应用型本科院校大学物理及实验课程教学改革探索

李萍 秦彦军 尹伟

摘  要：为了服务学校应用型人才培养目标，做好大学物理及实验课程服务各专业发展的任务，本文首先分析了大学物理及实验课程在教学内容、教学模式、实验项目、仪器使用率、课程思政建设等方面存在的问题，针对教学中存在的问题，通过调整各专业理论教学内容和实验内容、创新线上+线下教学模式、增设开放实验等四个方面的教学改革探索，完善了大学物理及实验课程教学体系，调查问卷结果表明，学生对课程思政的满意率最高，对教学模式的满意率最低，其他各项满意率均在90%以上，平均满意率为93.30%。

关键词：大学物理及实验；教学内容；教学改革

1  概述

新疆理工学院是一所应用型本科院校，学校的办学定位是培养服务当地区域经济发展的应用型人才。大学物理课程是各理工科专业的专业基础课，为学生后续专业课学习奠定基础，具有受众面广的特点，开设学期为大一第二学期，是学生进入大学后接触比较早的一门课程，物理实验更是学生进入大学后接触的首门实验课，因此本课程在培养学生独立学习、工程思维、创新实践、行为养成等方面具有不可替代的作用[1]，大学物理及实验课程总学时为80，包含16学时的实验课，理论教学使用教材为赵近芳、王登龙主编的《大学物理简明教程》，实验教学使用教学团队自编的实验讲义。大学物理及实验课程是我校最早建设的课程之一，在课程建设方面教研室积极推进课程教学创新和改革，分别立项了2019、2022年2次校级一流课程，立项了2023年校级课程思政示范课程，并获得了2022年校级教学成果奖二等奖。在实验室建设方面，大学物理实验室是学校最早建设完成的一批实验室，包括力学、热学、电磁学、光学、近代物理实验仪器，现有实验教学用房8间，面积约678平方米，设备台（件）数：767台（件），近几年未购置新的仪器设备，2022年12月由于线上教学需要，购买10项科大奥锐公司的仿真实验，实现了线下实验与仿真实验的结合。为积极探索如何提高应用型本科院校大学物理及实验课程教学质量，顺应学校的发展方向，教学团队尝试对大学物理课程的教学内容、课程思政、教学模式等进行改革探索[2]。

2  大学物理及实验课程教学中存在的问题

2.1 理论教学体系不合理

大学物理及实验课程作为一门专业基础课，没有深度挖掘物理知识点与专业知识的联系，导致对学生专业课学习的支撑作用严重不足；其次大学物理教学内容存在讲解知识点少的问题，作为一门包含力、热、光、电等知识的课程，我们只给学生讲授力学和电磁学的知识，使得学生不能完整的学习全部的物理知识，也不利于完成课程教学目标；另外团队教师上课基本采用PPT+板书的传统教学模式，上课过程通常是教师在讲台上讲，学生在下面被动听，更注重定理的推导和证明，导致学生产生“畏难”情绪，提不起学习大学物理课程的兴趣。

2.2 实验教学体系不健全

一是开设的实验多为验证性实验，设计类实验数目严重不足；二是上课方式为老师先讲解实验原理、数据处理等，然后给同学们演示一遍实验操作，最后由学生完成实验，这种实验授课方式使得学生只是机械的完成实验任务，对实验思考较少，更谈不上思维能力的锻炼；三是实验室仪器使用率较低，我校可开设线下实验数目为20个，根据教学安排课程团队每学期开设6个线下实验和1个仿真实验，使得线下实验仪器使用率仅为30%；四是我校物理实验是近55名学生集中在一间84平米的实验室完成实验，除掉损坏的实验仪器，平均每个实验大概有17台仪器可用，因此实验时3～4名学生一组，导致实验室人员较为密集及环境嘈杂，大部分学生不能动手操作实验，对学生动手能力的塑造有一定影响[3]。

2.3 课程思政建设质量低

大学物理及实验课程知识点涉及能源、量子计算机、航空工程、导航等方面，贴近生活，可挖掘的思政元素多，课程团队从2019年开始建设课程思政案例，虽然思政案例个数较多，但是案例质量较低，案例只是根据知识点挖掘，未对其进行分类；教师是开展课程思政的关键，大学物理课程思政团队由任课教师组成，结构单一，教师课程思政能力较低，课堂上可以对案例进行讲解，但对学生的引导启发能力较弱；案例库没有随着社会的变化而进行更新和补充，案例内容存在老旧的现象，达不到润物无声的效果[4]。

3  大学物理及实验课程教学改革内容

3.1  优化教学内容

大学物理课程有比较公认的知识结构，即力学（运动学、动力学、刚体力学、振动与波），热学，电磁学，波动光学，近代物理学基础，因此，需修订教学大纲增加课程知识点，再根据各专业对物理知识的要求，制定不同的授课计划，分专业进行模块化教学；同时，尽量固定每个专业物理课程授课教师，授课教师定期协同专业教师展开交流，以深度挖掘物理知识对专业知识的支撑，学习到相关内容时给学生讲清楚该知识与专业课程的哪个知识点相关，专业课程对该知识点的要求是什么；为确保模块化教学内容的合理性，团队通过其他高校官网、知网等平台调研了大量资料，在此基础上完成了各专业模块化教学内容初稿，其次向兄弟院校吸取经验，根据学习到的经验进行调整内容，最后邀请了3位专家进行论证。以通信工程专业教学内容为例，通信行业的5G、Wi-Fi 6等前沿技术都离不开电磁理论，故在教学内容上删减了刚体力学基础，增加了与电磁理论相关的波动光学及近代物理学知识。表1为通信工程专业调整前后学习内容的对比。

大学物理实验通过实验操作，培养学生的科学思维能力和实践能力，为此我们增加了设计性实验数目，让同学们根据所学知识和现有仪器独立设计实验，改革后开设实验为4个基础性实验和3个综合设计性实验，基础性实验包括3个线下实验和1个仿真实验，综合设计性实验根据学生专业设定，没有详细的实验原理、实验内容、实验步骤等，教师只给出实验目的、实验要求、实验原理提示，由学生独立提出设计方案，将实验设计方案完成后提交教师审核，审核后学生利用实验室仪器完成实验，这样即做到了因材施教又提高了学校实验仪器的利用率，同时为学生参加全国大学生物理实验竞赛、大学生创新创业计划项目等奠定基础；其次，将全班学生同做一个实验改革为全班学生分成两大组，每组人数大概为27人，上课时，第一大组做一个实验，第二大组做另外一个实验，下次上课时，两组互换实验项目，这样可以确保1-2人一组，提高学生实验操作的参与度。

3.2 引入多样化教学模式

尝试线上+线下、课堂内+课堂外相结合的教学模式，期初在智慧树平台完成建班，理论教学方面，课前通过智慧树平台发布预习视频和前测试题，根据学生答题统计情况，适当地调整教学内容，做到“对症下药”。课中将问题驱动式学习引入课堂进行启发式教学，教师根据与知识点相关的生活现象进行循序渐进的提问，引发学生思考并逐步回答问题，对于复杂的问题学生可以查阅文献资料或者分组讨论，如在讲解机械能守恒定律时，找一位同学演示拍篮球的过程，提出篮球拍打过程中会受到哪些力，根据学生的答案，再次提出篮球上升和下降过程能量是如何变化的，最后引导学生总结机械能守恒定律的条件；针对大学物理学习内容抽象，学生在学习过程中存在畏难情绪的问题，团队利用课程建设经费购买和自制两种方式制作了教学用具，在上课时给同学们演示，如在讲角动量守恒时将团队自制的角动量仪带到教室给同学们演示，对于可以用实验验证或者测量的内容则运用九斗课堂虚拟实验来强化知识点理解；另一方面，教研室通过集体备课，将抽象的物理模型利用多媒体技术制作成动画演示，方便学生理解，如在讲解参考系时，放运动的火车在地面上行驶的动图，讲解刚体转动时放一张商场的旋转门动图和一辆行驶的汽车动图，讲解物质的结构时放一张电子绕原子核旋转的动图等。通过教具演示和课件内的动图，学生可以对抽象的概念和知识有一定直观的认识，让学生直观感受物理原理，变抽象为直观。

3.3 增设开放实验

为提高大学物理实验的辐射作用，给学生提供一个独立思考、自由探索、勇于创新的环境，单独设立一间实验室作为开放实验室，开展启发式、研究性的物理实验教学，构建一种“内容丰富、层次分明、自主设计、自主探究、开放创新”的物理实验教学新体系，开放实验室内包括我校所有可开设实验的仪器和两台可联网计算机，每个实验配备1套仪器，联网计算机用于完成虚拟仿真实验，开放性实验根据学生认识的规律性，分为前导、设计、综合实验三部分，每学期第四周开始第十四周结束，两周一次，每次周四全天开放，每学期共6次开放实验，实验室开放时，配有指导教师值班，负责教学秩序、器材供应、实验指导、实验室安全等工作。

3.4完善课程思政建设

随着课程思政的持续推进，组建由课程教师、思政教师、援疆教师共同组成的课程思政团队，通过组织团队教师参加课程思政建设培训、邀请专家指导思政建设和定期召开集体研讨会等形式提升团队课程思政教学能力；团队基于立德树人的根本任务，从大国重器、物理学史、物理学家、物理与哲学、物理与艺术、科学前沿六个方面对案例进行分类，其次将与知识点结合不够紧密的案例进行了替换或者删除，将近期国家取得的新技术、新成果、新产品、社会热点事件等作为思政内容纳入到案例库，如在讲动量定理时，将2022年7月19日，沈东奋不顾身，伸手接住不慎从6楼坠落小孩的案例纳入案例库，已知：，，，，运用动量定理分析：得出沈东托举瞬间手臂受到的平均冲力，可以看出手臂受到的平均冲力很大，本案例与动量定理知识点紧密结合，也是近期轰动全国的见义勇为事件，旨在弘扬见义勇为，大爱至善的优秀品质，激发学生对人生价值观的思考。

4  大学物理及实验课程教学改革效果

经过1年的教学内容、教学模式、教学手段、课程思政几个方面的探索，学生学习大学物理兴趣不高的问题得到有效改善，能够积极主动的进行预习和完成课前自测题；团队教师的学生评教成绩由89.72增长到92.81分，说明团队的教学改革效果较好。通过向电气22-1、电气22-2两个班学生发放调查问卷的方式，调查了学生对大学物理及实验课程的教学满意度，本次共发放问卷115份，收回问卷112份，调查结果如表2所示，由表2可以看出，学生对课程教学各项内容的满意率均在90%以上，平均满意率为93.30%，课程思政的满意率最高，为96.43%，兴趣提升方面的满意率排在第二，满意率最低的是教学模式，为90.18%，表明学生对大学物理及实验课程教学的满意度较高，教学改革取得了一定的效果，但是团队在后续的教学中应加强教学模式的研讨与改进，注重实验教学的先进性和实效性，实现实践创新能力的培养。

结语

本文针对大学物理及实验课程教学过程中存在的问题，分别从教学内容、教学模式、课程思政等方面进行了改革探索。通过改革丰富了物理知识体系，将现代化信息技术教学运用到理论和实验教学中，把教学道具带进课堂，完善了课程思政体系建设，改革后学生学习大学物理及实验课程的积极性有一定程度的提高，更多地学生能参与到课堂互动中，同时能够独立自主的完成实验操作和数据处理。鉴于教学改革时间较短，教学过程中还存在一些问题，如实验操作视频录制还没有做到全覆盖，同时近代物理实验项目较少，需要增加近代物理实验仪器，开放实验涉及实验项目和实验次数较少，不能为不同兴趣爱好的同学提供服务，应增加开放实验数目并争取长期开放；未对课程考核方式进行系统性的探索，课程团队将在后续的教学中增加过程化考核比例，并争取将大学物理理论课和实验课分开开课。

参考文献：

[1]王亚伟，乐永康，钱飒飒，等.大学物理、大学物理实验两课课程现状调查报告及总结[J].物理与工程，2016，26（04）：45-54+57.

[2]高倩倩，戴玉强.应用型本科院校大学物理课程改革的探讨[J].科技视界，2019（34）：135-136+132.

[3]闫志巾，陈素果.《大学物理实验》线上+线下混合式教学模式研究[J].大学物理实验，2023，36（01）：140-143.

[4]尹伟，秦彦军，李萍.大学物理及实验课程思政教学改革与实践[J].科技资讯，2021，19（02）：128-130.