新工科背景下地方应用型本科高校大学物理线上教学实践*

卢 宏 张玉亭

(贵州工程应用技术学院理学院 贵州 毕节 551700) (重庆潼南巴川中学 重庆 402660)

1 引言

随着人工智能、大数据、云计算等前沿科技逐步取得技术性的突破,工程科技进步和创新成为推动人类社会发展的重要引擎．为主动应对新一轮科技革命与产业变革,支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略[1-2],2017年2月以来,教育部积极推进新工科建设,先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”,全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验,助力高等教育强国建设．2018年10月,教育部与工业和信息化部及中国工程院印发《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》[3-4]．“意见”提出要以新工科建设为重要抓手,持续深化工程教育改革,加快培养适应和引领新一轮科技革命和产业变革的卓越工程科技人才．“新工科”的内涵是以立德树人为引领,以应对变化、塑造未来为建设理念,以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径,培养未来多元化、创新型卓越工程人才．

大学物理是高等院校理工专业学生的一门重要通识性必修基础课,在发展“新工科”教育,培养“新工科”人才方面具有重要作用．大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础,树立科学的世界观,增强分析问题和解决问题的能力,培养探索精神的创新意识等方面,具有其他课程不能替代的重要作用．鉴于国家对新工科人才的迫切需求,对大学物理的教学内容、教学方法和评价体系的改革与探索成为从事大学物理教学工作者责无旁贷的使命．

2 大学物理教学改革现状分析

国内各大高校在大学物理改革与探索中做了很多有意义的尝试,已取得诸多成果．清华大学实行三位一体培养体系,推动以探索和研究为基础的教学模式改革．物理教学开展分类、分层教学,从第五学期起开展本科生科研训练计划,二者的培养目标分别为从事物理学前沿基础研究的物理学家和从事相关学科研究具有良好理科素养的科学家或工程师[5]．北京大学物理学院坚持将学生定位为“处于实习阶段的学者和研究者”,全面实行“以模块化课程为依托、以科学研究训练与实践为引导的自主学习和创新能力训练为核心”的培养方案,着重切实提高学生探索未知的兴趣、对新现象及新概念的敏锐性和洞察力以及批判性思维的能力和解决实际问题的能力[6]．中国石油大学的大学物理课程组围绕“金课”的要求,从教学内容体系的构建、PREI教学模式的搭建、教学成效的考核等方面进行了相关改革和实践[7]．中北大学结合学校实际情况,基于工程认证和新工科背景,对大学物理的课程目标、教学内容、教学模式和教学评价4个方面进行教学改革与实践[8]．

国内高校的大学物理改革大多集中在双一流院校和省属高校,市属高校较少涉及,这大大限制了地方高校的新工科人才输出质量．在新工科背景下,地方应用型本科院校如何有效开展大学物理教学工作,以适应新工科的教育发展需求和培养目标,是摆在我们面前的重要问题,也是学校发展的动力所在．

3 地方应用型高校大学物理课程建设

大学物理教学团队根据学校“地方性、应用型、开放式”的办学定位,针对生源82%来自农村、62%是贫困生、73%是少数民族,这些学生底子薄、主动性差、学习能力弱的实际学情,为后续专业学习奠定基础的课程定位,确定本课程目标:(1)知识目标:系统掌握物理学的基本概念、原理和运动规律;熟悉物理交叉学科的理论前沿和发展动态．(2)能力目标:灵活运用物理学基本理论和方法分析、解决生活现象和实际应用问题;初步具有独立获取知识和团结协作解决复杂工程问题的综合能力和高级思维．(3)素质目标:感受物理学之美,树立辩证唯物主义的世界观;树立实事求是、开拓创新、精益求精的科学家精神．(4)价值目标:坚定理想信念,厚植爱国情怀,树立扎根西部、振兴乡村的实干精神;牢固树立社会道德和法治意识．

目前课程建设持续迭代更新,历经4个主要发展阶段．(1)三模式教学阶段:2013年起,学校合并转型为应用类综合大学,按照不同学时、不同学分划分的A、B、C三模式教学．(2)模块化教学阶段:2015年起,针对大学物理与专业课程学习的衔接度不高、支撑度低等问题,在对不同专业的需求和支撑度进行调研与分析基础上,实施模块化教学改革．(3)混合式教学阶段:2018年起,针对考核形式单一、重知识轻能力的问题,基于前期模块化教学,重新整合、优化提升教学内容,借助雨课堂等智慧教学平台丰富教学方法和形式,开展线上线下混合式教学,构建多元化评价体系．(4)多维度模块化教学阶段:2020年起,针对教学内容缺乏高阶性、创新性和挑战度的问题,充分发挥大学物理课程得天独厚的课程思政育人优势,开展多维度模块化教学改革实践(图1),深度融合信息技术,在学习通平台建设课堂、章节习题库和课程思政案例资源库．

图1 多维度模块化教学示意图

4 大学物理课程线上教学实践

4.1 责任担当 群策群力担负好育人使命

教学团队随时随地开展集体教研活动,在微信群中分享教学经验、教学课件、课程思政资料等,一人上课团队齐听课,有效开展集体备课、集体教研．切实做到认真备好每一次课,认真讲好每一堂课,认真改好每一次作业,认真育好每一位学生．

4.2 学科育人 全方位提高学生科学素养

2020年5月,为深入贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神,教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》,坚持把立德树人作为中心环节,把思想政治教育贯穿人才培养体系,使各类课程与思政课程同向同行,将显性教育和隐性教育相统一,形成协同效应,构建全员全程全方位育人大格局[9]．理学类专业课程,要注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育,培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感．

大学物理课程坚持“知识、能力、素质与思政融合贯通”,将自然辩证法、人文内涵、科技动态、物理学史、国内外科学家介绍等有机融入教学内容．在知识体系构建过程中注重物理方法和物理思维,树立辩证唯物主义的世界观、科学方法论和认识论;在能力培养提升过程中注重物理建模、辩证思维,培养学生追求真理、严谨务实和刻苦钻研的精神,实现学生知识储备、能力提升、素质培养、价值塑造的协调递进式综合成长．以“电磁感应定律”章节为例,以物理学史中的统一思想,由电生磁引发磁生电的疑问;在讲解电磁感应定律过程中穿插法拉第、特斯拉等科学家的故事及成就,进一步理解“追求真理、崇尚创新、实事求是”的科学精神;应用拓展环节讲解长江三峡水利枢纽工程由32台单机容量为70万千瓦时水电机组,提供了巨大的清洁能源,厚植爱国情怀．同时对课后作业进行及时点评,融入中华民族优秀传统文化《荀子·修身》中“ 道虽迩,不行不至;事虽小,不为不成”和《三国志·蜀志传》中“勿以恶小而为之,勿以善小而不为”,引导学生从自身学习习惯出发,掌握有效学习的方法,厚植做人做事应有的正确社会主义价值观．在课程实施过程中将思政元素遁于无形,与专业知识通过“化合反应”融为一体[10]．在知识传授、能力提升的过程中,潜移默化地提高学生的高阶能力,切实提高课程育人效果．

4.3 开拓创新 实施课前、课中、课后三位一体线上教学

大学物理线上教学贯彻以学生为中心的教学理念,采用学习通网络直播与学生自主线上学习相结合的方式,确保线上教学质量．

课前完善学习通线上学习资源,发布过程化引导的自主学习视频和资料,引导学生自主学习,了解本节课的学习要求和学习内容,做到线上课堂教学有的放矢,解决学生学习漫无目的的问题．

课中采用基于构建主义理论BOPPPS的6阶段教学方法[11-13],强化线上教学师生、生生互动．

(1)注重上课仪式感:教师上课前整理仪容仪表,准备电脑、手写板、教材、教案等,以饱满的精神面貌提前进入超星课堂．课前5 min进行拍照签到和预习成效检测,有效减少学生在线不听课、躺在床上懒散听课等问题.

(2)问题探究教学,激发学习兴趣:以有趣有料的热点问题、实验现象等导入新课,坚持真学真用,激发学生探索需求.

(3)加强实时互动,调动学习积极性: 揉碎原有教学单元,将每节内容打碎重组成多个知识点,对每个知识点设计难度成梯度的不同类型题目,有效盘活知识,通过学习通适时发放,进行双向实时教学效果反馈,正向激励、反向鞭策．为解决学生浑水摸鱼和“只知其然而不知其所以然”,随机抽点学生连麦阐明自己的解题思路,及时进行点评,创设争先创优、你追我赶的学习环境．

课后布置3类作业．第一类是有固定答案的选择、填空、判断和计算题,检验学生对知识的掌握情况;第二类是无固定答案的讨论题,提高学生灵活应用能力;第三类是拓展提升类,要求学生阅读科普类图书和最新科研进展的文献资料,增加知识的广度和深度．

5 总结

大学物理课程教学团队基于新工科人才培养目标,秉承“学生中心、产出导向、持续改进”的OBE教育理念,本着 “厚基础、重实践、强素质、求创新”的基本育人原则,根据物理学科特点,在一流课程引领下不断进行优化迭代,深挖课程思政元素,重构教学内容,改进教学模式．在实践教学中构建了凸显大学物理专业特色和地方特色的“知识、能力、素质与思政融合贯通”的课程多元化教学模式,促进教研融合,强化学生创新精神和实践能力培养,有效提升了新工科复合型创新人才的培养水平．