新工科建设下的大学物理教学改革研究

李贤丽,姜晓岚,秦显荣,董相国

(东北石油大学 物理与电子工程学院，黑龙江 大庆 163318)

近年来，随着世界科技革命和产业变革的飞速发展，具有创新思维、数字化意识和跨专业工程科技人才，是我国产业发展和提高国际竞争的保障，新工科建设在这样的背景下应运而生。为了培养人才以适应国家发展战略需求，满足新工科专业对学生的综合性、系统性、科学性的新要求，大学物理课程改革亟待进行并面临诸多挑战。

1 大学物理教学现状

随着大学物理教学改革的逐步深入，工科院校的本科生物理课程在教学内容、教学方法和手段等方面较以前都有了很大的改进和提高[1]。在教学内容上，加强了近、现代物理内容的教学。课堂上采用多种教学方法和手段，例如以学生为主体的翻转式教学方法、PPT动画、网上实验演示视频等教学手段。但即便如此，也无法真正贯彻和满足新工科专业的综合性、系统性、科学性的新要求和普通物理课程为专业达成目标服务的思想。教师们在教学中发现，现有课程在用经典物理方法阐述专业应用技术内容等方面严重欠缺，不利于培养学生工程能力和创新能力。针对目前大学物理教学的现状，如何在教学内容、教学方法和手段以及考核方式这些方面进行革新，能够在物理教学中潜移默化培养学生科学的思考方式，提高学生创新能力，真正实现大学物理教学培养优秀工程科技人才的辅助作用，是当前大学物理教育面临的紧迫任务。

2 大学物理课程教学改革策略

2.1 采用分层次模块化教学

作为综合性工科院校，一直以来我校大学物理教学全校十几个专业的教学大纲相同、课程学时相同、讲授内容相同、考核方式相同。其优点是能够体现公平，在一定程度上提高了师生对大学物理的重视程度和教学质量，但其缺点也很明显，作为基础学科，为了满足所有专业的需要，其教学内容必然要求广泛，很难兼顾到专业性。社会和新工科建设的大环境对毕业生的要求是所学能够所用，基础理论为专业应用服务，为此建立了大学物理分层次模块化教学。目前，大学物理理论课内容主要包含力学、热学、电磁学、狭义相对论、量子力学初步五方面内容，综合考虑全校各专业课程与其联系，可将课程分为A、B、C、D、E五个层次模块课程群。其中A、B、C为理工科各专业所设，层次对应与物理联系相对紧密的专业，课程共128学时，其中112学时所讲授的基本内容，所有专业必学，16学时针对不同专业分为几大模块，分别为矿业—土建类模块、电气—信息学类模块、机械—材料类模块等。课堂上教师需要把物理教学内容与专业知识相结合，潜移默化地进行专业思想教育，如在电气—信息学类模块中，电磁学被列为重点讲解内容，且要联系量子力学和固体物理的前沿知识，使学生更好地进行物理基础和专业工程知识的衔接，相应减少力学和热学授课学时，学生做基础了解即可。这一模块适应选修的专业有自动化、信息、通信、物理学、电子科学与技术、计算机等与电磁学联系紧密的专业。土木工程、石油工程、储运等专业学生要选择矿业—土建类模块，此模块着重强调刚体、振动、波动等力学方面的知识。D层次则特别为希望能适当减少物理学时的少数专业开设，对应一般理工科专业，共96学时。课程内容进行了一些删减，适当降低课程难度和技能训练程度，加入物理学发展的前沿知识来拓宽知识的广度。E层次是文科物理，面向文科各专业开设，共40学时。内容上适当地增加了介绍守恒、对称等物理美学知识以开拓视野，目的是让人文、外语、经管类学生了解物理在自然界各方面的应用，培养文科学生的逻辑思维和科学思维。

2.2 在多种教学方法和手段中强化演示实验

学生是课堂的主体，学生的志趣是教学方法改革的方向。生动的物理实验无疑是提高学生学习兴趣的有效手段，尤其是在课堂上，一个有趣的演示实验能够迅速唤起学生的注意力，一个同专业技术相联系的实验能够直观有效地帮助学生理解晦涩的理论知识。目前，课程教学中存在教学内容与相关实验课程间隔时间较长的问题，例如这学期学习热学知识，下学期才会做这部分实验，且实验多以验证性为主，自主创造的实验很少，缺乏对学生创新能力的培养。因此，为满足新工科人才培养要求，教师要做到讲好科学实验，鼓励学生开发创新实验，将特定的教学内容用演示实验的方法展示在学生面前，教师通过即时提问引导学生进行细致的观察和系统的思考。在大学物理课堂教学过程中，演示实验扮演着十分重要的角色，是课堂教学的有利补充。

2.3 改革大学物理考核方式

在新工科建设的背景下，需要更加科学、合理的考核方式反映教学效果以及专业课程目标的达成度。之前我校采用的是传统的期末统一试卷进行考核的方法，其中学生平时成绩占 20%、期末考试占80%。这种考核的形式内容都很单一，不利于学生科学素质的养成。因此，应建立并优化评价与考核系统。

采用平时成绩+期末考试+大作业相结合的考核方式，且对于不同层次的学生考核标准和考核内容要有所区分。A类、B类和C类实行类似标准的考核，D类、E类分别单独考核。平时成绩包含课堂表现、章节作业和电子试卷随堂考三部分，章节作业以小组为单位，经过小组成员探讨并给出最优解，最后每人提交一份纸质作业和本人的视频讲解。电子试卷通常为5～10道选择题，由教师根据课程进度及本专业学生的课堂反馈结果灵活选择考试时间及考试次数，督促学生养成良好的学习习惯，避免产生“平时不管不顾，考前一周突击”的恶习，平时成绩约占总成绩的25%。期末成绩包含期末考试和大作业两部分，期末试卷主要考察112学时讲授的基本内容，以主观计算题为主，占总成绩的60%。大作业以小组为单位完成，主要以16学时的针对性教学内容在专业上的应用为切入点由学生自选课题和案例，并用PPT和视频的形式进行展示，占总成绩的15%。

在新工科建设中，增加对学生平时学习过程的评价有益于专业培养目标的达成，小组为单位完成作业并提供视频讲解是为了加强学生的团队协作能力和表达能力。应综合衡量教学过程中学生的学习态度、课堂表现、作业成绩，尽可能扩大课堂上的教学效果，并延伸至课后。

3 结语

大学物理课程是面向理工科各专业学生开设的重要公共基础课，建设新工科计划的提出对各大高校物理教学提出了新要求[2，3]。在这个大环境下，大学物理教学既要涵盖基础知识又要兼顾前沿科学，同时要与学生所学专业技术融会贯通，大学物理教育的改革任重而道远。对新工科建设下的大学物理教学改革进行研究，能够培养适应国家发展战略需求的人才，满足新工科专业对学生的综合性、系统性、科学性的新要求。