应用型特色大学物理教材建设探索与实践

吴海娜　于永芹　 张玉风

［摘 要］高质量的教材建设是落实新时代党的教育方针的核心和基础，也是加快推进教育现代化乃至国家现代化的重要支撑。大学物理课程是高校理工科各专业的重要必修基础课，在培养学生科学的世界观、创新意识及科技报国的家国情怀等方面具有其他课程不可替代的作用。文章对大学物理教材建设进行了研究，对教材进行多元化设计，加强了以学生“学”为中心、具有应用型特色的多形态教材建设，助力实现一流课程建设目标。

［关键词］大学物理；应用型特色；教材建设

［中图分类号］ G64 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）16-0018-05

教育是国之大计、党之大计。党的二十大报告中提出，要坚持以人民为中心发展教育，加快建设高质量教育体系，发展素质教育，促进教育公平。高质量的教材体系建设是落实新时代党的教育方针的核心和基础。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央高度重视和关心教材建设。2019年习近平总书记在给人民教育出版社老同志的回信中再次强调，要围绕立德树人根本任务，用心打造培根铸魂、启智增辉的精品教材[1]。2019年底教育部印发了教材管理办法，把教材建设作为高校学科专业建设、教学质量提升、人才培养的重要内容，纳入“双一流”建设和考核的重要指标以及高校党建和思想政治工作考核评估体系[2]。2021年教育部开展了首届全国教材建设奖评选工作，这也是落实新时代党对教材建设新要求的具体体现[3]。大学物理是面向高校低年级学生开设的重要必修基础课，教材作为学科知识的载体，在课程教学中起着重要作用。理论与应用相结合的高质量教材能为学生提供系统的物理学知识，激发学生的学习兴趣，为培养高素质应用型人才服务[4]。

本文根据笔者多年在大学物理教学一线的丰富经验，结合深圳技术大学（以下简称我校）应用型创新人才培养目标及新时代建设高质量教材的要求，提出了教材设计思路和具体举措，充分发挥了数字化的优势，建设了具有应用型特色的多形态教材，开拓了新时代精品教材建设助力高素质应用型、创新型人才培养的新思路。

一、问题提出

大学物理课程旨在介绍经典物理、近代物理和物理学在科学技术应用上的基础知识，是理工科非物理专业学生的一门重要的公共必修通识课，是奠定专业学习的基石。高质量的大学物理教材是实行基本科学素养教育、培养高素质创新型人才的重要保障。近年来，修读大学物理课程的学生人数逐渐增多，应用型本科院校普遍重视本科生教育质量，加大了对公共基础课程的教学质量监督力度，开展了相应的教学改革。笔者通过多年持续性的问卷调查、师生座谈会、学生评教等方式总结出了我校大学物理课程的痛点：一是学生普遍反映物理课程内容太多、难以理解和完全掌握；二是学生在课程中学习了物理学基本理论、基本知识和科学方法，但是不知道如何将理论知识应用于实践或不知道真正能用来做什么；三是基础不同的学生同班上课，如何保障学生在学期末都能达到良好的学习成效。当今数字化教育使传统的教育模式、理念、方式和方法发生了巨大的变化，如何将科技前沿应用和大学物理课程有机结合起来，是当前教材建设改革关注的热点之一[5]。

二、 大学物理教材建设方案设计

（一）建设目标

教材需满足学校人才培养目标要求、教师教学需求和学生自主学习需求。一是依据具有国际视野、工匠精神和创新创业能力的高水平工程师及设计师等高素质应用型人才培养定位，通过知识传授，借助能力培养思维，在价值塑造中潜移默化激励学生活学活用并勇于创新，最终实现人才培养目标。二是建设的教材能辅助教师进行课程教学及管理，有助于教师完成理论教学、教学研究、教学资源库建设、教学管理及学生学习质量监控等环节教学计划。教材的核心功能是有效保障和支撑学生实现自主的个性化学习和系统化学习、实现知识拓展和创新应用。

（二）现有教材反馈分析

笔者精心设计了调查问卷，并向我校2022级计算机与科学技术、物联网工程、机械设计制造及其自动化、光源与照明、集成电路设计与集成系统、智能医学工程、生物医学工程专业共332名学生（学生已在大一学期使用了现有教材，有真实的学习心得体会）发放了问卷，收回有效问卷332份。

课程配套教材使用频率如图1所示。根据调查，有近90%的学生在课程学习过程中会使用教材辅助学习，其中有超过半数的学生会在大学物理上课前后利用教材辅助课前预习和课后复习，该数据说明教材对辅助课程学习非常重要。

教材中复习思考题及带星号拓展内容的学习情况如图3所示。有近50%的学生反馈由于内容难度超过他们的理解程度，因而不会太关注这部分内容。但有近15%的学生会详细阅读该部分的内容，这说明教材中拓展内容对学习基础好、自学能力强的学生有促进作用。

学生对现行教材的改进建议统计情况如图4所示。超过80%的学生希望在教材中加入实际应用案例，31.02%的学生希望通过扫描二维码等方式来查看感兴趣的拓展资料及小视频。对教材的表现形式，有近20%的学生表示可以接受数字教材。

通过对学生心目中的好教材的文字叙述提炼出词云，分析情况如图5所示。其中字體越大、越居中的词表示出现频次越多。大部分学生期望例题分析更加详尽一些，着重在如何分析解题思路、如何一步步得到最终结果，这样便于帮助自己不依赖教师或课堂讲解，自学就能学懂。学生希望知识点能够通俗易懂、教师能将重点内容标出，便于总结和归纳。还有学生希望能使用任课教师主编的教材，因为任课教师最了解学生的学习基础、课程学习盲点、学生实际需求以及最新前沿动态，编写的教材能够量体裁衣，可能更具针对性。

（三）大学物理教材建设设计框架

根据参与问卷调查的学生对教材使用的反馈情况、笔者多年教授大学物理课程的经验及对现行大学物理教材的调研分析，笔者提出了新形态大学物理教材建设框架，如图6所示。纸板教材提供了本课程知识体系；教学平台按照课程进度、学生已有学习基础提供个性化教学资源、学习质量监控和反馈；通过知识点微视频动态讲解重点内容；分层次设计习题，建立习题库，方便学生根据自身情况进行练习；应用案例库展现以物理学为基础的新技术、新科技应用，助力学生学以致用。

（四）大学物理教材具体建设实施

1.多形态立体化教材资源

教材资源包括纸板教材、电子讲义及微视频。资源平台可以是出版社平台、雨课堂、超星学习通和慕课等。教师引导学生课前根据自己的学习基础进行预习，课上积极参与问题讨论，课后通过思考题、题库、拓展材料和知识图谱等深化对物理知识的理解，提高创新能力。

2.添加思维导图，归纳知识点，方便学生快速掌握主要内容

在教材每个章节加入思维导图及部分重点章节内容截图，如图7所示，使学生在学习过程中既能俯瞰森林，也能细看树木。对初学者来说，可以在一定程度上解决看完整章内容后自己捋不清逻辑、抓不到重点的实际困境。

3.融合生活常识、实际应用案例、科技前沿及应用拓展，培养学生学以致用的能力

教材中各章节主要理论内容以应用为导向，以能力和素质培养为目标，旨在提高物理学在现代科学技术中的应用效果。

例如，在热学模块中，热力学第零定律实际上给出了温度的测量方法。温度测量对前沿科学研究、工业生产以及个人和家庭生活等许多方面起到重要作用。传统测温技术的测量精度、灵敏度及测温范围受限，无法满足许多场合的需要。教师可在应用案例讲授中介绍由我校集成电路与光电芯片学院宁存政教授团队和清华联合科研团队成功研制的纳米尺度温度计。团队开发了一种可按照不同测温需求，对目标测温参数进行自优化的单根合金饵纳米线温度传感器，实现了4 K到500 K的宽温区测量。这种纳米线的尺度比普通温度计小4个数量级，用单根纳米线开展生物细胞内窥测量的技术已被其他研究组所验证，因而这种单根纳米线测温办法原则上可以用来测量单个生物细胞内部的温度。

在力学、波动和电学模块的综合应用案例讲授中，教师可介绍我校健康与环境工程学院韩林波副教授团队成功研制的多功能有机水凝胶材料，其可精确监测人体关节运动、手腕脉搏、微表情和声音信号，在运动姿势矫正与康复领域等智能运动识别方面具有较大的应用前景。

将我校教师及学生在本校实验室中的研究成果与课程教材相结合，让学生切实感受前沿科技不再是触不可及的，所学物理学理论也变得较易理解，激发学生的学习兴趣，在潜移默化中培养学生的探索精神。

4.数字化教材平台提供学习画像

单一的纸板教材无法搜集学生学习数据、案例学习频次及学习成效等。结合数字化教材平台，能够精准把握学生（班级整体情况和个人具体情况）在课前的预习情况、课上的限时答题练习情况以及课后学习教材的情况，如图8所示。教师可以通过这些学习轨迹生成的数据画像来分析学生的具体学习情况，并据此提供精准的个性化指导，制订有针对性的教学改进措施。

（五）教材建设评价与成效

笔者统计了修读大学物理课程的学生在学校连续两年的综合表现，相关的统计数据显示，通过开展大学物理教材建设，能够推动“三位一体”育人目标的实现。

第一，通过对线上学习数据、测验数据和期末考试数据进行分析发现，近年来获奖人数增多，这在一定程度上体现出学生的主动学习意识增强，学生学习内驱力得到了有效激发。

第二，通过对学生课堂表现数据、参加竞赛获奖情况等的跟踪比对发现，学生的创新设计意识凸显，在各类创新设计大赛中屡获佳绩，综合实力增强，实现具有物理学思维、建模能力及交叉学科分析能力的应用型人才培养目标。

第三，通过分析学生自评和竞赛情况发现，思政育人效果明显。学生多次参加了青春奋斗主题征文大赛、绘青春芳华海报设计大赛及短视频大赛，并获得了奖项，推动了科学素养、科学思维、大国工匠精神及科技强国的家国情怀等目标的实现。

三、结论

在大学物理的教学中，要坚持第一时间将科研的创新成果及学科前沿应用融入课程教材。以应用为导向，从思想性、先进性、科学性和适用性等方面不断完善教材的内容及形式，激发学生学习兴趣，加强思政教育，培育大国工匠，使得知识入眼、应用入脑、思政入心，推进新时代教材体系建设与推广工作高质量发展，为建设教育强国、数字中国提供坚实有力的支撑。

［ 参 考 文 献 ］

［1］ 习近平. 给人民教育出版社老同志的回信[EB/OL].（2020-11-30）[2023-03-10].https：//www.ccps.gov.cn/xxsxk/zyls/202011/t20201130_145361.shtml.

［2］ 中华人民共和国教育部.教育部关于印发《中小学教材管理办法》《职业院校教材管理办法》和《普通高等学校教材管理办法》的通知[EB/OL].[2023-03-10].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-01/07/content_5467235.htm.

［3］ 中華人民共和国教育部. 国家教材委员会关于首届全国教材建设奖奖励的决定[EB/OL].（2021-10-12）[2023-03-15].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202110/t20211012_571686.html？eqid=

d3e26e5900020b3100000003642ed9c6.

［4］ 吴王杰，杨军.融合教学案例 建设一流大学物理教材[J].中国大学教学，2020（6）： 94-96．

［5］ 张琦玮，马天魁，赵阳.中外大学物理优秀教材内容比较研究[J].物理通报， 2022（8）：150-155．

［责任编辑：苏祎颖］