与专业结合的大学物理改革探索

摘 要：分析大学物理课程与专业课程关联的核心概念，利用网络学堂在线学习基本知识作为重要补充，结合地方特色专业研究的最新成果、国内外相同专业的研究成果及生活常识问题等方面在翻转课堂上展开物理相关案例教学，同时，知识的整合的探讨也为专业总学时优化和专业的建设发展提供一定的参考，进一步提高机械类本科教育的质量和水平。

关键词：大学物理改革 机械专业 翻转课堂 案例教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2017）07-0032-02

1 引言

任丽平等在2011年做的《大学物理》学习现状调查与分析，指学生对大学物理的学习积极性不高，这个现象在笔者所在的海南大学也是似曾相似，几年后的今天依然在探讨如何破解，同行们都给出各种解决方案[1]-[4]，那么，是否可以充分利用如今先进的教学理念，诸如，慕课、翻转课堂等这些教学模式，充分利用课堂外的学习时间，在有限的课时内做与专业结合的案例教学[5]。让大学新生提前认识专业前景，或能燃起学习热情，在学时削减的压力下能做到专业总学时的统筹安排。本文以机械类专业为例从两方面来谈大学物理课程改革，期待与同行共勉。

2 与专业结合的大学物理改革

2.1 大学物理与专业课程关联分析

从海南大学机电学院了解到的机械类专业培养目标中要求学生能掌握将光、机、电、液、气等相关技术综合应用于机电一体化产品和生产系统规划、集成、设计的基本方法，而开设的与物理直接关联的主要专业课程不下10门，涵盖了力、热、电、光各个分支，比如，理论力学、液压与气动、传热学、激光技术与应用等，不一一罗列了，详见表1。

表1大学物理核心概念和专业课程联系分析表

要深入挖掘这些专业课程与大学物理知识体系有关联的部分，弄清物理课程作为专业课程的基础知识内容，找出各专业课程在这些基础知识上递进与发展关系，能够在备课、教学中做到心中有数。

比如，所开设理论力学专业课，在2004年李复和安宇在“普通物理力学和理论力学的整合”中早有指出理论力学的牛顿力学部分也是从牛顿力学出发建立完整的牛顿力学体系， 占总学时的一半以上， 甚至可以达到2/3，大部分物理内容与大学物理力学部分相同。[6]如从初中物理算起，学到理论力学课程时，牛顿力学重复学习次数达到4次之多，这种学习不仅浪费学时，也浇灭了大学新生的热情。

比如，大学物理的热学部分教学重点就是能量守恒及转换定律和过程进行方向的规律，而传热学作为机械大类专业的一门重要学科课程，其主要研究的内容是能量传递与转换的基本规律、提高能量利用率。比如液压与气压传动是机械动力传动中一种重要方式，是机械类人才需要掌握的重要技能和重点学习内容[8]-[9]，该课程中涉及了流体力学的知识。这些专业基础知识与大学物理课程中内容有重叠，需要在大学物理课程上进行专业特色优化与结合。

再比如，波动光学学习时，很多内容与高中阶段的内容是有重复的，由于高考的改革，有个别的学生没有选修，但也可以在教师的帮助下通过各种方式来弥补基础知识体系。大学物理在该部分内容完全可以拓展到激光技术与应用的专业课程上，这里的递进关系就是掌握激光的产生机制，从讨论普通光源的发光机理出发，区分自发辐射和受激辐射，知道原子每一次跃迁具有独立性，间歇性，瞬时性，随机性，使得两个独立的普通光源不是相干光源。那么，介绍激光是很好的相干光源，顺势导入机械中如何应用激光技术，例如，激光加工、热处理、焊接技术、打孔技术、切割技术等。

除此之外，其他的与物理关联的其他专业课程或多或少都会出现内容重叠，随着专业的建设和发展，要不断调整专业课程，表1的课程内容也会实时更新，通过对比让内容宽而广的大学物理的核心概念与专业课程对接，教师授课时能通过案例重点讲解，来破解学时的紧张和如何提高学生兴趣的难题。

2.2 与专业结合的翻转课堂案例教学

我校在建的智慧树课程联盟、清华大学在线学堂为学生提供了优质的网络学堂学习资源，有了这些资源，也为课堂教学提供了一个新思路，紧张的学时压力或能通过课外的时间加以补充，从而实行翻转课堂。而翻转课堂可以进一步督促自控力弱的学生的学习。

那么，翻转课堂肯定要有别于传统课堂。在翻转课堂上可以开展与专业结合的案例教学，很多同行对案例教学做过探索和实践，其效果也不错[10]。那么，与专业结合案例素材要能让学生有切身的体会，笔者认为从以下三个方面来思考。

2.3 结合本校专业教师的海南特色的研究课题的案例教学

在力学部分教学过程中，与专业教师合作，结合本校专业教师的海南特色的研究课题，在翻转课堂中提出在收割和装运海南特色的农作物时力学参数如何表征，学生在学习中势必会有很多的专业知识疑问，可以顺势引导学生去了解材料力学理论知识，充分调动学生学习的主动性，让学生从课本上去找相关力学参数，例如，楊氏模量E、切变模量G、梁的弯曲挠度的测量等相关概念，再引导低年级新生去了解高年级学生自行设计制作的木薯秸秆力学测试仪器、香蕉秸秆切割力学测试仪器及橡胶果脱壳机械测试仪器等[11]，并把测试仪器中的物理原理拿到课堂上探讨，分析如何建立模型，抓住关键设计参数，甚至鼓励学生结合自己的兴趣，在课下主动联系专业教师，也参与开发基本力学参数测试仪器。经过这样的学习和实践，使学生感到知识的价值，进而更加主动的去获取新知识。

2.4 扩大专业视野，结合国内外高校相同专业发展动向选取合适案例教学

在力学部分翻转课堂前，要学生通过网络学堂能初步掌握力学各个章节的基本知识，再结合专业课程液压与气动内涉及到流体力学知识，设定“伯努利方程的应用”的案例教学，伯努利方程在水利、造船、航空航天等领域有着广泛的应用，结合国内外高校的专业特色研究，这将为机械类专业的学生更好地接触和理解物理基本知识在机械设计中的应用提供许多鲜活的案例，也能拓宽专业的视野，激起学生的求知欲。

在大学物理电磁学部分，在翻转课堂上比较稳恒电流电路，集成运放电路、功放电路，导入模拟电子技术及数字电子技术的课程，可以结合同行研究成果如工业测量系统中的声波测井系统、控制系统中的数控系统、通信系统中的大气污染监测系统等展开阔专业视野的讨论。[12]-[13]

2.5 与专业结合的生活常识问题的案例教学

在热学部分教学过程中，把生活中熟悉的汽车发动机和冰箱作为案例，在介绍其工作原理时，其内部介质工作过程不可见，使得学生听起来似懂非懂，由于工作原理中涉及各种液压泵、节流阀、气动元器件的概念及其结构复杂。这些概念是要涉及专业知识的，以前未曾学习过，所以听起来会感觉晦涩难懂，这时可以在课堂上展开讨论，让学生查阅相关资料，顺势引导学生去了解专业课程液压与气动，从了解相关的概念引申到液压元件、基本回路、传动系统及液压伺服系统的基本原理和基础知识了解，为今后专业技能的学习和培养，埋下求知的种子。

3 结语

这个改革方案的细节还需仔细斟酌，能给予重视，并进一步深入开展课题相关研究，如从大学新生的专业创新引导等角度给出详细的步骤，如何协调教师选择对口专业的研究，如何丰富和实施案例教学模式，如何评定教学效果，如何解决地方高校基础课教师科研薄弱的难题等。

参考文献：

[1] 任丽平，杨明智.《大学物理》学习现状调查与分析[J].陕西教育学院学报，2011（02）：109-112.

[2] 罗文华.大学物理教学改革的对策[J].物理与工程，2013（04）：34-36.

[3] 苏亚凤，徐忠锋.从美国伊利诺伊大学香槟分校的大学物理课程教学特点浅谈我国大学物理教学改革[J].大学物理，2011（10）：48-51.

[4] 白璐，吴振森.多层面分层次大学物理教学改革[J].物理与工程，2010（06）：43-45，50.

[5] 冯杰，刘兰英，冯迪物理案例教学的实践模式辨析[J].课程·教材·教法，2016（07）：102-107.

[6] 李复，安宇.普通物理力学和理论力学的整合[J].大学物理， 2004（12）：51-55.

[7] 齐晓霓，魏丽霞.机械大类专业"传热学"教学改革探讨[J].中国电力教育，2014（02）：123-124.

[8] 李晶，王保建，李小虎，郭文静，郭艳婕.液压与气动技术实验教学改革实践[J].实验室科学，2016（1）：92-95.

[9] 郭联金，王国胜.液压与气动技术课程实践教学改革与实施[J].实验技术与管理，2014（04）：131-133，138.

[10] 张训保，吴秀娟，孙桂香，金英良，王炳花.统合案例教学、专业设计探讨流行病学教学中的问题[J].中国高等医学教育，2013（1）：55-56.

[11] 王涛，罗洪峰，王娟，廖宇兰，李粤.材料力学教学改革的探索与实践[J]. 实验科学与术，2015（3）：116-118.

[12] 叶朝辉，华成英，阎捷，秦俭.模拟电子技术实践创新能力培养的探索.实验技术与管理，2017（1）：30-32.

[13] 何乐生，余鹏飞.数字逻辑设计"课程教学改革的探讨[J].中国电力教育，2014（02）.

作者簡介：郭惠（1980-），女，福建福安人，海南大学材料与化工学院讲师，硕士，主要从事再生能源及大学物理教学研究。