應(yīng)用型本科高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革下的大學(xué)物理教學(xué)探討*

張春玲

(陽光學(xué)院人工智能學(xué)院 福建 福州 350015;福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院 福建 福州 350117)

達(dá)新宇 劉文武 張容娟

(陽光學(xué)院人工智能學(xué)院 福建 福州 350015)

1 引言

物理學(xué)是整個(gè)自然科學(xué)的基礎(chǔ)，物理學(xué)的發(fā)展不僅極大地豐富了人類知識(shí)的寶庫，而且多次導(dǎo)致了產(chǎn)業(yè)革命[1～4]，成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高新技術(shù)源泉，對(duì)人類現(xiàn)代文明和社會(huì)進(jìn)步發(fā)揮了重大的推動(dòng)作用.

大學(xué)物理是高等院校本科理工類專業(yè)的一門十分重要的通識(shí)必修課，大學(xué)物理課程涵蓋了力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、振動(dòng)和波、波動(dòng)光學(xué)、狹義相對(duì)論和量子物理等多方面的內(nèi)容[5]，其在培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力、理性思維能力和科技創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)等方面發(fā)揮著重要的作用[6].然而，大學(xué)物理課程知識(shí)量大、學(xué)時(shí)少，目前多數(shù)應(yīng)用型本科高校都在不斷壓縮大學(xué)物理教學(xué)課時(shí)，使得教學(xué)效果不理想，教學(xué)質(zhì)量無法得到保證，甚至部分本科高校的工科專業(yè)取消大學(xué)物理課程的開設(shè).

本文對(duì)大學(xué)物理這門基礎(chǔ)課程如何在學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力素質(zhì)的培養(yǎng)方面發(fā)揮作用，如何適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要等方面，結(jié)合具體教學(xué)過程對(duì)其進(jìn)行了探索與實(shí)踐.

2 大學(xué)物理課程在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的重要作用

創(chuàng)業(yè)需要?jiǎng)?chuàng)新能力的支持和支撐.所謂的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，不是簡單地開設(shè)幾門創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程，也不是僅僅組織幾個(gè)學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類大賽，而應(yīng)該是讓所有學(xué)生都具有一定的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神.物理學(xué)的發(fā)展史就是一部創(chuàng)新史，在大學(xué)物理課程的教學(xué)過程中，講解相關(guān)物理原理前可以先引入部分物理學(xué)家在科學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)和典型事跡，如牛頓的三大運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律的建立、法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象、愛因斯坦創(chuàng)立相對(duì)論、量子霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)、邁斯納效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)等[7].大學(xué)生能夠從物理學(xué)家的創(chuàng)新方式中得到啟示，這些啟示將為大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐提供有益的指導(dǎo)，具有方法論的意義[8].

從另一個(gè)角度看，應(yīng)用型本科高校雖然不屬于教育部實(shí)施“強(qiáng)基計(jì)劃”的試點(diǎn)高校，但從2020年開始的“強(qiáng)基計(jì)劃”，突出了物理學(xué)這一基礎(chǔ)學(xué)科在國家重大科技創(chuàng)新中的支撐和引領(lǐng)作用.物理學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)、研究對(duì)象和研究范圍，決定了它與應(yīng)用學(xué)科的緊密關(guān)系.許多應(yīng)用技術(shù)是以物理學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，比如航空航天技術(shù)、激光技術(shù)、原子能應(yīng)用技術(shù)等.這些高新技術(shù)在進(jìn)一步發(fā)展過程中仍然需要物理學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的深層次理論和實(shí)驗(yàn)的支持.面對(duì)近年來我國在高端芯片與軟件等高科技領(lǐng)域遭受“卡脖子”的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)，不得不引起我們對(duì)物理學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的高度重視，從國家層面制定全面而周密的研究和人才培養(yǎng)計(jì)劃，高校的大學(xué)物理課程改革也必將在創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)中發(fā)揮重要作用.

3 針對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下的大學(xué)物理教學(xué)改革嘗試

3.1 與時(shí)俱進(jìn) 及時(shí)修訂教學(xué)大綱

圍繞應(yīng)用型教學(xué)模式改革，適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式改革需要，大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊(duì)定期組織任課教師一起開展教育思想大討論，不斷改革教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高教學(xué)質(zhì)量.以解決實(shí)際問題為導(dǎo)向，實(shí)施以學(xué)生為中心的啟發(fā)式、項(xiàng)目式、案例式等教學(xué)模式，不斷改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、方法和手段.

大學(xué)物理教學(xué)大綱從課程性質(zhì)、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式與教學(xué)方法、課程教學(xué)評(píng)價(jià)、課程案例資料、課程結(jié)構(gòu)中的重點(diǎn)及能力培養(yǎng)和知識(shí)點(diǎn)等方面進(jìn)行修訂，引入工程案例對(duì)傳統(tǒng)的課程內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，采用現(xiàn)代物理的思想、觀點(diǎn)、方法解決實(shí)際工程的問題，注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理學(xué)知識(shí)去分析和解決工程問題的思維方法和能力，體現(xiàn)出大學(xué)物理課程對(duì)學(xué)生以后的工作以及對(duì)新理論、新知識(shí)、新技術(shù)的進(jìn)一步學(xué)習(xí)有著重大的影響，在培養(yǎng)理工科類各專業(yè)應(yīng)用型人才中的地位重要、作用巨大.教學(xué)大綱中課程結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐相結(jié)合，突出真實(shí)案例，突出學(xué)生實(shí)際能力的培養(yǎng).

3.2 補(bǔ)充一些介紹物理學(xué)家創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷的教學(xué)內(nèi)容

在知識(shí)講解中，通過穿插補(bǔ)充介紹部分物理學(xué)家追求真理、探索自然的典型創(chuàng)新經(jīng)歷的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生能夠?qū)W到前輩科學(xué)家們刻苦的探索精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、實(shí)事求是的工作作風(fēng)、強(qiáng)烈的創(chuàng)新意志.尼古拉·特斯拉是電氣時(shí)代電力商業(yè)化的重要推進(jìn)者，也是現(xiàn)代電學(xué)和無線通信學(xué)的奠基人之一，他廢寢忘食，把注意力全都貢獻(xiàn)在了科學(xué)發(fā)明上，他發(fā)明了交流電、無線電、特斯拉線圈等，他的發(fā)明造福了世界.特斯拉敢為人先的首創(chuàng)精神對(duì)現(xiàn)在大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)具有很強(qiáng)的啟迪意義，幫助大學(xué)生把握創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方法和樹立良好的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)品質(zhì).

在計(jì)算機(jī)技術(shù)方面，物理學(xué)家們?cè)缇桶缪萘酥匾巧?，物理學(xué)家在計(jì)算機(jī)技術(shù)方面發(fā)揮了基礎(chǔ)研究的作用，正如他們?cè)谠S多其他領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用一樣.曾廣為人知的世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)埃尼阿克就曾由一名叫約翰毛克利的物理學(xué)家參與設(shè)計(jì).作為C語言編程之父，物理學(xué)家丹尼斯·里奇為編程語言開辟了一條新通道.在美國硅谷，目前有很多物理學(xué)家進(jìn)入數(shù)據(jù)科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域從事軟件開發(fā)工作，很多互聯(lián)網(wǎng)公司越來越需要物理學(xué)家的技能與素養(yǎng).通過給學(xué)生交流分享這些經(jīng)典案例，讓學(xué)生更深地理解了物理學(xué)是創(chuàng)新思想的源泉與基礎(chǔ)，物理學(xué)思維在當(dāng)今大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)過程中必將發(fā)揮重要作用.

3.3 改革課程教學(xué)模式與教學(xué)方法

為了更好地提升學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用意識(shí)，大學(xué)物理課程教學(xué)采用多元化的教學(xué)模式[9].

(1)一般的知識(shí)點(diǎn)采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，由教師通過講授、實(shí)例講解、板書及在線教學(xué)平臺(tái)的輔助，把教學(xué)內(nèi)容傳遞給學(xué)生，以提高知識(shí)傳授的效率.

(2)針對(duì)教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)知識(shí)，老師以啟發(fā)式教學(xué)模式的方法講授，對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容和學(xué)生難以理解的內(nèi)容要講清楚講透，對(duì)一般內(nèi)容可引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)掌握，要多結(jié)合工程案例或生活實(shí)際案例進(jìn)行剖析，多設(shè)計(jì)一些能啟發(fā)誘導(dǎo)學(xué)生思考的教學(xué)環(huán)節(jié).

(3)培養(yǎng)能力的知識(shí)點(diǎn)采用項(xiàng)目式、案例式的教學(xué)模式，以真實(shí)的工程物理應(yīng)用背景創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，選取與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用案例作為引線導(dǎo)出相應(yīng)的物理學(xué)知識(shí)，還可通過小組討論、交流的形式，引導(dǎo)學(xué)生把精力集中到分析問題和解決問題上來，通過觀點(diǎn)的交鋒和思想的碰撞修正，從而修正和彌補(bǔ)每個(gè)學(xué)生的物理知識(shí)庫.

同時(shí)可以組建線上課程學(xué)習(xí)討論群，教師深度參與學(xué)生線上學(xué)習(xí)過程中的輔導(dǎo)，解答學(xué)生疑問和固化學(xué)習(xí)成果.具體結(jié)合到實(shí)際大學(xué)物理課堂中，結(jié)合多樣化教學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，促進(jìn)交流溝通.如讓學(xué)生分組談?wù)摻涣鞯卣饘?duì)地球自轉(zhuǎn)的影響，從而啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用角動(dòng)量守恒定律分析解決生活現(xiàn)象.再如讓學(xué)生合理利用網(wǎng)絡(luò)資源查詢滑蓋手機(jī)控制電路中使用霍爾效應(yīng)開關(guān)的工作原理并思考霍爾開關(guān)的應(yīng)用，從而加深學(xué)生對(duì)霍爾效應(yīng)的理解，進(jìn)而形成新的教與學(xué)雙邊互動(dòng)的局面，達(dá)到更好的教學(xué)效果.

3.4 建立大學(xué)物理名師工作室

大學(xué)物理名師工作室取代原有的大學(xué)物理教研室.將與物理學(xué)有關(guān)聯(lián)的相關(guān)院系的專業(yè)教師(如力學(xué)方向教師、工程傳熱方向教師、光電方向教師、量子光學(xué)與量子信息方向教師、微電子學(xué)與固體電子學(xué)方向教師、半導(dǎo)體物理與器件方向教師、無線電物理方向教師、電磁場與微波技術(shù)方向教師)聯(lián)合組建大學(xué)物理名師工作室，打破內(nèi)外墻，教師跨研究方向合作，實(shí)現(xiàn)多個(gè)研究領(lǐng)域的交叉融合，也有利于學(xué)校的應(yīng)用(創(chuàng)新)型人才培養(yǎng).

面向全校各年級(jí)各專業(yè)(特別是理工科專業(yè))學(xué)生進(jìn)行招募，學(xué)生通過雙向選擇加入“名師工作室”，構(gòu)建對(duì)物理學(xué)感興趣的學(xué)生梯隊(duì)，工作室中的教師相互合作，按實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)作的模式進(jìn)行，學(xué)生通過在工作室內(nèi)做項(xiàng)目，修課程、抵學(xué)分、進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)等，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目式教學(xué).例如名師工作室教學(xué)團(tuán)隊(duì)帶領(lǐng)跨專業(yè)跨年級(jí)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行科研項(xiàng)目的學(xué)術(shù)研究或應(yīng)用型研究，提升他們的理論分析、科學(xué)計(jì)算、科研作圖繪圖、論文寫作等各方面的能力，同時(shí)也可以帶領(lǐng)學(xué)生開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、各類學(xué)科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽、物理作品的制作等課外實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生做中學(xué)、學(xué)中做、學(xué)做合一，讓學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于真實(shí)工作任務(wù)中，在完成真實(shí)工作任務(wù)的過程中習(xí)得實(shí)務(wù)知識(shí).

3.5 不斷提高教師教改與科研水平 帶動(dòng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的提高

大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師要不斷強(qiáng)化教學(xué)研究，定期集體備課、研討課程設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)交流分享導(dǎo)學(xué)模式、游戲模式、翻轉(zhuǎn)課堂、項(xiàng)目案例等好的教學(xué)模式，發(fā)揮好“傳幫帶”作用，同時(shí)要與時(shí)俱進(jìn)，提高自身的科學(xué)修養(yǎng)、學(xué)術(shù)水平和實(shí)踐能力.例如大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師多去其他教學(xué)優(yōu)秀的課堂聽課，多觀摩學(xué)習(xí)其他專業(yè)教師的優(yōu)秀教學(xué)案例；邀請(qǐng)線上教學(xué)效果較佳課程的老師來分享在線教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)步推進(jìn)團(tuán)隊(duì)教師的整體教學(xué)技能提升.

教師在教學(xué)過程中，可以將自己物理相關(guān)科研的內(nèi)容方法、科研成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)融入到課堂教學(xué)中，讓學(xué)生更加了解物理的前沿發(fā)展，認(rèn)識(shí)到物理在現(xiàn)代科技支撐中的重要作用.例如有的物理老師結(jié)合自己的科研課題“MIS場效應(yīng)太陽能電池的制備及其光電特性研究”給學(xué)生講解量子物理中的光電效應(yīng)、半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體器件等相關(guān)前沿知識(shí)；有的物理老師結(jié)合自己的量子光學(xué)、量子信息、量子通信科研方向，結(jié)合習(xí)近平總書記在中央政治局第二十四次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)深刻認(rèn)識(shí)推進(jìn)量子科技發(fā)展重大意義，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局的講話精神，向?qū)W生重點(diǎn)講解介紹光的量子理論、量子力學(xué)和信息學(xué)的交叉，以及重要的兩個(gè)應(yīng)用方向，即量子通信和量子計(jì)算，讓學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)量子科技發(fā)展的重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值，讓學(xué)生體會(huì)到量子科技發(fā)展的重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)新將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向，同時(shí)讓學(xué)生課后閱讀一篇相關(guān)英文綜述文獻(xiàn)，從而提高學(xué)生的文獻(xiàn)檢索與閱讀分析能力.有的物理老師將自己的新型能源材料理論研究課題，轉(zhuǎn)化為相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，如應(yīng)用人工智能算法輔助新型鈣鈦礦太陽能材料設(shè)計(jì)，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)新型能源材料結(jié)構(gòu)性質(zhì)的預(yù)測等.讓大三的學(xué)生盡早進(jìn)入老師的科研課題，在老師的指導(dǎo)下盡早學(xué)會(huì)相關(guān)的學(xué)習(xí)工具使用和科研方法，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、軟件編程能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、合作交流溝通能力；有的物理老師結(jié)合自己指導(dǎo)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“創(chuàng)青春”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生學(xué)術(shù)科技作品大賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競賽等實(shí)踐項(xiàng)目內(nèi)容，讓學(xué)生通過參與相關(guān)項(xiàng)目作品的設(shè)計(jì)開發(fā)與制作，領(lǐng)會(huì)物理原理、物理方法、物理思想在最新科技發(fā)展及實(shí)踐平臺(tái)上的應(yīng)用，讓學(xué)生充分發(fā)揮出自己的潛能創(chuàng)造出更多融入物理學(xué)原理的創(chuàng)意作品.例如設(shè)計(jì)電動(dòng)小車動(dòng)態(tài)無線充電系統(tǒng)，使用電磁諧振耦合無線電能傳輸技術(shù)；設(shè)計(jì)電磁炮，利用電磁發(fā)射技術(shù)；設(shè)計(jì)煤礦甲烷體積分?jǐn)?shù)監(jiān)測系統(tǒng)需要雙光束干涉原理.這都有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)科學(xué)的熱情，同時(shí)會(huì)潛移默化地影響學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的欲望，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí).

4 結(jié)論

大學(xué)物理對(duì)于大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的作用十分重要，大學(xué)物理教學(xué)中體現(xiàn)的相關(guān)物理學(xué)原理和物理學(xué)發(fā)展史能夠極大地啟迪大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維.通過大學(xué)物理的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐過程中的堅(jiān)持不懈、開拓創(chuàng)新、勇于探索、實(shí)事求是、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神素質(zhì).本文積極探討了通過應(yīng)用型教學(xué)模式與方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、師生團(tuán)隊(duì)組建等多方面的改革，讓大學(xué)物理更好地發(fā)揮其在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的促進(jìn)作用，積極推進(jìn)新工科的建設(shè).