与专业结合的大学物理教学探索与实践

[摘 要] “大学物理”与理工科专业学科有密切联系，是理工科各专业学生必修的一门重要的公共基础课程。它对提高学生的科学素质、分析和解决问题的能力起着重要的作用。为使学生领会大学物理在专业课程中的实用价值，提高学生学习积极性，在大学物理教学实践中作者将大学物理课程内容与学生专业方向相结合，综合考虑大学物理教学大纲要求和专业对于物理知识的需求，将专业与大学物理进行有机融合。实践表明，将大学物理课程与专业结合可以提高学生学习兴趣和动力，教学效果得以大幅度提升。

[关键词] 大学物理;教学模式;学习兴趣

[基金项目] 2018年中国矿业大学教学研究项目（2018YB56）

[作者简介] 张丽萍（1977—），女，陕西西安人，博士，中国矿业大学物理学院副教授，主要从事大学物理教学和低维材料物性等研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）29-0226-02    [收稿日期] 2019-09-30

一、引言

物理学与数学、力学、地球科学、材料科学、化学、化工、生命科学、信息科学乃至社会经济学等学科都有着非常密切的联系，使得大学物理学成为各专业学科的基础，也是理工科各专业必修的一门基础课程。物理能够培养学生的科学素养，锻炼学生的思维能力，提高学生分析解决问题的能力，在培养创新人才的过程中发挥着不可替代的重要作用。但目前大学物理学课程内容体系仅旨在培养和提高学生物理科学思维和科学素养，重点讲解物理概念、物理模型和科学思路，而很少将大学物理知识与专业知识相结合，使得学生并未理解该课程的应用价值，造成学生对该课程重视程度不够，学习积极性不高，学习动力不足，学习效果不理想。因此，如何有效地将专业知识基础与大学物理课程内容体系有机融合，改变传统的大学物理教学内容和教学模式，使得学生认识其课程价值所在，提高学生学习积极性。近年来，结合授课学生的专业特点进行大学物理课程教学过程中，将大学物理基础知识融入学生专业知识中，建立适合专业特点的大学物理教学课程内容体系和案例。在课前预习、课中、课后与专业方向融合，使得学生不仅只是课堂听老师讲授，而将学习扩展到课后，学生由被动学习，变为主动获取知识，增强学生学习的主观能动性，教学效果大幅度提升。

二、与专业结合的“大学物理”教学实践

融入专业基础知识的大学物理教学是教师在熟练掌握大学物理课程教学大纲及内容要求的基础上，结合授课学生专业方向和基础知识，将基本物理理论知识渗透入学生专业课知识要点中，让学生理解和领会大学物理在专业基础学习中的作用。即教师设计大学物理教学内容体系时，有意识地将某一知识要点进行外延，通过专业知识举例、选择专业相关例题、学生自我展示等多种方式将物理科学思维和素养传递给专业知识，使得学生理解大学物理课程的实用价值，引起学生对该课程的重视，培养学生的学习兴趣和积极性。教学过程中将物理基础知识要点渗透到学生专业基础知识中，其关键是寻找合理的融入方式，建立起大学物理课程内容体系。

（一）课前准备

为了推广这种教学模式，首先搜索资料编写案例习题集以及相应课件。在资料收集中一方面结合各专业大纲教材，寻求与大学物理知识点的联系。结合联系点编写案例和例题。如对于电容器的知识点的讲解，对信控专业和机电专业的学生，可以结合电容式加速度传感器讲解。另一方面，教学内容和教学方法依据授课专业进行扩充和删减。同时，编制习题时，也以某专业相关的例子来进行计算，可以将该题做相应的修改。一些典型案例资料放在网上供学生浏览，学习。如开始讲电磁学部分时授课专业布置相应开发思考题，比如电力专业。结合大学生物理学术竞赛中磁力小火车问题，要求课前完成相应实验，分析其原理。若是信控专业和机械自动化专业，要求学生事先查找的基本工作原理相关资料，理解光、电、热、力以及机械物理量之间的转换关系。具体实施过程中，任课教师要依据自己所授学生专业情况，仅对不同的专业特点，有侧重点地选择与专业衔接性较强的部分开展专业融合的大学物理教学活动。

（二）课中讲授

物理通常分为力学、热学、电磁学、光学、量子物理五部分

1.力学。力学是经典物理学的基础，也是工科专业重要课程的基础。在讲述力学知识的时候，特别强调物理概念的产生、严格定义和使用范围。重视一些重要的思想，例如矢量叠加原理、取微元再积分的思想，等等。如对于工程力学专业学生，适当拓展材料的强度、刚度、挠度等概念，同时结合实际介绍风阻尼器原理。

2.热学。物质的很多性质都与热有关，例如热膨胀、热传导热电等。对于热能、机械专业学生可以拓展汽车发动机结构、四冲程热机优越性、涡轮增压技术原理。

3.电磁学。电磁学包括静电场、导体和电介质、稳恒磁场、电磁感应和电磁场等知识点。对于信控专业和机械自动化专业，可选择在电磁感应这一章与专业应用相结合，可以融入磁电型传感器、涡流型传感器等，通过这些传感器的工作原理，理解光、电、热、力之间的转换关系。

4.光学。一般大学物理光学部分只讲授波动光学，而对于光学工程专业的学生，光学部分应该不仅要讲授波动光学，也应补充几何光学知识，介绍光学仪器成像原理。同时在应用方面进行拓展，适当介绍单反相机工作原理、鱼眼镜头、全息影像等，来提高学生的学习兴趣和学习动力。

5.量子物篇。对于材料物理专业的同学，后续还要继续学习“理论物理”“固体物理”等课程，所以量子物理部分内容进行拓展，补充纳米材料的概念，以丰富学生对物质层次的认识。

（三）课程考核

考试的改革是教学改革的核心之一。考核标准应体现课程评价标准，考核模式将引导学生的学习模式，考试成绩也直接关系到学生奖学金评定、考研保研就业等一系列问题。学生课程总成绩的评定由平时考核成绩和课程期末考核成绩综合确定。在学期初或学完某些章节之后，由教师结合专业特点给出一些有意义和有价值的论文题目，题目一般都不在教材和笔记内容之中，而是从该专业学生后续专业课中提取出来的相关课题。学生通过去实验室、上网、查阅文献资料，通过分析、归纳、综合整理，写成论文作為平时成绩依据。在试卷命题中加入实际问题案例，同时有些题目可以分专业选做。综合学生在整个学习过程中的表现给予合理公正评价，调动学生学习热情和积极性。

根据专业情况，采取多种教学方式相结合在教学实践中取得了一定的效果，该法具有以下优点：（1）通过改变大学物理教学内容体系，在讲授大学物理知识要点时，与学生专业方向相结合，使学生体会到大学物理课程的重要性和实用性，学习积极性进一步提高。（2）在大学物理授课过程中，列举了相关的专业实例，让学生体会到原理的同时，培养学生逻辑思维能力，提高了学生动手能力和解决问题能力。（3）学习效果明显提高。改变教学内容体系，改变枯燥的教学方式，学生学习效果明显提高。学生学习成绩有所提升，在课间学生也善于和老师沟通问题。（4）灵活运用课堂提问和练习、作业、小论文、笔试、网上测验等测评方式考核学生学习状况。一方面可以更为准确掌握学生学习状态，及时发现问题，有针对性地去解决学生学习中存在问题;另一方面，提高了学生动手能力和实操能力，培养终身学习习惯。一些学生积极参加学校举办的物理学术竞赛活动，还有学生主动参与到老师的科研项目中，承担一些大学生创新创业计划、大学生学术竞赛等项目，学生综合素质得以提高。

将大学物理基础知识与专业方向相结合，通过举例、习题练习、报告等形式培养学生物理思维，使学生了解物理课程与学科专业方向的联系。这样做后，学生的听课率明显增加，学习积极性有了提高，学生由被动听课转变为主动学习。学生学习物理的兴趣和积极性大幅度提高，取得了良好的教学效果，学生参加物理竞赛和获奖的人数大幅度增加。