新工科背景下的民族高校大学物理教学改革

孔鹏 杨红 王小云 黄勇刚 邓科 吉首大学物理与机电工程学院 湖南 吉首 416000

一、引 言

为了主动应对新一轮科技革命与产业革命，根据党和国家的人才总体战略，教育部积极推进了新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，并由教育部多次发布新工科建设的通知，最近又决定在高等学校培育一批未来技术学院。由此可见新工科的建设是当代人才培养的主旋律，是工程教育改革的新路径。

新工科专业主要以互联网和工业智能为核心，一方面是新建包括大数据、云计算、人工智能、区块链、虚拟现实、智能科学与技术等领域的新工科专业，另一方面是以智能制造、云计算、人工智能、机器人、智能医学等新技术驱动传统工科专业升级改造。前者指一个全新的领域，后者指传统工科专业的理念、内容、标准、方法技术都需要更新改造。对于新工科的建设需要从理论上创新、政策上完善，并在实践中推进与落实完善[1]。

作为高等学校各理工科专业学生通识性教育必修课的大学物理课程，通过课程的学习，使学生逐步掌握物理学研究问题的思路和方法，在获取知识的同时，使学生拥有建立物理模型的能力，定性分析、估算与定量计算的能力，独立获取知识的能力，理论联系实际的能力等。开阔思路，激发探索和创新精神，增强适应能力，提升其科学技术的整体素养。通过课程的学习，使学生掌握科学的学习方法和形成良好的学习习惯，形成辩证唯物主义的世界观和方法论，其教育目标是培养学生的科学思维、科学素养、探索精神和创新意识。由此可见，在新工科的建设与探究阶段，大学物理作为新工科的基础课程，必须要紧跟新理念、新的人才培养战略，及时的、理性的开展大学物理教学改革，以适应新工科建设发展的新要求。

二、大学物理教学现状

首先依据目前国内所用的大学物理教材内容来看，主要是以经典物理学为主，力学、热学、电磁学、光学、近代物理基础[2]，知识体系依照中学物理布局，只是将物理知识拓展到一般的体系当中，所以整个知识体系较为陈旧，导致很多学生会先入为主，还是利用中学物理的学习思路来进行学习，不能很好的利用高等数学的知识去理解物理模型，误以为大学物理很难学习。又因为大学物理的课时在专业培养方案中不断的压缩，导致学生无法对知识点进行深入的学习和理解，同时也导致学生对于大学物理的知识学习兴趣很低，态度不积极主动，认为大学物理与本专业知识无衔接、无联系，使得学生更加不想学习大学物理，从而陷入了一种恶性的循环当中。

其次，大学物理教学模式比较单一，都是讲授与简单的PPT制作结合的“满堂灌”，导致课堂趣味性较低，而且由于是大班授课，与专业知识的结合度太低，学生的与老师的互动性也大大降低；

第三，教学理念也过于陈旧，在教学过程中，教师应该以教学质量作为教学过程中的核心内容，因为这些才是新工科复合型创新人才培养的发展目标。但是，对于教学质量的评价又转变到传统的教学质量观上，以学生的考试分数来进行分析与评价。教师在教学的过程中要学会更新教学理念，对于传统的教学理念，不能完全地摒弃，要学会取其精华、去其糟粕，这样才能促进大学物理教育的发展和进步。

再者，考核方式的单一性也是导致大学物理教学质量较低一个因素。传统的期末考试加上平时考勤、作业，这种模式导致学生认为大学物理只是一门记忆公式的课程，无法真实客观的反映大学物理的创新精神，完全忽略了创新型思维能力的培养和解决实际问题的能力。

三、大学物理教学内容改革

新工科背景下大学物理教学需要体现时代性和前沿性，要不断优化教学内容，逐步实现教学内容的现代化。传统的大学物理教学内容主要包括力学、热学、电磁学以及光学和近代物理的知识，但是现在新工科的基础已经转变为近代物理知识，尤其是新能源、新材料，航天航空探索、电子信息技术等都与量子理论息息相关，但是在实际的教学中近代物理部分的授课出现课时少 、选修内容较多、演示实验少、重点不突出的缺点，导致传统的重点知识与现代新工科的关联度较低。因此，要通过教学改革提升彼此间的关联度，大学物理课程知识之间要打破界限、融会贯通，注重经典和近代物理之间的关联性和知识结构的传承[3]。

教师需要通过调整知识结构，增删教学内容，适应新工科专业的培养目标，形成以学为中心、目标为导向的教育模式。注重自然科学前沿进展、工程实际和其他相关学科知识的有机结合，可以有效的激发创新性。例如，在大学物理中的理论课程中增设实验模块，指导学生利用开源的软件（python）建模、分析和解决物理问题，既可以丰富课堂学习的乐趣，又可以在这个过程中得到理论知识的提升[4]。

四、大学物理教学方法的改革

(一)学生为主体

新工科的新理念、新的人才培养目标促使着大学物理的教学方式方法也要进行改革。首先是教学理念的改革，传统的“教”要转变为现在的“学”，也就是说教师的角色要从传统的讲授知识者切换到现在的引导学生自己获取消化知识。教师应当回归本职，传道授业解惑，把“满堂灌”的课堂变成引导学生“主动吸”的模式，积极的利用实际问题和科学前沿培育学生的主动解决问题的能力，教学过程中突出学生的主体作用[5]。

(二)信息技术为载体

信息技术与互联网的发展为大学物理的教学提供了更多、更优的资源，虽然信息化的手段已经在大学得到推广，但是目前阶段大部分的教师还只是局限于简单的多媒体课件。物理学的思想就是将复杂的实际问题简化为简单的物理模型，从而来分析与求解，所以在学生进行物理学习的时候，如果可以将物理图像深深印入脑海中，那么学习效率将会大大的提高。借助先进的信息技术，将物理模型以图片或者动画的形式进行展现，还原模型建立的全部过程，在这个过程中培养学生的模型简化能力、逻辑推理能力、分析建模能力与数据处理能力，为今后的工科的学习提供物理的思维模式。

(三)问题导向，探究式学习

面对新工科提出的新理念、新标准，大学物理的教学要突出问题导向，重视学生立论和辩论能力的培养，鼓励学生探究问题，分组讨论并相互辩论，提高课题的兴趣氛围。然后由教师来总结分组讨论的观点，认清正确的观点，及时扭转错误的思维观点。这样使得课题充满乐趣，并且可以使得学生的记忆点更加深刻。尤其是在引入Python之后，老师提出问题，除了分组讨论之外，还可以加入模拟仿真，验证各自的观点，在探究的过程中修正错误。

五、结 论

在国家战略部署下，新工科的发展与建设是势在必行的，而大学物理作为工科学习的基础知识，必须要紧跟新工科的发展要求和趋势，将新工科的理念融入到大学物理的教学当中去。新工科专业的升级与改造对于物理知识的深度与广度、物理手段和方法的先进性以及物理思维的创新性都提出了更多的要求和标准。尤其是在民族高校之中，传统的理工科专业都没有十分突出的优势与资源，物理专业与学科发展为新工科的发展助力前行，而新工科的发展也恰好为物理的发展提供了机遇与平台。