工科留学生“大学物理”课程教学模式改革探索

王 丽，苏雪琼，刘凤艳

（北京工业大学 理学部，北京 100124）

引言

留学生高等教育作为国际高层次人才的培养平台，对促进“一带一路”沿线国家的文化交流、区域合作和经贸交流等发挥着重要的作用。同时，工科留学生人数增幅最大，所以对新工科背景下的留学生高层次工程技术人才的培养具有重要意义。北京工业大学是成功入选首批北京市“一带一路”国家人才培养基地的26所高校之一，从1990年至今，已有来自100余个国家的近万名留学生从我校毕业或结业，每年招收近1 000名留学生，几乎涵盖所有的工科专业，是培养海外高层次工程技术人才的重要摇篮［1］。

“大学物理”作为工科专业的必修基础课程，亦是来华工科留学生的必修科目。传统的“大学物理”课程教学较为重视物理知识体系的完整性、严密性及逻辑性，从而帮助学生培养逻辑思维能力。然而，偏重理论推理的教学模式往往严重限制了工科留学生工程应用能力的培养。此外，国内现有的留学生教学体系受传统教学模式的影响较大，物理课堂教学互动方式、考核方式及创新能力培养模式等方面有待提升。

由于教育体制的不同，与国内本科生相比，“一带一路”沿线国家来华留学生物理基础普遍比较薄弱。因此，教师在讲授“大学物理”课程内容时，需要不断补充高中阶段的物理知识点，导致影响教学进度和教学安排，同时减少了“大学物理”的教学内容，直接影响新工科工程专业大学生的物理课程学习［2-4］。因此，结合新工科和“一带一路”来华留学生的特点，建立新工科留学生物理教学课程大纲，编写适应性教材，明确教学目标与内容，探索评价考核机制具有实际价值［5-6］。

我校针对工科留学生受限于语言的表达和理解，以及物理基础普遍薄弱的现状，从原先的留学生被安排进各自专业的大学生课堂的分散学习，到目前将学校工科留学生集中在一个课堂学习“大学物理”。近两年来，项目组教师针对由30人组成的工科留学生班级讲授“大学物理”基础课程的教学实践，探索留学生在学习过程中遇到的实际问题，开展教学模式改革，重新定位适合留学生的“大学物理”课程的教学大纲，培养适应国际化的创新人才。

一、课程教学存在的问题

（一）教学安排

多年来，我校针对工科留学生的“大学物理”课程学习都是将留学生按照各自的专业安排在工科大学生统招的对应专业。“大学物理”课程教学安排两个学期，每个学期63学时，其中包括习题课学时，大学一年级的第二学期讲授力学、相对论、振动和波，以及热学，大学二年级的第一学期讲授光学和近代物理。留学生教材选用与中国学生保持一致。教学过程中教师以PPT和板书结合的课堂教学讲授为主，兼顾中等成绩以上的学生的学习水平，采用启发式教学，在规定的课程教学学时内完成教学任务。教学期间注重培养学生上课学习的专注力、实践活动的参与、完成平时作业的习题强度训练、小组讨论和点名回答。中国学生大多容易适应以上培养方式，留学生往往感觉比较吃力。

（二）学生现状

留学生在国外的基础教育阶段理科基础较差，研讨讨论课程环节较多，因此在华学习课程中，留学生遇到的困难大多为专业知识理解浅、数学公式推导证明难、中文表达水平较低、课堂接受度差等，大都是学习专业知识时的基本问题。留学生在学习物理课程时，都是不同学生被安排进不同的班级，学习基础与中国学生相比有一定的差距，又因教师需要兼顾大多数学生，所以对留学生的针对性互动较少。留学生又需要补习基础知识、克服语言障碍和适应环境，教学难度太大会影响留学生的学习积极性和知识接受度。

二、教学模式改革探讨

为了进一步培养国际化的留学生人才，结合留学生来华前的物理基础、中文语言水平，以及我校留学生按照工科专业学科小班集中授课的特点，结合存在的问题，对留学生的物理基础课程的教学模式进行有针对性的探讨。

（一）小班化集中授课

新工科专业背景下，根据留学生的入学专业特色，近两年对“大学物理”基础课进行小班教学模式的改革试点。教师可尽量采用英文和中文交替讲解专业知识的方式，与学生交流沟通，提高学生的语言水平和对课堂教学的适应性。对30名工科背景的留学生单独设立小班制，有针对性地解决他们在学习中遇到的困难：采用双语教学讲授课程理解难点，克服语言障碍，使学生集中精力理解知识点；加强物理基础知识的实践教学环节，确保理论和实践有机结合。同时强化物理实践环节的演示和实验、提高作业训练的平时成绩。对留学生2021年两学期的成绩统计数据进行分析，其期末考试成绩和实践环节成绩的比例如下：在90～100 分的比例为7%和10%，在80～89 分的比例为10%和24%，在70～79分的比例为30%和35%，在60～69分的比例为40%和25%。由此可见，有针对性地解决留学生学习物理遇到的实际问题是提高学生学习兴趣和主动性的关键。

（二）案例视频与演示实验相结合

留学生“大学物理”课程的基础较为薄弱，加之其中文的理解和表达碎片化，所以在教学中不要求留学生与中国学生的标准统一。在教学环节中引入国外英文视频，引起学生兴趣，便于学生理解知识。物理实验课堂演示是北京工业大学“大学物理”课程教学的特色之一，由专门的物理演示实验教师负责，在初次讲授每一独立章节时进行课堂演示，让留学生在学习理论知识前先感性认识物理知识引发的神奇现象，引起学生对物理的兴趣。因此，课堂采用英文视频案例，结合我校实际课堂演示实验的特色，循序渐进，引入简单的案例，并将其贯穿重难点公式讲解的全过程，让学生从案例中学习理解，之后再联想实际应用或前沿课题，提升学生的学习兴趣和热情，以及学习的主动性。如：力学部分由汽车的驱动与制动、汽车的极限速度和加速度联想到同步卫星发射、洲际导弹射程等；热学部分引入温室效应，联想提高热机效率、冰箱制冷等；电磁学部分联想磁流体发电、微波加热、焊接电弧等；波动光学部分联想全息干涉技术、光纤传感器等。注重与留学生的交流，讲授的内容不宜太难，应循序渐进，抓住物理的基本概念、物理定律和定理的来龙去脉、知识点的历史回顾，结合知识点的应用展开教学。

（三）启用线上英语预习机制

课程采用线上和线下结合的方式，要求学生在课前补习与物理知识有关的教学内容，学生可以用手机、iPad或PC机在雨课堂软件提前观看教师在班级群发布的英文预备知识视频，提前预习有关课程基础内容和公式推导教授类内容的英文视频，结合国内中国大学MOOC课程和智慧树平台，以及各大视频网站已有英文视频资源，直接观看线上英文内容完成预习任务。同时发布一些预习题目，帮助学生检验预习效果。顺利进行线下教师讲授，留学生基础较差、中文教师教授语言障碍，以及理解难度较大等问题都得到了较好的解决。针对研讨课部分，教师在课前预先布置研讨课题，确定教学专题，学生以小组方式进行调研、查阅资料，边学习边讨论，教师也可利用移动通信端参与学生在软件中的小组讨论，及时进行预习指导；鼓励学生研讨多领域和多学科交叉内容；做到既依托经典内容，又追踪学科前沿；既能启迪问题意识，又有助于拓宽专业视野。其目的在于让学生在教师引导下初探学科前沿，激发学习热情，感受研究乐趣，培养质疑精神，建立团队合作意识。同时软件具有记录学生预习时长和预习题目完成情况的功能，英文预习机制的启动也为软考核环节提供了考核内容和依据。

（四）增加课堂互动环节

知识讲解课的互动环节安排在重难点内容讲解结束后，此时学生较疲惫，开始出现注意力涣散的情况，不适合再进行高强度的灌输，此时可通过问题探讨、小组沟通、头脑风暴等互动环节复习和巩固知识，纠正学生对知识理解的偏差或概念不清晰之处。在互动环节后再次引入事例，选取具有典型性和贴近现实应用或科研的事例，让学生在这类事例中感受学习的作用和重要性，提高其获得感，升华学生对物理的理解和认知。专门设置物理习题课，习题课注重物理概念、物理图像、推导过程等在数学工作中的应用，习题课的每一个习题训练要体现做题目的解题过程和结果分析，以及所解决问题的意义，锻炼学生的逻辑思维能力和解决问题能力，提升学生的学习兴趣。

专门设置小班研讨课，以跨学科实际问题为出发点，关注与现实的联系，结合某一专业基础或专业课程，按照一定的研究主线，围绕问题、项目、案例、设计、实践等设计不少于一个研究专题。在教学过程中，教师应围绕每个专题的研究过程和基本要求，开展不少于2学时的研讨和指导。学生根据研究专题与兴趣爱好，组建若干个相应的学习小组，每个小组成员一般不超过4人。教师在课前布置研讨课题，学生分组提前讨论；课上在教师的主持下，围绕设定的专题开展相关教学与研讨活动，师生共同对提交的方案（如：课题研究报告、问题解决方案、工程设计方案等）进行点评；课后学生小组进一步优化方案、撰写报告。通过多轮研讨，安排参观、调查、实验等实践活动，使学生掌握处理相关课题的观点、方法和手段，逐步培养学生科学的思维方法和研究方法。使学生体验以探索和研究为基础、以师生互动为常态、以学生自主学习为中心的研究型教学理念与模式；为学生提供团队合作环境下进行探究式学习的机会；架设教师与学生沟通互动的桥梁，缩短师生之间的距离，实现师生对话；对学生进行自主学习习惯和研究探索意识的培养和训练，使其尽快适应研究型大学的学习环境，为步入高年级进行更加艰深的自主研学奠定基础。

（五）增加开放性实践环节

在自然科学中物理凸显了对日常生活中的基本常识的认知和解释，在所有的学习基本概念、原理和定律的过程中，实践教学环节对物理概念原理的演示和实验对理解与验证物理知识是不可缺少的组成部分。实践环节主要分为专业实验室的开放性教学环节、专题讨论和头脑风暴环节。通过专业实验室的开放性教学环节，有兴趣的留学生参与本科生的创新实践训练和教师的科学项目锻炼，结合具体的物理知识，在教师的指导下完成探究，对培养人才的创新能力发挥重要作用。专题讨论和头脑风暴环节主要针对个别重难点问题进行深入讨论，深入探讨的时间应不超过1个学时，该环节一般每个学期进行一次，多在完成相对论、量子力学、电磁感应等大体系完整知识学习后进行，帮助学生理解到位，按难度由低到高的顺序提前布置问题，学生提前准备发言，就一些有争议的话题进行辩论或头脑风暴，如：双生子佯谬效应、如何防止银行卡盗刷等。

（六）引入单独软考核机制

除笔试考核方式外，引入强调基于过程的考核体系，反映整个学习过程和学生自主学习情况的多种检测指标，基于过程的考核体系成绩占最终成绩的50%。教师应关注学生英语预习机制完成情况、互动环节和实践环节的专注度、文献检索和资料查询完成度，以及解决问题的思想方法和技术路线、研究设计方案、研究工作实施情况等，尤其注重学生在研学过程中发现问题、提出解决问题的方法及最终方案的实施效果，这些都是软考核机制的评分标准。要求每个小组汇报研究进展不少于2次，教师对每个小组的报告进行点评并给出指导性意见，引导学生充分参与讨论交流。项目小组中每位成员应及时汇报自己的研究内容，接受师生质疑，根据所提意见和反馈，进一步完善研究报告。

结语

本文以新工科背景下我校留学生的培养为目标，以物理课程为载体，完善新工科留学生在不同专业学科背景下的“大学物理”课程教学大纲；引入物理工程实践与创新能力的培养理念，积极开展课堂教学模式的改革，探索基于工程案例的“大学物理”课程教学模式，构建多样化的物理课程考核与评价体系；针对留学生物理应用与创新能力的培养，构建留学生小班化、个性化、国际化特色的工程创新人才培养体系，体现基础性、灵活性、综合性、创新性的物理工程应用与创新能力培养模式，进一步探索全校近30名工科专业的留学生创新意识培养的国际高层次工程技术人才运行机制，取得良好评价和学习效果。

（课题组成员：胡曙阳、丁晓红）