现代化实施方案(2018—2022年)》、全面实施一流专业建设“双万计划”、一流课程建设“双万计划”、基础学科拔尖学生培养一流基地建设的要求等文件和指示精神,进一步对高校人才培养质量和服务经济社会发展能力提出了新时代的要求.为贯彻落实教育部以及高等学校大学物理课程教学指导委员会关于切实提升高校人才培养质量的最新精神,面对新的高等教育大势,大学物理教学需要准确识变,积极应变,主动求变.

自2017年以来,结合我校应用型大学的办学定位,我们进行了全方位课程改革,改革目标主要是以围绕智能时代应用型大学物理基础教学改革开展教学研究和实践,全面提升大学物理课程对人才培养质量的支撑力度.以培养应用型人才为目标开展大学物理课程内涵建设和教学方式方法改革融合实施,将德育教育、能力培养贯穿教学过程.以创新性、开放性要求打造大学物理“金课”.

改革过程中,结合上级指示精神和新工科建设要求,我们主要更新了大学物理教学定位、教学目标、教学思路,优化教学安排、改革创新教学内容、教学方法和教学模式,努力创造和建立一个适合学生自主学习的良好环境.多年的教学摸索和改革发现,我校学生对大学物理的学习兴趣明显提升,学习主动性明显增强,大学物理课程教学质量得到了切实提高.

本文主要介绍我们教学团队多年的大学物理教学改革内容和取得的效果.内容安排如下:首先,我们对原有的大学物理教学中存在的问题进行分析;其次,给出教学改革的研究和实践内容;再次,介绍我们进行教学改革的实施方法和路径;最后,对改革的效果进行介绍和总结.

1 原有大学物理教学中存在的问题

通过对我校原大学物理课程教学的实际情况进行分析和讨论,我们发现主要存在如下问题:

(1)结合新时代背景下新工科人才培养目标,大学物理课程的教学定位和教学目标需要与时俱进.

物理学是工科技术的基础与源泉.基础物理课程不仅是工科学生掌握知识的平台,而且是培育应用技术类人才的主要途径.但目前,大学物理以掌握课本上的基础知识点为主,强调牢记公式,会做题,会考试.所以作为应用型的本科学校,我们目前对本科物理课的设置,过分注重理论性.把课程重心置于学科的基本理论知识框架、严密的逻辑推理与解题技巧上,教学内容抽象,偏离了对能力的培养这一应用型培养的教育宗旨.

新时代背景下,结合“新工科”人才培养目标,即有能力学习新知识、新技术,有能力解决未来发展中出现的问题,对未来技术和产业起到引领作用的人才.大学物理课程教学也需要更新观念和意识,以培养应用型人才、推动我校向应用型本科大学转变为教学定位,并建立起以德育引领、以知识传授为载体,实现价值引领和能力培养的教学目标.

(2)结合学校应用型大学的办学定位,大学物理的教学思路和课程内涵有待加强.

因为各专业培养方案大大压缩大学物理课程学时,原有的教学大纲只是把所有内容与要求简单化,没有按照应用型人才培养的要求对教材内容进行取舍.大学物理课教学内容仍然是从理论到理论,不能体现应用型人才培养要求.如物理学中光的干涉、衍射只讲现象不讲其与工程应用的联系.教学内容脱离原有的知识体系和工程实际.

结合教育部和我校对应用型人才培养的要求,大学物理教学需要更新教学思路,做到拓展、增量、提质和创新,实现大学物理课程内涵式发展.拓展课程内容,加强学科融合;增加实践训练、应用案例、物理建模等内容,补充和完善课程内容;做到难起来、实起来、忙起来,切实提升大学物理对本科生的工程素养和应用理论解决实际问题的能力的支撑质量.

(3)信息化技术没有切实融合到教育教学过程中.

随着教育信息化基础设施的不断完善,现代教育技术在课堂中的应用日趋广泛和成熟.尽管如此,大多数教师对于信息技术的应用只停留在表面的认识和简单的应用上,对于如何运用信息技术优化课堂结构、把现代教育技术灵活地融入到课堂教学中,还只处于探索与起步阶段.

(4)教学过程和学习过程中存在的问题.

教师的观念意识过于陈旧,教学内容过于陈旧、缺乏与时俱进,教学内容需要改革.教学模式虽然有所改革,但是没有切实实现以学生为中心,提升学生学习的兴趣和主动性,还有待于进一步的探索、改革和实践.学生学习目的不够端正,功利性太强,学习方法习惯于填鸭式学习,学习习惯上缺少批判性思维.

因此,大学物理课程体系建设势在必行,除了课程的教学条件建设、各主要教学环节的规范要求等常规建设内容以外,根据工程教育的理念,针对存在的问题,以培养学生的工程素质为主线,加强和完善课程体系建设,优化教学安排、改革教学内容和教学方法,探索新时代背景下的新型教学模式,提高物理课程教学质量.创造和建立一个适合学生自主学习的良好环境.

2 教学改革的研究和实践内容

(1)信息化技术与教学深度融合进行教学模式改革.物理教研室给每位课组教师共享了泛雅网络平台的资源,包括每一章节的课前课后检测题、课程内容、相关的视频资料、阅读资料等.每位教师均使用网络平台进行了大学物理课程的辅助教学,进行了网上测验、网上考勤、问卷调查等教学活动.但效果一般,还需要在已有经验的基础上,进一步探索研究如何更加合理有效地发挥信息化技术在教学中的作用.完善和丰富网络资源,有效利用网络慕课等精品线上资源,分析学生在线学习情况,制定线下教学方式,切实开展线上线下混合式教学.

(2)对学生平时学习过程的评价建立了多维度的考核评价方案.考核方式主要有课堂表现、测验、网络学习、小论文、作业和小制作等.小论文和小制作环节可以培养学生的理论联系实践能力,提升学生的工程素养,但由于缺乏教师的合理引导和示范环节,学生不知道如何选题和如何开展研究实践工作,因此效果甚微,要想体现应用型人才培养特色,还需要进一步改善.需要建立实时、精确、客观和全面的多维度成绩评价体系.

(3)根据学生学习规律和专业需求,更新了教学大纲内容.针对72学时的教学大纲,删减了刚体力学内容共6个学时,增加了驻波内容.56学时的教学大纲删减了电磁学内容,增加了量子理论基础.88学时的教学大纲增加了驻波、多普勒效应等内容.改革教学内容,体现教学内容的先进性和挑战度.融入物理学史,联系科技前沿,提高学生学习兴趣.添加日常案例,提高学生分析问题和解决问题的能力.补充演示实验,使理论知识更形象化.

(4)课堂教学中加入案例分析、实验演示等.课堂中,针对理论知识点,尽量用实际的物理模型来举例进行定量分析,启发学生的工程应用思维.可以进行物理演示的知识点,尽量利用网络视频或图片或现场演示来辅助教学,增强学生理论联系实际的能力.但是目前案例和演示实验不够系统,有的知识点缺乏合理的案例支撑和实验演示.

3 教学改革的实施方案

结合学校人才培养目标,首先我们明确大学物理课程目标,按照教学大纲梳理知识点,完善网络资源.主要包括课后复习题库建设、知识点思维导图、知识点简史、前沿科技、案例、演示、微课录像、物理建模案例等;同时采取助课制、试讲制、听课制提高青年教师的教学水平;定期组织教学研讨会,对专题、难题、经典案例等展开交流;加强校际间的合作交流.开展课程组研讨会,讨论决定实施方案.方案确定后,根据教师专长,针对实施方案中的每一项任务各安排牵头人2名,负责分解任务并梳理汇总.每一项任务需确定实施计划和具体工作方案,并经课程组讨论通过方可执行.

其次我们利用实验室资源和学校资源录制演示实验视频和微课视频.完善网络资源,包括前沿技术、简史、物理建模案例、案例库建设.根据建设和运行情况,征集教师和学生反馈,论证评价成果,调整和完善项目建设内容.

4 教学改革的效果和经验

通过教改方案的实施,我们利用学校提供的网络平台,自建了课程资源,并将所有建设资源放到平台公开使用.建设资源和成果面向全校所有学习大学物理课程的学生开放,每届学生近2 000人.所有教授大学物理课程的教师均可免费使用.包括系统的工程应用案例库、演示视频库、知识点微课库、习题讲解视频、扩展资源等内容.购置了部分教学演示实验设备,供教师课堂演示.

课堂教学中,我们有效利用教学资源,改革教学模式,如在课前利用网络平台进行新知识点概念检测,摸查学生对新知识的了解情况,并据此适当调整教学方案.课中采用以多媒体教学为主,黑板教学、翻转课堂等多种教学手段相结合的教学方法.课后在网络上布置知识点检测题,考查学生对课堂知识的理解和掌握情况.并据此调整下次课教学方案.组织单元测验.提供复习课资源和习题讲解视频等帮助学生熟练解题思路.鼓励学生课后讨论.形成了教学反馈的闭环运行,大大提升了教学效果.

成绩评价体系方面,主要包括平时成绩和期末考试成绩,其中平时成绩占比是40%,期末考试成绩占比是60%.平时成绩主要包括课堂表现、作业、平时测验、小论文(小制作)、线上学习等.利用线上已经建立完毕的资源,通过题库随机组卷、选项乱序、题目乱序等,采取线上测验模式,效果很好,与以往的课堂测验模式相比,大幅度地提升了测验的实时性、精确性、客观性.

我们利用建设的题库进行了2020年全校范围内的近2 000名学生的同步线上期末考试,测试结果反馈良好.录制的知识点视频讲解和习题讲解视频已经连续两个学期用于课堂教学.应用案例挑战度较高,教师们已经逐步在课堂中推广使用.录制的知识点讲解微课视频和习题讲解视频,为开展线上线下混合式教学、翻转课堂等教学方式方法的改革提供了重要资源保障.

以上一系列的改革内容和措施以及改革成果,可以说大幅提高了我校学生的及格率和优良率,图1是我校机械、信息学院2020级和2018级学生考核情况对比图.通过对比可以发现,优良率由2019年的5.32%提升到了2021年的19.83%,不及格率由2019年的39.78%降到了2021年的20.93%,平均分由2019年的59.98分提升到了2021年的68.21分,优良率大幅提升.可见取得了非常明显的改革效果.

(a)

(b)图1 我校机械、信息学院2018级和2020级学生期末考核情况对比图

5 总结

新时代下,“复旦共识”和“天大行动”提出的对工程人才知识和能力的要求与工程认证标准中对工科专业毕业生的知识和能力要求相统一,为工程教育如何培养适应社会需要的人才指明了方向.自2017年以来,依据国家对新工科人才培养指导精神和要求,我校大学物理教学团队积极进行了教学改革和实践.通过教学大纲内容优化、教学资源建设、教学模式革新等方式,逐渐提高了学生对物理课的重视程度,学习兴趣也得到了很大的提高,学生成绩稳步提升,不及格率逐年递减,优良率大大提升.

目前已获批两门省级一流课程,为了进一步提升我们的教学质量、课程质量、教学氛围、师资队伍实力、教研能力、科研创新能力、综合实力等,展望2035,我们会继续完善和提升我们的课程建设方案.希望大学物理在培养工程人才中发挥应有的重要作用.