理工科《大学物理》有效教学探究

张科智 陈 艳 王 帅 熊 丽 马保宏

（河西学院物理与机电工程学院，甘肃 张掖 734000）

引言

《大学物理》是理工科院校开展的基础课程和必修课程，目前在我国高校已经形成了独立的教学体系.在20世纪80年代，我国兴起了物理热，物理教学在理工科院校得到了快速发展［1-2］.随着经济社会的发展和信息化程度的进一步提高，社会对高校人才培养提出了新的要求.在此基础上，教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》，提出了“新工科”建设目标，以期培养基础扎实、创新能力强的新时代复合型人才.作为在大学人才培养中通识必修课大学物理课程，在培养学生科学思维、探索精神、创新能力等方面承担着举足轻重的作用.然而，纵观当前大学物理课程教学中普遍存在教学内容陈旧、教学理念落后、教学与当前研究衔接不好、教学模式和考试模式单一等诸多不足［3］.尤其近几年，在应用型人才培养模式下，人们对物理教学的认知发生了一定变化，部分高校减少物理课程课时，甚至将其作为选修课，并且还存在教师对大学物理教学的目的偏差、认识不明确以及学生学习兴趣不高等现象，影响《大学物理》教学开展质量的同时，也降低了工科院校人才培养质量［4］.这些现象降低了大学物理教学在教学体系中的地位，远远不能满足教育部提出的创新型卓越工程人才培养.

目前，随着智能化程度的进一步提升，大学生就业形势越发严峻.尽管如此，仍然存在企业招不到合适的人以及学生找不到工作的情况，导致这一现象的原因为理工科人才实际培养与社会发展以及企业需求之间存在一定的差距［5-6］.因此，在新工科背景下，如何发挥大学物理课程在人才培养方面的优势，就要对教学的主体教师和学生、教学模式、教学效果等进行深入调查和研究，根据社会和时代需求，科学施教、精准施策，通过有效教学手段培养具有良好创新思维、科学素养的应用型人才，实现大学物理在“新工科”人才培养中的指导作用.

本文通过设计调查问卷对教学的两个主体老师和学生，从教学内容、教学方法、考核方式、思维训练、知识拓展、学习目标理解、学习兴趣培养、课程研习等方面进行分析研讨，立足于理工科大学物理教学和学习中存在的问题，从大学物理教学和学习的角度出发，对当前的教学进行反思，积极探索理工科大学物理教学改革策略，通过转变教学理念、优化教学设计、多元化进行课程考核等实现教与学的有效结合，探索有效教学方式，实现大学高质量人才培养，为“新工科”背景下大学物理教学与改革提供必要的参考.

1 问题调查与方法

为研究《大学物理》教学在理工科人才培养中的地位和作用，探索有效的教学方式，从教师教学现状、学生学习目标理解情况、学生学习兴趣现状和学生研究性学习开展现状四个方面在师生中进行调查，探索当前教学中存在的问题和不足.

1.1 对教师教学现状的调查

本次调查采取分层整群抽样的方法，参加调查的对象共有五个理工类专业大一到大四不同专业、不同年级的学生共250人，其中关于教师教学现状的调查中，为了调查结果具有普适性，特别对不同理工科院校从事大学物理教学工作的教师发放调查问卷50份，以统计图表的形式呈现.

调查问卷主要从大学物理教学内容的选取、教学方法的适应度、课程考核情况、物理学思想和方法与课堂教学结合情况等方面着手，了解各类学生对当前大学物理教学的认知.调查问卷主要采用单项选择题和开放性选择题，通过网络qq或微信发放给学生和相关老师，厘清此次调查的目的、意义、方法和注意事项.本次调查共收回有效问卷250份.具体结果如下.

1.1.1 教学内容选择

表1 教学内容选择情况

1.1.2 教学方法

“以教师为中心”的传道、授业、解惑课堂教学理念是当前大学物理教学的主体.该问题设置主要调查一线教师对教学方法的选择情况.调查结果如下：

表2 教学方法使用情况

1.1.3 考核方式

课堂出勤、期中考试、期末考试是当前课程考核的主要方面，部分学校甚至取消期中考试部分，使得课程考核方式相对单一.能否在考核中加入随堂考试、月考等考核手段，是该问题设计的主要目的.

表3 考核方式使用情况

1.1.4 物理学思想和方法与课堂教学结合情况

在柳州市的“十三五”规划纲中，提出的“一江两岸、一主三新、多点支撑”的城市发展格局，未来的柳州市，将形成市中心城区（主城区），柳东新区、柳江新区和北部生态新区构成的全新城区，同时，凭借水运的传统优势以及铁路公路的工业优势，继续大力发展多式联运，继续发挥西南地区工业重镇、综合交通枢纽、商贸物流中心的重要作用。

在物理学课程教学中注重物理学思想和方法的培养，是培养学生严谨个性、逻辑思维能力的关键.该问题主要调查教师在教学中对物理思想和思维方法的培养情况.

表4 物理学思想和方法与课堂教学结合情况

1.1.5 课外知识拓展情况

大学物理课程教学内容多、课时少，教师为完成基本教学任务，课外知识的拓展成了最容易被忽视的板块.问题设置对杨振宁、李政道等杰出科学家成就和物理学方面获奖科学家的情况介绍，了解对物理学课外知识拓展的重要性的认知.

表5 杨振宁、李政道等科学家的成就介绍情况

表6 物理学奖项获得者成就介绍情况

1.1.6 思维方式培养情况

物理学课程是实践性较强的课程之一.把理论知识运用到解决实际问题中是我们学习的最终目的.该问题反馈教师在教学中对物理思维的培养方面的执行情况.

表7 学生思维方式培养情况

综合上面7个题目我们发现，在教学内容选择方面，82%的教师认为经典理论和近代理论同样重要，在实际教学中，采用讲授法的教师较多占48%.这表明教师在实际教学中需要增加启发法、互动法等多种教学手段的使用频率，实现各种教学方法的灵活应用.在考核方式中，72%的教师选择期末考试法，其次为选择随堂考试的教师，所占比例为26%，这种方法无法对学生各个学习阶段进行科学的评价考核.

另外，在物理思想与教学结合方面，92%的教师表示在课堂中能够将二者相互结合，因此物理学思想渗透效果良好.在课外拓展方面，80%的教师表示能够为学生介绍物理学奖项获奖者情况，以及著名物理学家取得的成绩.并且84%的教师在实际教学中能够经常对学生的思维方式进行，16%的教师偶尔培养.整体上看，教师在教学内容、教学方法以及考核选择等方面需要进行进一步完善.

1.2 对学生学习目标理解现状的调查

学习目标是学生学习和努力的方向.该问题主要考查学生对学习目标重要性的理解情况.根据学生的学习特点和现状制定准确、适宜的学习目标有利于培养良好的学习兴趣，而让学生正确理解学习目标，能够很好地建立学生的学习态度并达到教学实效.

表8 学生目标理解情况

从调查结果看学生对学习目标进行理解的过程中，57.5%的学生认为学习目标在理解和掌握物理知识的同时，培养物理学思想和方法，并提高自己的科学素养.在认识方面，多数学生认知较为全面，但是在今后教学中教师需要在该方面展开进一步引导，使越来越多的学生能够认识到物理学习的正确价值.

1.3 对学生学习兴趣现状的调查

学生的学习兴趣在课程成绩的提升上至关重要.通过调查学生对大学物理课的学习兴趣，可以很好地反映课堂教学的成效，进而调整教学方法，以提高学生学习兴趣.

表9 学生学习兴趣情况

在学生学习兴趣调查中，55%的学生表示对物理学习一般感兴趣，12%的学生表示学习兴趣较为淡薄，整体上看，学生对物理学习兴趣的水平并不高，因此在今后教学中教师需要从学习兴趣培养方面入手进行教学.

1.4 对学生研究性学习开展现状的调查

研究性学习是传统的认知学习的重要补充，注重学生个人素质的提高.通过研究性学习可以提高学生分析问题和解决问题的能力.该问题通过调查学生学习态度、对课堂知识的认知、知识结构的建立和对知识的质疑情况，可以有效了解学生的学习能力，从而发现教学过程中存在的问题.从教师和学生两个方面深入分析问题产生的原因，制定相应的对策.

表10 学生学习态度

表11 学生课堂研究认知情况

表12 知识建立过程了解情况

表13 质疑情况

表14 学生课堂研讨情况

从上面的调查看到，在学习态度方面，50.5%的学生表示能够认真对待整个物理学习过程，44%的学生表示自己的学习态度一般，整体上看学生学习态度仍然有待提升.在回答“你认为大学物理的学习是不是就是高中物理的学习加上微积分的运用”这一问题的过程中，45%的学生表示在大学物理学习中除了更加全面和系统的内容外，还有物理学思想和科学方法的培养.33.5%的学生表示大学物理的内容更加全面系统，通过以上数据能够看出，学生对大学物理的认识处于中等认知水平，在今后学习中需要进一步完善.在知识建立过程了解情况调查中，63.5%的学生表示自己的了解程度一般，只有12%的学生表示比较了解，所以学生对知识建立过程的了解程度并不高.在质疑教师方面，65%的学生表示自己偶尔有质疑教师的情况，但是并不确定，其次为从来没有质疑过教师，选择人数为22%，整体上看，学生在学习物理中的质疑精神并不高，需要教师进一步培养和引导.在课堂研讨频率调查中，52%的学生表示自己偶尔与同学进行课堂研讨，27.5%的学生表示很少进行知识研讨，这也说明学生目前课堂研讨情况开展情况并不理想，并没有养成深入进行课堂研讨的习惯.

2 针对大学物理课程的改革方案

大学物理作为理工科类专业的一门理论基础课，理论学习内容较多，而公式、定理、数学知识的应用较多，学生能在数学理论的指导下解决力热光电中的实际问题才是关键.随着教学要求的变革和教学改革的进行，对教师提出了更高的要求.通过上述问卷调查的结果我们发现，在实际的教学过程中，教师要不断凝练教学内容，教学过程中要不断融入新的教学方法.作为教师，需要在学生学习目标理解现状方面展开进一步引导，使越来越多的学生能够认识到物理学习的正确价值以期培养学生多方面的学习兴趣，养成深入进行课堂研讨的习惯，培养学生的自学能力与工程实践能力.

2.1 大学物理基础课程的现状

近年来，根据对大学物理课程的实际教学研究状况，结合自身的教学感受和学生对该课程的教学反馈，进行了相应的归纳总结.

（1）大学物理是基础课，方法种类繁多，重在强调学生对大学物理课程中所涉及的基本定理和不同分析方法的掌握和使用，教师着重培养了学生针对大学物理的分析计算能力，却忽略了部分学生的接受能力和学习的积极性.

（2）大学物理课程的教学内容相对较成熟，但教学内容涉及力、热、光、电等多方面的内容，相应的教学要求也高.教师如何在有限的教学学时范围内，把握对大学物理的基本概念、重要定理和分析方法的讲解，并力求精炼，注重分析方法和归纳总结，如何把握好这个度，仍然是该课程教学过程中存在的不可避免的问题.

（3）师生对大学物理课程的重要性存在一定的误区.以河西学院为例，除物理与机电工程学院外，其他理工科各专业都存在大量删减大学物理课程时数的现象，其课时数远远达不到教育部大学物理课程标准中的规定.部分专业仅仅设置32个理论教学时数，12个实验教学时数，甚至部分专业不设置大学物理课程，让广大物理教学工作者感觉到尴尬和无奈.

（4）多数情况下，学生在学完该课程后，都有一些疑惑，感到迷茫，甚至不清楚要把所学的大学物理理论知识应用到什么地方？部分学生感觉大学物理对今后的工作没有作用.

2.2 大学物理基础课程改革的方向

针对上述大学物理教学的现状，结合当前河西学院大学物理教学的实际情况，我们需要充分利用分块教学、分层教学、产教结合和教赛结合等途径强化教学的实施效果，突出实践性教学的地位，完善质量评价体从而拓展教学的内涵和空间.为此，需从以下两个方面对大学物理基础课程进行改革.

（1）实行教学科研互促的教学模式

依据我校对理工科专业采取通识教育，厚基础，宽口径，分类培养专业教学管理模式的要求，结合大学物理课程以及工科专业学生的特点，提出教学科研互促的教学模式，将教学、科研有机的结合.科研促进教学，结合科研，教师给出推进的具体问题，激发学生兴趣和学习的积极性.例如，对于理工科专业学生学习大学物理，教师可以结合理工科专业的最新科研成果，提出具有物理学相关的问题.

（2）依据理工科专业学生基础，合理安排教学内容和教学时数

课堂教学内容是否具有吸引力，能否激发学习兴趣和积极性，是决定教师能否教好学生能否学好一门课的前提.教学内容主要源自教师选择的教材.因此，选择一本适合我校理工科专业学生基础的教材非常重要.目前大学物理教材内容过于陈旧，在大学物理课程教学中，需要依据不同专业教学的特点进行专业化教学；其次，结合我校理工科专业学生的专业特点、大学物理教学大纲以及课时安排，要对教学内容进行合理的取舍.例如对于能源与动力工程专业的同学，要加强热学方面的讲解同时附后讲解半导体物理和量子力学的基础知识；对于化学和生物类的专业，要注重物质结构理论、热学和量子力学等方面的知识；最后，注重理论与专业实践相结合，最终达到使理工科专业学生能掌握该门课程的基本知识和基本原理.

2.3 采用启发式教学方法

将学生被动学习的方式转变为主动学习，将传统的上课、作业、复习的学习方法转变成以问题为主导式的启发式教学，即采用提问、反问、设问等方式，提示、启发、引导学生对所讲授内容做由浅入深、由表及里思考，激发学生的学习兴趣，拓展学生的思考空间.根据不同专业学生特点，采取多样的教学方式，让学生掌握基础知识点，理解重点内容，并将所学的知识融会贯通；在授课过程中，提前做好充分的课前准备，依据专业特点，通过设问引起学生的兴趣，课中引入理工科专业的技术前言，课后布置调研或者科技小论文等，以期充分调动学生学习大学物理课程的积极性和主动性，培养学生的分析能力和沟通交流能力.

2.4 采用多管齐下的教学手段

大学物理课程的特点是知识面广而多、涉及各行各业，如何让理工科专业的学生在有限的时间里掌握基本内容，有效的教学手段可以达到事半功倍的效果.在大学物理教学过程中，我们可采取三种教学手段：首先，采用传统课堂教学与多媒体教学相结合的手段教学，例如，涉及理论公式推导等可以配上传统的板书方式，使学生充分地理解公式原理.第二，结合理工科专业技术前言及大学物理的教学内容，开展小组讨论学习.以大学物理教学内容为基础，提出理工科专业相关的前沿技术问题，开展对应的讨论学习.这给学生也提出了较高的要求，学生不仅需要结合已有的知识结构理解问题，还需调研与本专业相关的前沿技术，提出解决问题的思路和办法，从而总结出自己的调研结果进行相关汇报.第三，充分利用网络资源，通过微信、QQ 等方式与学生保持互动，充分利用网络资源、图书、多媒体课件等，为学生提供优化教学内容与教学方法，激发学生学习潜力与兴趣.

3 结束语

为了适应社会发展对人才的需求，教育教学改革势在必行.本文利用相关的调查问卷，针对大学物理课程教学中存在的问题，提出了理工科专业大学物理教学改革思路.分别从教学模式、教学内容、教学方法、教学手段等多方面做了相关的探索和实践，对高校大学物理课程教学具有实际参考意义.但由于大学物理课程教学改革是一项长期的系统工程，需要在今后的教学中不断地探索教学方法和模式，实现理工科专业大学物理教学改革的转型.