新工科背景下“大学物理”课程的教学探讨与实践<br/>——结合OBE教育理念

新工科背景下“大学物理”课程的教学探讨与实践
——结合OBE教育理念

2023-10-08李瑞东赵立珍

教育教学论坛 2023年23期

李瑞东，赵立珍，袁峰，王焱

（防灾科技学院基础课教学部，河北三河 065201）

引言

2017年2月，教育部在复旦大学召开高等工程教育发展战略研讨会，与会人员就新时期工程人才的培养展开讨论，并对新工科的内涵特征、建设与发展路径进行了深入探讨，形成了“复旦共识”。同年4月和6月，教育部在天津大学和北京分别召开会议，产生了“天大行动”和“北京指南”，同时发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，探索建立“新工科”建设的新理念、新标准、新模式、新方法、新技术、新文化。复旦共识、天大行动和北京指南，构成了新工科建设的“三部曲”，奏响了人才培养主旋律，为工程教育改革开拓了新的路径。

作为整个自然科学的基础，物理学的发展不仅极大地丰富了人类知识的宝库，同时又多次导致了产业革命［1-4］，为经济发展的高新技术注入新的源泉，有效推动了人类的现代文明和社会进步。作为一门传统的学科，大学物理主要涵盖力学、热学、电磁学、光学和近代物理等几方面。“大学物理”课程在培养学生独立分析问题和解决问题的能力、理性思维和科技创新能力，培育学生的探索精神以及创新意识方面发挥着重要的作用。然而，从国内多所高校的发展现状看，大部分高校的“大学物理”课程教学都面临现实问题，即知识点多、学时少，而大多数应用型本科院校为了增加专业实习以及实训课时，不断压缩“大学物理”的学时，导致“大学物理”的教学压力骤增，教学质量得不到保障。更有甚者，有些高校的理工科专业干脆取消“大学物理”课程。本文针对“大学物理”课程教学过程中的一些常见问题，讨论了新工科背景下“大学物理”课程如何更好地培养应用型本科院校人才。

一、“大学物理”课程传统教学模式的问题

从长期的教学实践中不难看出，“大学物理”课程教学效果普遍欠佳，之所以会出现这样的局面，主要有以下几个原因：第一，作为一门传统学科，大学物理的很多内容在高中物理甚至初中物理中均有所涉及，课上一部分学生认为课程枯燥，因此兴趣不足。同时，很多非物理专业的学生在考取研究生时不需要学习物理，因此，对物理的重视程度不够，积极性不高，认为其不能跟专业课相提并论，只要期末考试不挂科就万事大吉。第二，“大学物理”课程具有较强的理论性，要求学生思维严谨，同时学习过程中往往会涉及较多的数学计算、公式推导等，对学生的数学能力要求较高。另外，课程本身的难度系数较小，对于非物理专业的学生来说，课程的内容比较深奥，在知识理解和掌握过程中存在一定困难，尤其是对于一些物理基础不好的学生，教材中涉及许多公式和概念，他们在学习经典物理学内容时较为困难，数学基础相对薄弱的学生往往会产生恐惧、畏难心理。第三，“大学物理”课程的教学大纲比较单一。对于应用型本科院校来说，专业课教师和基础课教师沟通不足，在制订培养方案时没有基础课教师的参与，导致教学大纲单一的现象较为普遍，无法根据专业课程的需要以及学生的发展需求有针对性地制订教学大纲，不能很好地为专业服务。第四，物理教师数量严重不足。随着高考政策的不断改革，大部分学校都在扩招，所要面对的学生越来越多，导致大学物理教师数量严重不足，难以满足日益增长的教学需求，每位物理教师几乎每天都处于饱和工作状态，教学任务繁重，工作量大，对物理教学的深入研究与改革以及创新教学研究变得少之又少，传统的教学模式难以激发学生学习大学物理的兴趣，影响和制约了“大学物理”课程对大学生核心素养的培养与提高。第五，“大学物理”课程的考核评价形式比较单一。对于非物理类学生来讲，“大学物理”课程不是他们的学习重点，表面上看其与专业课程没有直接关系，因此在考核中还是沿用了传统单一的考核形式。按照传统的闭卷+笔试的模式考核，得到学生最终的总成绩，考试内容也都是一些单一的理论性知识题，难以充分发挥全面考核学生的重要教学意义。

二、优化教学大纲，切实为专业服务

在新工科背景下，坚持以学生需求为导向的教育理念，按照压缩经典、突出现代、拓宽应用的原则，在教学内容上对大学物理进行整合规划，构建“大学物理”课程新体系［5］。各理工类专业的专业课程通常会涉及物理学的相关知识，且不同专业对物理学的需求不同。如果学生在学习“大学物理”时不能打好坚实的基础，就可能会在后续课程的学习中遇到各种各样的困难。OBE教育理念强调教学的协同性，为了能够达到高质量的学习效果，实现培养方案规定的既定目标，所有承担课程教学的教师要时刻保持沟通、通力协作，设计和实施课程教学与评价。为满足学生的个性化、差异化需求，要制订差异化的授课计划和教学大纲，这就要求专业课教师和“大学物理”课程教师共同制订教学大纲，且对该专业的人才培养目标以及所学的全部课程较为熟悉，以便优化“大学物理”课程在该专业的授课计划，同时，在内容上也要体现专业特色，为学生后续课程的学习打好必要的理论基础。

三、以信息技术为载体进行教学改革

21世纪是一个信息技术极其发达的时代，在教学过程中我们要充分利用现代化的信息技术，不断对教学方法和教学手段进行优化调整，使“大学物理”课程的教学模式从原来的只注重知识的传授转变为注重学生的能力和素质培养目标［6］。在现代化的教育教学中，雨课堂、钉钉等多种信息化渠道打破了传统教学在时间和空间上的限制，将学习的主动权充分下放给学生，充分体现学生的主体地位，这样对构建以学生为中心的主动和探究式教学模式产生积极有利的作用，也有利于提高和锻炼学生的创新思维能力和团队合作意识。

在“大学物理”教学过程中，充分利用雨课堂、钉钉等渠道与学生沟通交流，突破了传统教学在时间和空间上的限制。根据不同的专业和班级建立不同的聊天群，通过群发布学习任务，共享学习资源，同时及时准确地了解和掌握学生的学习动态，有效协助“大学物理”课程教学，实现“大学物理”课程教学质量的跨越式提高。

OBE教育理念强调扩大机会，扩大不是单一延长学习时间，在学习内容和学习方式上也要有所改进。为了帮助学生更好地消化和吸收课上的学习内容，可以有效开展网络同步教学，学生可以通过回放形式进行巩固和复习，以弥补传统课堂教学无法解决的教学时数匮乏等问题，有效拓宽课外学习空间和时间。同时，网络教学平台还可以随时推送一些国内外的精品课程和优秀的教学短视频，实现学生与专家的面对面交流，调动学生的积极性，激发其学习热情，同时也可以为教师提供一定的学习机会，提高授课水平，从而整体提高“大学物理”课程的教学质量。

四、以课程建设为契机适当开设“大学物理”先导课

近年来，随着我国高考制度的不断改革，我国各省区市的考试范围有明显不同，而高考招生又是面向全国，这必然导致大一新生的物理基础参差不齐，加之有些学生高等数学知识严重匮乏，在学习大学物理时势必会有一定的困难。综观各应用型理工类本科院校，大部分是大一下学期开设“大学物理”课程，因此，可以利用大一上学期的时间，在理工科学生中适当开设选修课，作为“大学物理”的先导课。这样既弥补了中学物理的欠缺，同时又为“大学物理”课程做铺垫，真正起到承上启下的桥梁纽带作用。

五、以课程考核为重点，注重平时和期末成绩的有机统一

OBE理念注重目标性、多样化和灵活性，所以其教学评价集中在学习成果上，而不是拘泥于教学内容及学习时间、学习方式，同时需要合理多样的评价方式。“大学物理”课程的考核由平时成绩和期末成绩组成，其中平时成绩主要包括考勤、课堂提问、课后作业以及讨论等环节，通过这些环节，重点考查学生对基础知识的理解和掌握情况，同时也锻炼了学生独立思考问题以及解决问题的能力［7-8］。近年来，全国大部分高校采取线上线下混合式教学模式，通过设置线上讨论区、线上答辩等环节，加大对学生线上学习的过程考核力度。期末考试主要采取闭卷笔试的方式，既考查了学生对基础知识的理解和掌握情况，又培养了学生分析和解决问题的能力。除了线下考试，还可以继续探索以开放式命题方式进行线上考核。

六、参与学科竞赛，真正做到以赛促学、以赛促教

作为理工科院校，“大学物理”课程在培养学生的科学素养、创新能力、科学研究能力和理论联系实际的能力方面也扮演着重要的角色，为后续专业知识的学习打下坚实的基础。以防灾科技学院为例，我们面临学时少、教研不多的现实情况。很多学生的学习目的是不挂科，毕业后顺利拿到毕业证书。我们所采取的种种改革措施，对学生没有真正起到促进作用，相反，可能产生一定的副作用。要端正学生的学习态度，需要从多方面入手，其中竞赛就是一种很好的手段。开展大学物理知识竞赛，对物理教学有以下几个方面的促进作用：（1）提高了学校对物理教学的重视程度。参赛学生若获奖，可以为学校争得荣誉，提高学校的知名度，所以学校一般都会组织学生参赛，开展校内选拔赛，对参赛学生进行赛前培训等。（2）提高了教师的教学积极性。没有激励就没有动力，没有评价就没有标准，开展物理知识竞赛实际上是引入了一种评价机制，这样一来，既检验了我们的教学质量，同时又增强了教师的成就感与责任心。（3）教师更加注重平时教学。竞赛只是一种激励措施，而要想在竞赛中取得优异的成绩，关键还在于平时的教学，不能只依赖专门针对竞赛的辅导。这样，教师便自觉地把功夫下在平时，扎实地开展教学工作。任课教师更加注重讲课、作业批改、辅导等教学环节的实效性，真正实现了“以赛促学，以赛促教”。

七、教学内容思政化，发挥“大学物理”课程的育人功能

教育是国之大计，党之大计。教育在人才培养中起着决定性的作用，对实现中华民族伟大复兴具有决定性的意义。著名物理学家、教育家钱伟长曾经说过：“我们培养的学生首先应该是一个全面的人，一个爱国者，一个辩证唯物主义者，一个有文化艺术修养、道德品质高尚、心灵美好的人；其次，才是一个拥有学科、专业知识的人，一个未来的工程师、专家。”教书和育人是紧密相连的，物理的教学过程中也时刻包含育人的思想。在教学实践中，适当穿插讲授一些物理学史、物理学家的事迹，对学生进行德育。比如，被誉为“中国航天之父”“中国导弹之父”的钱学森在新中国成立初期克服重重困难，最终投身于祖国的建设事业；在讲授霍尔效应时，可以穿插介绍薛其坤院士发现量子反常霍尔效应的过程；在讲授薄膜干涉的过程中，适当引入现代化的科研仪器，比如紫外-可见分光光度计讲授这些如何指导我们更好地开展科研等。通过物理学史和典故以及与现代化的结合，将物理定律的发现和发现者展现在学生面前，避免枯燥的说教。