新工科大学物理教学探究

刘 英，许 梁，陈 铜

（江西理工大学能源与机械工程学院 江西 南昌 330013）

随着当代信息技术的飞速发展，大量新兴技术如5G、人工智能、量子科技等不断涌现。作为工业发展的重要技术支持力量，高等工科院校要顺应时代的发展，注重培养未来科技人才。因此，高等工科院校教育面临严峻挑战[1-3]，各高校为培养新时代工科专业人才提出一系列建设思路，如“复旦共识”“天大行动”等[4-5]。教育部为面对未来发展的需要提出新工科建设。相对于传统工科专业而言，“新工科”专业培养技术创造力强，且具有全球竞争力的复合型新工科人才，更注重学科间的交叉性、学科的可用性及综合性，同时也注重对传统工科专业的升级改造。

大学物理作为一门以研究自然科学领域最基本、最普遍的关于物质世界运动规律的科学，是工科大学生必修的公共基础课程，在培养学生科学文化素养的同时，大学物理课程的学习也为工科学生后期专业课的学习奠定基础，对工科学生未来的长远发展作出贡献。教育部提出以“复旦共识、天大行动”等新工科建设思路为新工科专业的大学物理教学改革提供新的思路[6-8]。

本文结合传统工科大学物理教学现状，同时适应新工科专业学生的人才培养，为国家培养适应新时代要求的“新工科”人才，分别从新理念、新质量、新结构、新模式、新体系五个方面，为工科学生的人才培养提供科学的物理教学改革方向。

1 大学物理教学现状

1.1 教学内容

大学物理使用的教材内容体系完整、论述严格，然而知识点的引入大多为陈旧的例题，教学中引入新概念显得生硬，知识点显得千篇一律，吸引不了学生学习的兴趣，对于复杂抽象的知识点无恰当的插图使之形象化，学生对知识点的把握显得尤为困难。教材的总体框架都是包括经典力学、热力学、电磁学、振动和波、光学、近代物理6 大块，不同的工科专业选择的教材基本相同，教学内容相似，没有根据专业本身的特点在深度和广度上与学生的能力相匹配。教学内容与高中所学内容存在重复，学习存在不重视现象，同时传统经典物理理论部分占据大多课时量，忽略近代物理影响当代社会高速发展的必要性。此外，大学物理实验与理论教学是密不可分的，特别是对于理工类学生来说，大学物理实验课程是必修的基础课，但目前的大学物理教学在一定程度上仍与实验脱节，大学物理课程与实验课程作为独立设置的两门课程，可能分两个学期进行，由不同的老师讲授，存在进度上的脱节，导致学习效果大打折扣。

1.2 教学模式

大学物理教学模式采用传统的灌输性讲授，以教师为主体，学生被动接受学习，由于学生个体差异及学习接受能力的不同，灌输式教学模式制约了课堂学习效果，学生自主学习与探究的实践机会少，导致课堂学习变成应试学习，学生的创新思维能力得不到培养。课堂上教师大多依赖PPT 照搬照讲，过于强调理论知识的部分，而忽视物理模型的构建及物理思维的培养，与后续专业课的衔接性不够。另外，课堂上大量严密而烦琐的理论公式的推导，导致课堂气氛低沉，学生参与度不高，师生互动性不强，学习效率欠佳。课后学生依旧遵循高中的题海战术，刷完练习题，期末考试不挂科是当前学生普遍追求的。因此高校教师也在积极探索新的教学方式，以适应现代化教学改革发展趋势，培养优秀的新工科人才。

1.3 教学方式

现在的大学物理教学大多采用PPT 上课，课堂板书正在慢慢被淘汰，但是时间长了，老师很容易忘记公式的书写和推导过程，同时学生的注意力也不能很好地集中。由于现在工科的大学物理教学安排学时少、教学内容多，老师授课的速度也比较快，PPT 的翻页使得学生对知识点的把握能力比较差，对于一笔带过的课件中公式的推导和例题的解释不能很好地掌握。传统教学法的特点是教师传递知识、学生接受知识，形式比较单一，教师照本宣科，学生的思维得不到拓展，学生就成了被动接受学习的人，学习效果就大大降低了。而在课前预习以及课后练习题的布置等方面，教师在运用学习通、慕课等现代化教学手段上取得的效果还不是很理想，还需要做进一步的思考和探索。

1.4 教学评价

现在很多高校对大学物理的考核办法仍然是，期末成绩占70%，平时成绩占30%。对学生的综合素质和能力给予有效评价的教学考核办法过于简单、单一。学生过于注重期末考试成绩，仅仅采用题海战术提高卷面成绩，在一定程度上限制了学生的发散思维及创新能力。平时成绩一般由平时的考勤和平时的作业构成，这样的考核方式很容易造成学生在考前不注意平时的学习，突击应考的现象出现。一方面，教师在给学生平时成绩打分时带有主观情绪，为了及格率，偶尔出现卷面成绩低、平时成绩高的现象，影响了学生成绩评定的公正性，对学生的学习积极性是不利的。另一方面，期末考试内容大多考察教材基本概念、基础理论等，能否客观体现教学水平，能否考查学生分析问题、解决问题的能力素质等无法确定。

2 大学物理教学“五新”理念

2.1 工科教育新理念

工科院校大学物理教师在教育理念上要明确传统物理知识的灌输已不适应当前新工科专业学生的人才培养方案，要转变工程教育新理念。对于新工科人才，注重的是培养思维创新能力、分析能力、持续学习能力高效的复合应用型人才。在课堂教学中插入课程思政因素，教师借助物理科学家锲而不舍的创新精神和献身科学的高尚情操来感染学生，培养学生良好的人文素养。在教学中，教师介绍物理前沿知识及发展动态，例如超导、量子科技等新技术，开阔学生视野和知识面。在教材的选择和内容的难易程度上因材施教，注重以学生为本的教育理念，课堂上教师通过物理实验现象的演示或展示物理现象来激发学生兴趣，从而使得学生乐于主动思考，有助于开发学生的创新思维能力。

2.2 学科专业新结构

明确了大学物理作为基础科学的重要性后，在教学内容上要注意与专业课的衔接，应该以工程热力学、传热学、内燃机等热力学方面的学习为主。在课堂教学中，教师可以引入相关物理知识在现代高科技中的应用，例如比亚迪新能源汽车的动力系统。对于土木工程专业的学生，教学内容应该侧重于力学和热学，在讲解力学知识时穿插土木工程相关专业涉及的机械部件，为学生后期专业课的学习奠定基础。

2.3 人才培养新模式

当代物联网、大数据等多媒体信息技术快速发展，新工科专业人才培养模式也发生着巨大的变化，改变了传统课堂的照本宣科，MOOC、翻转课堂、雨课堂等多种教学模式出现在大学物理教学课堂，学生的学习效率和主动性得到了很大的提高。例如学习通，这款移动教学APP 拥有资源推送、学员签到、作业讨论、测试等功能，对教师的教学工作高效化起到了极大的促进作用。物理理论教学与实验教学两者密不可分，实验的开展可以更好地帮助学生理解理论知识，培养学生的实践能力、创新能力及动手能力等。将实验课融入理论课程教学中，由同一位教师讲授，在理论课中加入演示实验，通过实验操作来证实理论知识，可加深学生对理论知识的理解；用所学理论知识指导实验操作，使实验操作更加清晰明了，使大学物理理论学习与实验操作协调统一，达到良好的教学效果；通过实验操作，使学生实际运用理论知识。同时，大学物理教师要鼓励学生在新的工科背景下进行物理实验创新，积极参加物理创新大赛，真正做到吸收理解物理知识，夯实学生学习工科技术的基础。

2.4 教育教学新质量

人才培养重在保证教育教学质量，提高教学质量有助于促进高校教育教学工作水平的提高。新工科背景下提升教学质量一方面要注重对学生的专业知识和技能的培养，要培养学生分析问题解决问题的能力。要避免唯分数论的倾向，重点提高学生选修课程的自主选择能力，加强对学生学习、生活、职业发展等方面的指导。全面推进大学生素质教育，把大学生成才作为育人的根本标准，牢固树立以人为本的教育理念，坚持学生为主体，教师为主导的思想，以培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的复合型新型工科人才为重点。另一方面，加强师德师风建设，重视教师的专业化成长和完善教师激励机制，避免出现教师重科研轻教学的现象；要求大学物理教师在传授物理知识的同时，结合新工科特点，具备与物理相关的边缘学科交叉的知识、前沿科学的知识、科学的教学手段，贴近生活，贴近工科应用，从而优化教学流程。

2.5 分类发展新体系

新工科建设在课程体系和课程内容的选择上，根据不同专业对物理知识的不同要求，按多学科交叉融合的内涵和特点，兼顾新工科专业的特点，有组织、有系统地开展工作。传统大学物理课程体系过分强调完整性和系统性，不能充分体现各知识之间的内在联系，明显与当代科学发展总趋势不适应。大学物理教材为保证工科专业学生对物理知识的初步了解，满足各专业对大学物理课程最基本的要求，还应符合“以学生为主体”，突出实用性，体现整体优化的现代性课程内容和体系。一方面，课程可将近现代物理知识与经典物理内容相互渗透，穿插介绍现代物理学与生产实际相关的技术。另一方面，在大学物理课程体系内容中，适当增加物理学史的相关内容，融入人文思想，增强课程趣味性。此外，还应注重培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力。

3 结语

大学物理作为一门基础自然科学与时代的发展密切相关，新工科专业大学物理课程改革的探究不仅有助于高等学校物理学科的进一步发展，也影响着未来社会的专业技术人才的供给。本文分别从新理念、新结构、新模式、新质量、新体系五个角度，结合传统工科大学物理教学现状，与时俱进、有的放矢地探索大学物理教学改革的新方向，为进一步培养具有较强技术创造力、较强创新能力和全球竞争力的复合型新工科人才提供大学物理课程教学改革的借鉴和参考。