新工科背景下的高校物理教學(xué)改革研究

劉素梅

摘 要 新工科背景下，以培育多元化、創(chuàng)新型卓越人才為主線，培育具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的工程人才成為當(dāng)下高校的重要任務(wù)之一。高校物理課程作為理工類專業(yè)課程體系的重要組成部分，在培育高素質(zhì)、高水平人才層面發(fā)揮著重要的作用。通過(guò)闡述新工科背景下高校物理教學(xué)的“新”變化基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)新工科背景下推進(jìn)高校物理教學(xué)改革的具體對(duì)策提出建議，以促進(jìn)高校物理教學(xué)改革的不斷深入，更好地服務(wù)于高校元化、創(chuàng)新型卓越人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 高校 物理教學(xué) 教學(xué)改革 新工科

中圖分類號(hào)：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.03.042

Research on the Reform of College Physics Teaching

under the Background of New Engineering

LIU Sumei

（School of Science， Nanjing University of Science and Technology， Nanjing， Jiangsu 210014）

Abstract Under the background of new engineering， it is one of the important tasks of colleges and universities to cultivate engineering talents with innovative and entrepreneurial ability and cross-border integration ability， taking cultivating diversified and innovative talents as the main line. As an important part of the curriculum system of science and technology， physical courses in colleges and universities play an important role in cultivating high-quality and high-level talents. Based on the new changes of physics teaching in colleges and Universities under the background of new engineering， the paper puts forward suggestions on the specific countermeasures to promote the reform of physical teaching in colleges and universities in the context of new engineering， so as to promote the deepening of the reform of physical teaching in colleges and universities， and better serve the cultivation of the meta and innovative talents in colleges and universities.

Keywords colleges and universities; physics teaching; teaching reform; new engineering

2017年2月以來(lái)，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式、中國(guó)經(jīng)驗(yàn)，助力高等教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)。在新工科背景下，探索高校課程教學(xué)改革的新路徑、新思路成為當(dāng)下的重要研究課題。[1]本文以高校物理課程教學(xué)為例，重點(diǎn)對(duì)新工科背景下的高校物理課程教學(xué)改革路徑進(jìn)行探索。

1 新工科背景下高校物理課程教學(xué)的“新”變化

高校物理課程的研究對(duì)象是物質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)、物質(zhì)之間的相互作用以及物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等，是理工專業(yè)的必修課程。高校物理非常注重培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，幫助學(xué)生獲得正確的思維方法，對(duì)于提高學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新能力有著十分重要的作用和意義。目前，高校物理教學(xué)中還存在著很多問(wèn)題：第一，教學(xué)課時(shí)與教學(xué)內(nèi)容嚴(yán)重失調(diào)。教學(xué)課時(shí)少導(dǎo)致教師只能在課上講解一些經(jīng)典物理教學(xué)內(nèi)容，與現(xiàn)代科學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)。第二，教學(xué)方式枯燥單一。課堂上，教師主要是通過(guò)講解敘述的方式向?qū)W生傳授知識(shí)，而對(duì)于學(xué)生是否掌握了解決實(shí)際問(wèn)題的方式明顯了解不夠，學(xué)生的實(shí)踐操作機(jī)會(huì)也比較少，實(shí)踐能力的提升空間有限。第三，教師數(shù)量有限，很多高校的相似專業(yè)都采用合班教學(xué)的方式，考核方式和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)單一，缺乏針對(duì)性，能力較強(qiáng)的學(xué)生和能力較差的學(xué)生都很容易被忽視，缺乏提升自己和鍛煉自己的機(jī)會(huì)。

在新工科背景下，新工科背景下，新工科所包含的豐富理念對(duì)推動(dòng)高校物理教學(xué)改革提供了新思路。而新工科帶來(lái)的變化集中體現(xiàn)：第一，新的教學(xué)理念。新工科促進(jìn)高校物理教學(xué)理念的創(chuàng)新，突出學(xué)生為本的理念，強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)與專業(yè)技能的有效結(jié)合，理論與實(shí)際應(yīng)用的有效結(jié)合。第二，新的質(zhì)量追求。在新工科背景下對(duì)高校物理教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行重新定義，強(qiáng)調(diào)教學(xué)應(yīng)對(duì)接經(jīng)濟(jì)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型迫切需要的緊缺人才，培育能夠引領(lǐng)未來(lái)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才。教學(xué)質(zhì)量側(cè)重關(guān)注學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的程度，建模能力、自我學(xué)習(xí)能力以及物理與其他學(xué)科的交叉學(xué)習(xí)能力等。第三，新的教學(xué)模式。新工科背景下，教學(xué)模式側(cè)重以成果為導(dǎo)向，搶到學(xué)生學(xué)習(xí)效率與學(xué)習(xí)主動(dòng)性，側(cè)重運(yùn)用工作室模式、翻轉(zhuǎn)課堂模式等。[2]

2 新工科背景下推進(jìn)高校物理教學(xué)改革的具體對(duì)策提出建議

2.1 依據(jù)社會(huì)和行業(yè)發(fā)展的需求，合理地確定物理課程教學(xué)目標(biāo)

大學(xué)物理是理工專業(yè)的必修課程，其中包括力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、近代物理發(fā)展歷程等諸多內(nèi)容，根據(jù)教學(xué)方式的不同，物理教學(xué)可以劃分為課堂理論和實(shí)驗(yàn)操作兩部分。社會(huì)各行各業(yè)的發(fā)展都離不開物理學(xué)的支持?，F(xiàn)代物理已經(jīng)形成了比較完整的體系，課本理論中所包含的物理思想、物理定律、解決物理問(wèn)題的方法等對(duì)于指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐，提高學(xué)生物理能力具有十分重要的作用。大學(xué)生物理教學(xué)的目標(biāo)主要有以下兩個(gè)：第一，為學(xué)生打下良好的物理基礎(chǔ);第二，教給學(xué)生正確的思維方法，提高學(xué)生的獨(dú)立解決問(wèn)題的能力和研究創(chuàng)新的能力，為學(xué)生以后從事專業(yè)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教師在學(xué)生入學(xué)之初就規(guī)劃出畢業(yè)時(shí)學(xué)生應(yīng)達(dá)到的水平，然后再根據(jù)預(yù)期目標(biāo)設(shè)計(jì)相應(yīng)的教育教學(xué)活動(dòng)，鍛煉學(xué)生能力，確保學(xué)生在每個(gè)階段都能有所提升。教師在制定任務(wù)目標(biāo)時(shí)可以征求學(xué)生意見(jiàn);讓學(xué)生參與策劃方案的設(shè)計(jì);讓學(xué)生合作開展項(xiàng)目研究等等。通過(guò)這樣的方式不斷提升學(xué)生的獨(dú)立思考能力和研究創(chuàng)新能力。每個(gè)專業(yè)都應(yīng)該根據(jù)社會(huì)和行業(yè)發(fā)展的需要、學(xué)校的發(fā)展定位以及人才培養(yǎng)的要求制定相應(yīng)的“培養(yǎng)目標(biāo)”。

2.2 主動(dòng)適應(yīng)“新工科”要求，合理地調(diào)整物理教學(xué)內(nèi)容

“新工科”背景下的大學(xué)物理課程必須與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展腳步保持一致，改革課程內(nèi)容，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，在向?qū)W生講授經(jīng)典物理知識(shí)的同時(shí)引入最前沿的科學(xué)技術(shù)成果，為傳統(tǒng)的大學(xué)物理課程注入新鮮血液，賦予其廣闊的創(chuàng)新發(fā)展空間。另外，高校還應(yīng)做好調(diào)研工作，充分了解“新工科”的后續(xù)課程內(nèi)容以及就業(yè)崗位對(duì)人才能力的需求，并根據(jù)調(diào)研結(jié)果，調(diào)整大學(xué)物理課程的知識(shí)側(cè)重點(diǎn)，適當(dāng)?shù)脑鰟h課本知識(shí)。工科專業(yè)的學(xué)生高中時(shí)期所學(xué)的課程以理科為主，具備較好的物理基礎(chǔ)，高校教師可以將那些與中學(xué)物理聯(lián)系密切，跨度較小的物理知識(shí)點(diǎn)挑選出來(lái)，讓學(xué)生自學(xué)完成。比如，適當(dāng)壓縮力學(xué)、機(jī)械能守恒、振動(dòng)和波動(dòng)等基礎(chǔ)性內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)剩余部分;而空氣動(dòng)力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)與現(xiàn)代汽車科技和無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)聯(lián)系密切，因此，可以適當(dāng)增加;同時(shí)，還需要增加一些電磁知識(shí)和新能源知識(shí)等相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)增刪課本知識(shí)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，滿足學(xué)生的實(shí)際需求，切實(shí)做到高校物理課程與現(xiàn)代科技和工程實(shí)際的接軌，滿足“新工科”背景下學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的需求。

2.3 據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，合理劃分分層學(xué)習(xí)小組

教師可以按照課程大綱的要求對(duì)學(xué)生進(jìn)行階段性測(cè)驗(yàn)，并根據(jù)測(cè)驗(yàn)結(jié)果將基礎(chǔ)差不多的學(xué)生放到一個(gè)小組。根據(jù)不同層次的學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握程度的不同，有針對(duì)性的開展教學(xué)活動(dòng)，因材施教。在每個(gè)小組都安排一名組長(zhǎng)，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)在課余時(shí)間組織學(xué)生做好課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，并主動(dòng)向教師匯報(bào)小組成員的學(xué)習(xí)情況。這既能夠幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況以及學(xué)習(xí)進(jìn)度，又有利于教師合理的安排課堂教學(xué)內(nèi)容。另外，在每個(gè)階段測(cè)試結(jié)束之后，教師都要根據(jù)測(cè)試結(jié)果以及學(xué)生近期的表現(xiàn)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整小組成員，確保不同學(xué)習(xí)程度的學(xué)生都能獲得提升自我的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心。比如，教師可以根據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度將學(xué)生劃分成A、B、C三個(gè)層次。A層次的學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握比較扎實(shí)，基礎(chǔ)較好，教師可以多布置一些鞏固類的教學(xué)問(wèn)題和開放性較強(qiáng)的問(wèn)題，側(cè)重培養(yǎng)他們的探索創(chuàng)新能力;B層次的學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況一般，教師還是要把重點(diǎn)放到鞏固基礎(chǔ)知識(shí)上來(lái)，給他們安排一些鞏固類的教學(xué)問(wèn)題，穩(wěn)抓穩(wěn)打，為學(xué)生以后更好的解決實(shí)際問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ);C層次的學(xué)生基礎(chǔ)較差，教師應(yīng)多關(guān)注學(xué)生對(duì)各種物理概念、物理規(guī)律等內(nèi)容掌握情況，讓學(xué)生掌握解決各種物理問(wèn)題的方法。分層教學(xué)可以讓不同層次的學(xué)生都能得到相應(yīng)的提高，另外，在交流展示階段，基礎(chǔ)較差的學(xué)生也可以接觸到高層次的學(xué)習(xí)內(nèi)容，拓寬視野，從而激發(fā)這部分學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.4 合理的優(yōu)化物理教育模式，創(chuàng)新高校物理課程教學(xué)方法

教師根據(jù)課堂需要重新整合教學(xué)章節(jié)，利用多媒體課件合理的展開教學(xué)活動(dòng)。第一，在每個(gè)章節(jié)的教學(xué)開始之前，教師需要將其中蘊(yùn)含的物理知識(shí)點(diǎn)放到固定的框架中，把需要學(xué)生掌握的知識(shí)技能一一羅列出來(lái)，讓學(xué)生有目的做好課前預(yù)習(xí)。第二，在開展教學(xué)的過(guò)程中，教師使用的課件必須和教材內(nèi)容保持一致，深入分析教材內(nèi)容，多設(shè)計(jì)一些有思考價(jià)值的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生用物理思維思考問(wèn)題、解決問(wèn)題，并初步掌握驗(yàn)證物理原理正確與否的方法;同時(shí)，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，向?qū)W生展示具有代表意義的物理素材以及相關(guān)的儀器使用方法和實(shí)驗(yàn)操作程序，全面提升學(xué)生的綜合物理素養(yǎng)。第三，課程結(jié)束之后，教師需要根據(jù)不同層次學(xué)生的水平的不同合理的安排課后任務(wù)，通過(guò)小組內(nèi)部討論交流，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解程度，并通過(guò)查閱搜集資料獲取一些解決該問(wèn)題的物理原理和方法，拓寬學(xué)生知識(shí)面，同時(shí)，還要考慮這些方法和原理是否存在缺陷和不足，如果存在，是否能夠找到彌補(bǔ)措施。

同時(shí)，注重課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的緊密結(jié)合。網(wǎng)絡(luò)媒體輔助教學(xué)恰好可以幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)。第一，利用多媒體技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)資源的共享和傳輸。教師可以根據(jù)教學(xué)計(jì)劃的要求，將相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，這樣學(xué)生就可以將課余時(shí)間充分利用起來(lái)，課時(shí)不足的問(wèn)題也就迎刃而解。第二，除了上傳網(wǎng)絡(luò)視頻課，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)還應(yīng)開設(shè)專門的討論答疑專欄，學(xué)生隨時(shí)可以就課堂中遇到的問(wèn)題展開討論，教師也能夠及時(shí)接收到學(xué)生的反饋，明確課后答疑的方向，不斷改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，提高課堂教學(xué)的效率。第三，在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)投放一些具有代表意義的國(guó)內(nèi)外精品物理課程，通過(guò)“慕課”的方式讓學(xué)生有機(jī)會(huì)聆聽一些高水平的課程，開闊學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生努力學(xué)習(xí)的熱情，同時(shí)教師也可以從專家們的教學(xué)視頻中獲得一些啟發(fā)，提高教學(xué)水平，改善高校物理教學(xué)的質(zhì)量。

此外，在講解“大學(xué)物理”的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到一些抽象、深?yuàn)W、難以向?qū)W生解釋的知識(shí)內(nèi)容，這時(shí)，教師就可以通過(guò)引入一些與之相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用案例，幫助學(xué)生掌握這些深?yuàn)W的物理學(xué)原理。應(yīng)用型本科開設(shè)物理課程應(yīng)充分考慮到物理學(xué)的應(yīng)用前景，采取理論知識(shí)和實(shí)際案例相結(jié)合的教學(xué)方式，幫助學(xué)生理解物理機(jī)理，提高物理課程的綜合教學(xué)效果。比如，教師在講解剛體時(shí)，可以將直升機(jī)螺旋槳的剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)引入課堂教學(xué);在講解電質(zhì)的極化這一部分時(shí)，向?qū)W生介紹智能手機(jī)的電容屏的工作原理，讓學(xué)生知道為什么戴著手套無(wú)法使用手機(jī)觸屏;在講解電磁波時(shí)，可以向?qū)W生介紹衛(wèi)星定位原理、微波爐的制熱原理以及遙控的使用原理等內(nèi)容;講解磁學(xué)時(shí)，引入磁懸浮列車、電磁殺蟲技術(shù)等案例?？偠灾诖髮W(xué)物理教學(xué)中引入一些形式新穎，具有時(shí)代特點(diǎn)的經(jīng)典案例，能夠有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，改變學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)物理學(xué)的看法，提高物理課程在“新工科”人才培養(yǎng)中的地位。

2.5 合理地增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)比重，提升學(xué)生的物理實(shí)踐能力

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是解決這一問(wèn)題最直接最有效的方法，因此，“新工科”背景下的大學(xué)物理課程必須增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)的比重，鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)際操作的融會(huì)貫通。[3]此外，高校也應(yīng)加大實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投入，適當(dāng)增加一部分過(guò)程可視、具體形象的演示性試驗(yàn)，以及一些綜合性較強(qiáng)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和實(shí)際操作能力。但理工科物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀實(shí)驗(yàn)設(shè)備老舊落后，與“新工科”對(duì)人才培養(yǎng)的要求嚴(yán)重不符。物理演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生更好的掌握抽象、晦澀的理論知識(shí)，教師可以有針對(duì)性的選擇一些形式新穎、具有時(shí)代特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在課堂上進(jìn)行演示，激發(fā)學(xué)生參與的興趣，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解;另外，還需要開設(shè)一些綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，訓(xùn)練學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，鼓勵(lì)學(xué)生多參加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目競(jìng)賽，不斷提高物理教學(xué)在“新工科”人才培養(yǎng)中的地位。

2.6 建立多元物理教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，全面反饋物理教學(xué)的實(shí)際效果

教學(xué)考核在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中有著至關(guān)重要的作用。[4]OBE模式下教學(xué)評(píng)價(jià)的焦點(diǎn)是學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，與教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式等并無(wú)關(guān)聯(lián)。高?？筛鶕?jù)教學(xué)目標(biāo)地要求采取多元化和梯次化的教學(xué)評(píng)價(jià)方式，有目的地對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，幫助教師全面了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和對(duì)知識(shí)的掌握程度，[5]并以此為依據(jù)，改善教學(xué)方法。傳統(tǒng)教育通常會(huì)把教師對(duì)學(xué)生數(shù)次評(píng)價(jià)結(jié)果的平均值作為最終評(píng)價(jià)的結(jié)果，學(xué)生只要在過(guò)程中出現(xiàn)一次不合格就會(huì)影響最終結(jié)果。而OBE教育理念下的評(píng)價(jià)方式更注重學(xué)生最終取得的成果，中間的失敗只作為改進(jìn)教學(xué)方式的依據(jù)，不會(huì)影響最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。學(xué)生的學(xué)習(xí)成果包括學(xué)生在課堂上掌握的理論知識(shí)、實(shí)際操作能力以及在學(xué)習(xí)過(guò)程中所形成的價(jià)值觀和情感因素，如創(chuàng)新意識(shí)、合作探究能力等。我們?cè)诟咝Ｎ锢碚n程的考核中引入了OBE聚焦下的評(píng)價(jià)模式，制定了科學(xué)可行的物理課程評(píng)價(jià)體系。

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