在大学物理教学中培养学生解决工程问题的实践能力

吉驭嫔　王时建

摘要：本文以理工类学校本科公共必修课《大学物理》实验教学改革班为范例，思考如何改革工科院校的《大学物理》教学，为卓越工程师培养计划起到支撑作用，力求在大学物理教学中引入工程思维训练。为此，我们全面修改教学计划，针对不同的工科专业合理安排教学板块，优化教学内容，做到因材施教；同时，将大量工程实例渗透到教学中，使学生能尽快进入工程师的角色，为卓越工程师计划的顺利进行添砖加瓦。

关键词：卓越工程师计划；工科物理；教学策略；教学模式

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）31-0105-02

一、引言

“卓越工程师教育培养计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》的一个重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，旨在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[1]。

物理学是整个科学技术领域的带头学科，物理教育在高等教育中具有极其重要的地位，特别是在工科专业教学中尤其重要。然而，现阶段大多数高校针对不同的专业采用统一的物理教材、统一的学时、统一的教学内容，学生将大量的时间和精力花费在基础物理的学习和推导中，甚至花大量的时间学习跟本专业完全无关的知识，使他们觉得学无所用，书本知识和现实应用长期脱节，降低学习的积极性和兴趣。

近年来，隨着新材料、新能源、微电子技术等新兴学科的迅速发展，国内很多高校的大学物理课程教学紧跟时代步伐，在内容和教学方法上进行了大量的改革和探索。例如，同济大学、郑州大学、清华大学、上海交通大学、北京航空航天大学、成都信息工程大学[2]等，在这方面已经做出很多尝试。

二、教学改革探索

2013年，西华大学获批立项8个省级卓越工程师教育培养计划项目。之后，各学院以此为契机，在优化专业结构、更新教学内容、改革教学方法等方面下功夫，着力提高本科生的创新能力和实践技能，逐步完善工程创新人才的培养体系。卓越工程师计划的一个重要任务就是强化培养学生的工程能力和创新能力。为了在理工科大学中支持卓越计划的顺利进行，作为一切工程技术创新发展的源泉——《大学物理》的改革迫在眉睫。为了探索这个问题，我们针对工科大学物理教学做出以下几方面的改革。

（一）引入工程实例，改革讲授内容

1.对经典与现代物理教学内容体系进行合理的优化与整合。传统物理教学体系中，经典物理所占的比重过大，现代物理所占的比重太小，很少涉及物理知识在工程技术中的应用。我们压缩经典物理的内容，并在经典内容的讲授中打破原有框架的束缚，对经典知识做进一步的延伸，引入近现代物理内容，并使两者有机地结合起来。

2.在教学内容中引入工程实例。所选内容从工程实际出发，避开不必要的技术细节，把实际问题抽象成物理模型，并用物理原理进行分析研究，提出合理的解决办法，有利于巩固和加深对基本概念的理解，有利于分析问题和解决问题能力的培养，有利于提高学生的学习兴趣，激发他们的求知欲。

（二）提高教师的工程素质

在物理教学中培养学生的工程意识，授课教师应提高自身的工程素质。授课教师要处于科研一线或者生产一线，具有一定的应用研究经历，了解和掌握最新的学科前沿动态和工程应用背景，更好地为教学总体水平的提升奠定坚实的基础。

为了实践教改规划，我们选择数学与计算机专业、物理和信息科学专业的学生共60人作为试验班，进行工科大学物理教学改革的初探索。为此，我们制订了详细的教学计划，设计了一系列针对物理和信息科学专业相关的设计实验，力求做好试验班的教学过程管理。考虑到学生能力的参差不齐，我们设计动手小实验的思想是将可完成性作为主要目标，力求小实验的思维难度不大，但是完成方案具备多样性，能够锻炼和开拓学生的创新思维和探索精神。并且，实验所需的器材是学生在日常生活中能寻找到的普通材料。

实践教学初期，我们将考试分数所占比例进行调整，加重平时创新实践环节的比例，减低期末考试成绩所占的比例；并将试验班上的57个学生分成10组，一组6人左右，让他们自己推选组长，作为小组负责人组织大家进行课堂讨论和创新实践环节。讲授中减少物理公式的推导过程，增加物理知识在工程实例中的讲解。每章设计一些与现实生活和生产有关的情境类题目，要求大家分组讨论这些情境里包含的物理知识，以及怎么利用所学知识解释这些现象，甚至解决这些问题。每个小组成员要轮流到讲台上阐述自己的观点。经过这个环节的训练，学生开始变得喜欢表达自我，思维开始活跃起来，学会用科学的思维审视周遭的事物，提高了解决问题的能力，训练了逻辑思维和表达能力。

每两章布置一个创新小设计，要求以组为单位上交设计实物，最后这两部分要计入最终成绩。同时，西华大学理学院创新实验室向试验班学生开放。实验室中备有一些常用的实验器材和原料，有需要的学生可到实验室进行产品的制作。当然，由于缺乏动手的经验，绝大多数学生刚开始做第一个设计题目时大多比较茫然，感觉无从下手，畏难情绪比较严重。但是由于分数的压力，在任课教师的鼓励和指导下，学生只好硬着头皮做。经过几次的设计训练后，学生交上来的产品的质量越来越高。

特别是在期末召开的大学物理试验班座谈会上，学生纷纷认同了我们的全新教学模式，并表示在教学过程中，教师的鼓励和引导，激励他们独立思考，极大地锻炼了他们的工程思维。同时，由于课堂教学教法的多样性，沉闷的课堂开始变得活跃起来，学生不再像以前那样谈物理“色变”，觉得物理就是大量公式的推导和死记硬背，开始发现学习物理的乐趣，甚至是学习的乐趣，极大地调动了物理学习的积极性，提高了学生将物理知识转化为工程技术动力的主观能动性。

三、小结

总之，通过《大学物理》教学教法的改革，我们希望能丰富课堂教学，使课堂变得活跃起来。同时，重视物理课堂和工程应用的结合，为卓越工程师计划的顺利进行提供支撑作用。当然，一个教学模式的好坏，除了有先进的理念作为前提，还须在实践加以证明。经过一学期试验班的教学实践，我们积累了经验，为接下来将此教学模式推广到全校打下基础，希望在今后的实践中不断地调整教学模式，使教和学真正地结合在一起，让学生找到学习的兴趣，学会能用到未来生产实践的科学思维和方法，力求能尽快进入工程师的角色。

参考文献：

[1]卓越工程师教育培养计划，http：//baike.haosou.com/doc/

5437115-5675422.html

[2]陈敏，代群，朱兴华，物理学[M].高等教育出版社，2012.