面向工程能力培养的大学物理教学模式创新

王秀珍 张瑞瑞

（郑州科技学院基础部 河南·郑州 450064）

0 引言

大学物理是以高中物理作为基础进行的深入研究，是各个工程类技术人员必须要掌控的一门学科，在培养大学生工程能力的过程中，需要教师有严谨的教学态度和不断创新的精神理念。伴随大学教育体系不断改革的情况下，大学教师需要适应以培养工程能力人才为主的教学改革，从而为国家培养出更多的工程人才。

1 传统大学物理教学的问题

1.1 教学内容过时

一直以来，大学物理工程类课程的教学模式给人的印象多是理论为主，缺乏实践课程，其次教学内容脱离社会的实际应用，这会让许多学生以应付式学习为主，能通过考试拿到学分为主导，从本质上对大学物理工程课程产生厌恶感。而且有一部分教师在讲课过程中注重理论的推导和讲解，缺乏实践性，过于理论化的大学物理工程课程教学内容枯燥乏味，这势必使学生对物理课程失去兴趣。

1.2 大学物理教学方法单一

以大学物理教学模式而言主要是“课件+PPT”的教学模式，与传承的板书而言有一定的优势，但是这样的教学会使学生缺乏实践能力，在PPT的教学模式中，教师会以图片、视频等对学生进行讲解，虽然能给学生带来视觉冲击的效果，但是会使学生缺乏实践能力，使学生的工程能力得不到合理的培养，再好的理念不进行实践也很难使学生把握理论的重点，这将不利于应用型物理工程能力人才的培养。

1.3 大学物理考核方式简单

大学的物理考核形式主要是以期末试卷加平时课堂表现两部分组成，各个学校在根据自己的教学理念和模式进行细微化的调整。但是这一考核方式过于简单，忽视了学生的物理应用能力和工程创新能力，使学生对物理课程产生较大的误解，认为大学物理只是基础知识课程，不具备实践性，只要考试前记住公式和题目，考试到达60的及格标准从而拿到学分就行，这种教学模式会导致学生的不良学习风气的产生，进而出现学习态度松散、逃课等现象。

2 搭建多样化的教学模式

2.1 教学内容的加深与广阔

目前，我国大多数大学的理工科的物理教学时间较短，一周约3节大课，教学内容广泛且浅显，做不到与时俱进，所选用的教材以电学、热学、力学、光学、原子学等5个方面进行综合教学。具体教学内容在根据专业的不同而进行分类，如：机械专业以力学电学为主，开设工程力学、流体力学、工程热力学等。在西方的工程人才培养体系中，物理预科教学至关重要，第一学年开设的课程分 PTSI、PCSI、MPSI，第二年以 MP、PT、PC、PSI。在这些课程中，M代表数学，P代表物理，C代表化学，T代表技术，SI代表工程科学。在中西学院中采用西方的精英预科教学模式，按照西方教学大纲进行教学，但是教学内容不能很好地融入中国本土，其中大一大二采用物理化学工程学为主的教学大纲，在大三的教学中使用物理工程科学的教学大纲，由此可以看出西方的教学偏向于物理和化学，这能为学生提供一个良好的物理知识基础，从而为学生提供具有系统化的知识网，使学生能有效地解决物理工程问题。表一为中西方教学内容与课时的对比。

从表1可以看出，中国科技大学物理教学时间为170学时，南京大学物理基础教学时间为161学时，中欧学院物理教学时间为456学时，此外还有200学时的作业问题指导课。学生学时差过大，反映了大学物理教学内容在广度和深度上的差距。教师在大量的学时基础上，给学生灌输了大量的知识，使学生掌握了充分的基础知识，养成了高强度的学习习惯，进一步形成系统的知识网络，奠定了工科基础。

表1：工科专业大学物理教学内容及课时对比汇总表学时

物理学预科教学分三年进行，具体教学内容见表2。大一的课程包括质点运动学、动力学基本原理、功和能量的关系、自由谐振子和相图等，从力学的角度讲，共28课时。第二个是动量矩定理，谐振子相图，非惯性系力学等，共48学时。本课程包括流体运动学、流体动力学及守恒定律的应用等，共40课时。机械式模组的内容每年都有涉及，教授的深度也逐年增加。这是物理预科教学的又一特点，有利于学生接受新知识，巩固已学知识。

表2：物理教学内容表

不同的教学目标，决定了教学的深度和对学生学习的要求。就教学目的而言，工科大学物理在教学过程中注重基础知识的学习和应用，并将基础知识运用到不同专业的问题中去。中欧学院物理学科主要培养学生对物理问题的建模、定律/定理的推导及方法的掌握。在教学内容安排和深度上，部分模块与国内大学物理专业的普通物理课程相近，有的模块力学、热学、电子等课程甚至高于物理专业的普通物理课程。举例来说，在物理的力学模块教学中，非惯性参照系中的运动研究是我国理论力学课程的一部分，流体力学是某些专业的专业基础课程的一部分，热力学模块中的非平衡态开放系统是工程力学的一部分，电子基础课程和几何光学课程是不涉及大学物理的，而仅仅是通过电子和光学等相关专业的专业基础课来完成相关知识的学习。另外，中欧学院预科物理在习题辅导、课后作业和考试等方面大多是从复杂的实际问题中选取题目，难度比普通物理要高。在学习过程中，学生必须能准确地推导出物理的基本定律，在具备深厚物理基础的同时，还可以初步培养学生在未来专业领域中应该具备的科学严谨的态度。

2.2 传统与现代结合的教学模式

西方对物理教学内容和要求与物理专业的基础课程接近，注重培养学生的物理思维和应用能力，并根据具体的教学需求进行不同的教学方法。而国内的理工大学以多媒体PPT加板书为主，很少进行实践教学，大部分理论基础知识都是借助PPT讲解的，但是学生在接受所学知识时不能形成相应的知识网，并不具备工程实践能力。西方的教学模式以PPT加实验演示，加深学生的基础知识理论，帮助学生理解抽象概念，激发学生的创新能力和应用能力，这对工程能力培养具有很大的帮助。以国内外的大学教学组织而言，国内采用大班制的授课形式，一般一节课都会有120人以上的学生，教师采用理论加习题的教学模式，然而在国外的教学中，除了理论课外，还有与理论配套的实践和习题，习题指的都是小班制教学讲解，小班制的教学能使学生与教师进行良好的互动，从而调动学生的积极性，提高学生的学习状态。例如：关于绳索振动模型，在大课堂中有很多假设，其中之一就是忽略绳索的引力。我们将验证这个问题，当只考虑绳索的垂直运动方向时，是否合理。线绳的质量密度是，线绳具有拉力T使它张开。（1）首先，这里所说的重力并非在所有情况下都可以忽略。当考虑到重力影响时，通过受力分析得出绳子的一小段长度微元dx，列出了运动方程；（2）在什么情况下，重力可以被忽略？我们考虑以下两种情况：a绳子的线密度1=3.1Ч10-4kg.m-1，绳子的端点系有100g的砝码。B金属绳1=6.0，Ч103kg.m-3截面半径为0.5mm的圆，T为3000N。在绳子一端振动为100Hz，当振幅满足一定条件时可以忽略重力。同动力学的基础原理列出运动方程，可以得到朗贝尔方程，这个基础是建立在满足条件的基础上。在此基础上，进一步推导出，在一定简谐行波频率下，若要忽略重力影响，振幅必须大于一定值。也就是说，在水平方向上静止的绳索，其重力是否可以被忽略，取决于与其他物理量无关的振动频率和振幅。通过这种教学方式用以考查学生对知识的掌握情况，从而得到有效的信息反馈，这对中外结合的教学模式有促进作用。

2.3 采用多种形式的考核制度

为了保证学生的学习规律，应采用多种考核标准，而不是单纯期末考试60及格。最好采用加权平均法来考核，以平时成绩+实践成绩+创新概念+考试成绩来计算，这样能良好地培养学生的工程实践能力和理论基础，从而端正学生的学习态度，培养学生坚持不懈的学习习惯。

3 结束语

在我国工程人员急需的情况下，采用中外结合的教学理念，创新式的教学模式来培养学生高效率的学习能力，可为工科类人才的持续发展奠定基础，为学生在工程师阶段打下坚实的物理基础。