卓越人才实验班大学物理课程的教学改革

安力群 孔林涛 高纯静

（天津科技大学，天津 300222）

按照 《教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》（教高[2011]1号）的要求，各高校陆续启动了“卓越人才培养计划”。我校从2011年开始，在新生中通过选拔也成立了 “卓越人才实验班”（以下简称实验班）。根据教育部文件精神，卓越人才培养的主要目标是：面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源优势，增强我国的核心竞争力和综合国力。但是如何实现这一培养目标，各高校都在深入地探索。

各高校实验班学生的大学学习首先面临的是基础课程学习，而大学物理课程的知识学习和能力培养是实验班学生未来专业学习和专业发展的重要基础。实验班学生的知识基础和综合素质明显高于普通班学生，如何根据实验班人才培养目标的要求，因材施教、因需施教，深入开展大学物理课程的教学改革与实践，对“卓越人才培养计划”的落实具有至关重要的作用。

一、大学物理课程在实验班教学中存在的问题

1.教学内容深度不够，针对性不强

一是高等教育大众化后，地方高校的生源质量急剧下滑，学生的学习能力和综合素质显著降低。因此，各高校对大学物理课程的教学基本要求进行了修订，降低了对学生知识掌握深度的要求。但由于实验班学生的学习能力和综合素质明显高于普通班，因此，面向普通班学生的教学基本要求显然不适合实验班教学。

二是大学物理是面向工程类专业开设的重要基础课程，不同学科专业的学生对物理学知识的需求有所不同。但是大多数高校的大学物理课程教学并没有针对不同学科专业的需要，采用不同的教学内容开展教学，教学内容缺乏针对性，因需施教没有得到落实。

2.缺乏情境创设，学生学习兴趣不高

大学物理学生学习情境的创设是指通过在课堂上解决一个能够深刻揭示知识产生和知识应用过程的实际问题或演示实验为学生创设一个知识产生和知识应用的真实环境，并通过该问题衍生的问题链，把教学内容各部分有机地结合在一起，通过环环相扣的问题形成的情境脉络组织教学，激发学生的情感、兴趣和求知欲，引导学生主动思考，实现师生情感共鸣，让学生在与教师的共同实践、共同反思过程中构建知识。脱离学习情境的学习是枯燥的，获得的知识是僵化的，难以形成运用知识解决实际问题的思维图式。

在过去的大学物理课程教学中，教师往往忽视了对学生学习情境的创设，脱离了知识产生和知识应用的真实环境，定义、定律、公式、方法的学习对学生来说是枯燥、乏味的，学生感到学而无用,无法产生兴趣，科学的思维方式难以形成。

3.课下教学被忽视，学生的能力难以提高

“教学”就是要教会学生学习。而如何教会学生学习，仅靠课堂上教师引导下的学习是远远不够的。课程教学不仅要重视课堂上的教学，更要重视课下教学，要把对学生学习能力、思维能力、应用能力、观察能力、动手能力、物理学素养和创新能力的培养由课上延伸至课下，采用各种教学方法和手段，促使学生课下自主学习，提高学生的学习能力。

在过去的大学物理课程教学中，教师没有足够重视课程的课下教学活动，多数高校的大学物理课下教学基本上局限于给学生布置课程作业和课程预习任务。

二、实验班大学物理课程的教学改革与实践

针对过去大学物理课程教学不适合实验班教学的几方面问题，以人才培养需要和因材施教为原则，结合高校大学物理课程教学发展的趋势和实验班学生所学专业领域的特点，以建立“课上与课下并重，理论与实践结合，面向学生自主学习”的新教学模式为目标，对实验班大学物理课程的教学内容、教学方法和教学手段进行了改革，取得了良好的效果。

1.调整教学内容深度，加强教学内容针对性

首先，大学物理课程中有一些教学内容学生在中学时期已经有所了解，根据实验班学生知识基础比较好、学习能力比较强的实际情况,我们把这部分教学内容交给学生自学，腾出学时进行有一定深度的教学内容。如把物体平面运动和静电场方面的教学内容交给学生自学，增加一些有一定深度、学生从未接触过的刚体转动和现代物理方面的教学内容。

实验班大学物理课程教学相对普通班在知识掌握的深刻程度上要求比较高，目的是使学生为未来专业的学习与发展奠定坚实的基础。如在普通班大学物理课程教学中，热力学第二定律仅作为了解性内容开展教学，而在材料科学与化学工程实验班和食品与生物工程实验班的大学物理课程教学中，热力学第二定律是要求深刻掌握的内容。

其次，加强教学内容的针对性，为学生未来专业学习和发展奠定了坚实的基础。如机电工程类专业学习对力学和电学的知识要求比较多，也比较深。针对这种情况，我们在机械电子工程实验班的大学物理课程教学中增加了部分力学和电学的教学内容，并提高了其教学内容的深度。同样，材料、化工、食品和生物工程类专业学习对热学和光学的知识要求比较多，也比较深。针对这种情况，我们在材料科学与化学工程实验班和食品与生物工程实验班的大学物理课程教学中增加了部分热学和光学的教学内容，并提高了其教学内容的深度。

2.创设学生学习情境，激发学生学习兴趣

第一，为了激发学生的学习兴趣，突出对学生学习能力、思维能力、应用能力、物理学素养和创新能力的培养，可采用创设学习情境的教学方法开展教学，使枯燥乏味的知识鲜活起来，能使学生更容易理解知识的内涵，感悟知识产生和知识应用的思想方法，逐渐形成科学的思维模式，并学会怎样应用所学习的知识解决实际问题和实现科技创新。

为了采用学习情境创设的教学方法开展教学，教学团队建设了用于引发学习情境的案例素材库，并购置和自行设计制作了19件操作简单、便于携带、趣味性强、又能深刻揭示物理学原理的演示仪器，包括角动量演示器、刚体转动惯量演示器、多普勒效应演示仪，法拉第电机演示器、自由线圈在磁场中的运动、自感与互感演示器、静电感应演示器、尖端放电演示器等。通过课堂上的演示实验来引发学生的学习情境。使学生对物理规律的产生更直观、更深刻的认识，激发学生的学习兴趣。

第二，由教学团队集体研究、设计学生课下学习内容，创设学生课下学习情境。如在机械振动教学中，布置的课下学习内容是让学生预习单摆的理论知识，思考如何验证单摆的周期公式。在课程知识讲授后，布置学生课下分组进行设计性实验，构建学习者互动的学习情境，用实验的方法来检验单摆的周期公式，并在课堂上演示。

第三，学科竞赛是学生课程学习的一个重要教学实践活动，也是深入开展课程教学的重要手段。为了充分利用学科竞赛这一重要课程教学手段来提高教学质量，学校每年举办一届校级大学生物理竞赛，并对竞赛形式进行了改革，由过去的完全笔试形式，改为笔试和动手制作相结合的形式，让学生在知识的应用中不断地学习，构建学习者和学习情境的互动。

第四，建设网上互动与自主学习平台。为了推动学生自主学习，使学生的知识得到拓展和深化，个性得到发展，教学团队建设了丰富的网上课程资源，包括大学物理课程学习资源库、大学物理课外学习资源库、大学物理竞赛学习资源库、国内外名校的教学录像等。在互联网上建立课程学习讨论群，实现了教师与学生、学生与学生之间课程学习的及时交流沟通。同时，吸收高年级同学参加，他们的学习经验对于低年级学生的学习具有重要指导意义。

3.开展大学物理课外科技创新实践教学活动，培养学生创新能力

为了推动学生自主学习，支持学生个性化发展，进一步加深实验班学生对课程知识的理解，进一步提高培养学生的知识应用能力、思维能力、观察能力、设计能力、动手能力、物理学素养和创新能力，学校开展了大学物理课外科技创新实践教学活动。该活动采取学生自由组合的方式，在教师的指导下，根据教学内容进行科技作品的研究、设计与制作，并在课堂上进行演示，由教师和学生共同点评，考核成绩计入课程平时成绩。

例如，多普勒效应是大学物理课程教学中的一个重点，也是难点，学生在理解上存在一定困难。为了使学生能够更深刻地理解多普勒效应，在课外科技创新实践教学活动中，教师就指导学生分组研究、设计、制作多普勒效应演示仪，并在课堂上演示。一方面使学生更深刻地理解了多普勒效应，另一方面也提高了学生的动手能力，激发了学生的学习兴趣。又如，在电学的学习过程中，教师指导学生研究、设计、制作简易电动机。学生通过上网查阅资料，结合课堂上的理论学习，设计出多种不同形式的简易电动机，并将自己的作品在课堂上进行演示，并由教师和同学进行点评。

为了开展大学物理课外创新实践教学活动，教学团队还建立了物理科技创新实验室，全年对学生开放。在大学物理课外科技创新实践教学活动中，教师高度重视不同专业领域学生对物理学知识需求的差异性。根据学生所学习的专业，有针对性地指导学生进行不同物理学知识领域的科技作品研究、设计与制作。

三、教学改革与实践的效果

通过教学内容、教学方法和教学手段的改革与实践及开展大学物理课外科技创新实践教学活动，改变了过去大学物理课程教学不适合实验班教学的状况。教学内容针对性强、有深度，把对学生学习能力、思维能力、应用能力、观察能力、动手能力、物理学素养和创新能力的培养由课上延伸至课下，实现并形成了“课上与课下并重，理论与实践结合，面向学生自主学习”的教学改革目标和教学模式。

通过教学改革与实践，实验班学生对大学物理课程知识掌握的深度和广度、学习能力、思维能力、知识应用能力、分析问题和解决问题能力、文献检索能力、观察能力、动手能力和物理学素养都显著高于普通班，并形成了科学的思维方式和严谨认真的科学态度。学生学习兴趣浓厚，学习态度积极认真，在课程学习与讨论过程中有自己独到的见解，能提出水平较高的问题。在统一命题、流水阅卷的大学物理课程考试中，实验班学生的成绩明显高于普通班。

大学物理课外科技活动为实验班学生搭建了一个课外科技创新学习平台，使学生的个人才能得以发挥、个性得到发展，激发了学生的求知欲和学习热情。学生们充分发挥自己的才智，结合课程理论知识的学习，研究、设计、制作了许多科技创新作品。如土豆去皮机、折弯机、装订机等，其中一些项目还入选了我校大学生实验室创新基金，部分项目入选了学校大学生创新创业计划，还有一些项目参加了“挑战杯”全国大学生课外学术作品竞赛。在实验班大学物理课外科技创新实践教学活动中研究、设计和制作的多种教学演示仪器，已被用于大学物理课程教学。

四、结束语

通过教学内容、教学方法和教学手段的改革与实践，以及开展大学物理课外科技创新实践教学活动，改变了过去大学物理课程教学不适合实验班教学的状况，建立了“课上与课下并重，理论与实践结合，面向学生自主学习”的新教学模式。大学物理课程的学习对实验班学生未来的专业发展具有深远的影响，但如何因材施教，在保证学生深入掌握未来专业学习和专业发展必备物理学理论基础与方法的前提下，使学生的创新能力得到显著提高，形成比较科学的思维方式和严谨认真的科学态度，是一个复杂的系统工程，还需要深入研究、反复实践和不断完善。

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