國(guó)際視野下工程應(yīng)用型本科教育大學(xué)物理教學(xué)改革

楊曉紅

(沈陽(yáng)工程學(xué)院基礎(chǔ)教學(xué)部，遼寧沈陽(yáng)110136)

第一次世界大戰(zhàn)后，伴隨著機(jī)、電、光等各種技術(shù)進(jìn)入生產(chǎn)領(lǐng)域，對(duì)各種專門技術(shù)人才的需求量激增，美國(guó)高等教育開始出現(xiàn)以培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才的不同專業(yè)[1]。20世紀(jì)60年代至今，隨著經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展，以及市場(chǎng)對(duì)各種技術(shù)人才需求的增加和細(xì)化，使美國(guó)高等教育打破了單一培養(yǎng)精英人才的格局，一大批應(yīng)用型本科院校紛紛涌現(xiàn)，其中工程教育是應(yīng)用型高校的主要組成部分。

目前，我國(guó)高等教育也面臨著同樣的局面。隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，社會(huì)不僅需要研究型精英人才，更需要能夠把成熟的技術(shù)和理論應(yīng)用到實(shí)踐中，具有開拓和創(chuàng)新精神的卓越工程師。為此，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力是工程應(yīng)用型本科教育的重要目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這一教育目標(biāo)，大學(xué)物理教學(xué)應(yīng)當(dāng)承擔(dān)起更為繁重的任務(wù)，因?yàn)槲锢韺W(xué)是當(dāng)代高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和源泉，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要渠道。在國(guó)際視野下，借鑒世界先進(jìn)國(guó)家高等工程教育的成功經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)建有中國(guó)特色的工程應(yīng)用型本科教育大學(xué)物理教學(xué)模式，是值得我們探討和研究重要課題。

一、工程應(yīng)用型本科教育大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀分析

調(diào)研數(shù)據(jù)表明，國(guó)內(nèi)多所工程應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理課程學(xué)時(shí)普遍不多，理論課平均64學(xué)時(shí)左右，實(shí)驗(yàn)課平均32多學(xué)時(shí)左右。所采用的大都是研究性大學(xué)編寫的教材(如東南大學(xué)馬文蔚主編的《物理學(xué)》上、下冊(cè))，其理論性強(qiáng)、難度大，不適宜應(yīng)用型本科院校。圖1是部分工程應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容分配圖。

圖1 部分工程應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容分配

經(jīng)典物理學(xué)約占總學(xué)時(shí)90%，包括:力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)，近現(xiàn)代物理僅占總學(xué)時(shí)約10%，是量子力學(xué)簡(jiǎn)介。作為高中物理教學(xué)重點(diǎn)的力和電仍是大學(xué)物理的教學(xué)重點(diǎn)，占總學(xué)時(shí)51%。顯然大學(xué)物理教學(xué)是對(duì)高中物理相關(guān)問題的進(jìn)一步深化，改革力度不大，教學(xué)缺乏創(chuàng)新，其中存在的主要問題包括:

(1)沿用傳統(tǒng)的教學(xué)模式。工程應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理課堂教學(xué)基本沿用了理論培養(yǎng)的教學(xué)模式。教師恪守物理學(xué)體系不變的原則，只注重對(duì)理論的闡述、定理定律的推導(dǎo)及定理定律在理想化的典型應(yīng)用，對(duì)實(shí)際問題以及如何應(yīng)用涉獵很少，更沒有給學(xué)生自己動(dòng)腦動(dòng)手解決實(shí)際問題的機(jī)會(huì)。這種模式使學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)片面追求分?jǐn)?shù)，把精力主要集中在解題的策略和技巧上，而不習(xí)慣于理解和消化物理概念、擴(kuò)展知識(shí)面、了解正在發(fā)展而未完全解決的問題，這就忽略了大學(xué)物理“面向工程實(shí)踐直接應(yīng)用性”的重要作用。

(2)基礎(chǔ)課教師缺乏對(duì)專業(yè)的了解，教學(xué)內(nèi)容缺少專業(yè)針對(duì)性。我國(guó)高校從事公共基礎(chǔ)課教學(xué)的物理教師，大多從學(xué)校到學(xué)校，基本沒有在企業(yè)的實(shí)踐經(jīng)歷。在教學(xué)活動(dòng)中，他們既不了解也不參與各專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案的制定，因此缺乏對(duì)專業(yè)和工程實(shí)踐的了解。在教學(xué)中，首先各專業(yè)執(zhí)行的教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃完全一致，造成了各專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)大學(xué)物理課程時(shí)千篇一律，對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的鋪墊不利。其次，只重視物理理論的講解，忽視物理在各專業(yè)工程實(shí)踐的應(yīng)用。傳授的知識(shí)不能與專業(yè)知識(shí)有效地銜接，學(xué)生普遍認(rèn)為大學(xué)物理對(duì)他們專業(yè)課的學(xué)習(xí)幫助不大，考研又不考物理，學(xué)習(xí)積極性不高。第三，教學(xué)中全然不知有些內(nèi)容與專業(yè)課某些內(nèi)容重復(fù)，造成資源與時(shí)間浪費(fèi)。例如很多工科專業(yè)課，如:“工程力學(xué)”“電磁學(xué)”“工程熱力學(xué)”“流體力學(xué)”和“電磁場(chǎng)與電磁波”等等，其內(nèi)容與大學(xué)物理內(nèi)容有重復(fù)交叉之處。特別是“電磁學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容、例題和習(xí)題近90%與大學(xué)物理的電、磁部分重復(fù)。

(3)教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方式缺乏創(chuàng)新。由于課時(shí)少、任務(wù)重，在課堂教學(xué)中教師基本采用傳統(tǒng)的講授法。知識(shí)的講解注重完整性和系統(tǒng)性，教學(xué)重點(diǎn)放在解題技巧和考試內(nèi)容上，留給學(xué)生探索和拓展思維的空間很小。雖已進(jìn)入了信息時(shí)代，一部分教師仍抱著傳統(tǒng)的“粉筆加黑板”教學(xué)方式不放，只唱獨(dú)角戲，課堂死氣沉沉，缺乏感染力。有一部分教師雖然采用了多媒體教學(xué)，但只充當(dāng)課件內(nèi)容的朗讀者和放映者，對(duì)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)講解很少，教學(xué)效果更差。對(duì)學(xué)生的考核基本采用以期末考試來評(píng)價(jià)學(xué)生的傳統(tǒng)考核方式，這種方式只能考查學(xué)生對(duì)書本理論知識(shí)的掌握情況，不能考查學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)分析問題、解決實(shí)際問題和創(chuàng)造性思維的能力。

二、世界先進(jìn)國(guó)家工程應(yīng)用型本科教育的啟示

西方(美、加、德)工程應(yīng)用型教育非常注重與工業(yè)、經(jīng)濟(jì)的結(jié)合。其人才培養(yǎng)就是面向市場(chǎng)或企業(yè)的[2，3]。學(xué)校是企業(yè)的人才庫(kù)，企業(yè)是學(xué)校生存的依賴和發(fā)展的源泉，它們相互依存。學(xué)校的人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置、課程內(nèi)容和授課方式等等均由以企業(yè)界人士為主的專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)進(jìn)行規(guī)劃、制定和調(diào)整[4]。無論是專業(yè)課還是基礎(chǔ)課，體系上注重學(xué)科的交叉融合;內(nèi)容上注重傳授新技術(shù)、新材料和新工藝;方法上讓教師掌握教學(xué)自主權(quán)，常常結(jié)合科技發(fā)展、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用技術(shù)和個(gè)人科技成果進(jìn)行微量調(diào)整[5]。

學(xué)校的專業(yè)教師及承擔(dān)數(shù)理教學(xué)的教師大都來自于企業(yè)，他們具有工業(yè)實(shí)踐的成功經(jīng)驗(yàn)，并定期到相關(guān)企業(yè)工作一段時(shí)間或接受培訓(xùn)。數(shù)理等基礎(chǔ)課教師完全來自于專業(yè)系部，由專業(yè)教師直接承擔(dān)。他們特別了解學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課時(shí)需要的基礎(chǔ)知識(shí)，從而進(jìn)行有選擇地講授，使傳授的知識(shí)與專業(yè)知識(shí)緊密結(jié)合起來。不過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)體系的完整性，不搞系統(tǒng)教學(xué)[4]。

在國(guó)際視野下，應(yīng)學(xué)習(xí)西方工程應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)成功經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)變觀念，明確我國(guó)工程應(yīng)用型高校大學(xué)物理教學(xué)必須服務(wù)于專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)與工程技術(shù)相關(guān)的專業(yè)課程的聯(lián)系，注重培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，探索新的工程應(yīng)用型高校大學(xué)物理教學(xué)模式。

三、大學(xué)物理課程改革思路

(1)任課教師應(yīng)固定在不同專業(yè)系部，使之了解以至于掌握各專業(yè)課程的內(nèi)容?；A(chǔ)課教師必須了解專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容，才能使教學(xué)更具針對(duì)性，從而達(dá)到為專業(yè)課教學(xué)服務(wù)的目的。讓物理教師了解、掌握全校各專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容是不現(xiàn)實(shí)的，為此可將任課教師固定在不同專業(yè)系部常年授課，一方面，讓他們積極主動(dòng)地參與到各專業(yè)人才培養(yǎng)方案制定中，從局外無關(guān)者變成參與者;另一方面，讓他們了解并有限地掌握各專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容，使之承擔(dān)的教學(xué)工作不跨類別，做到大綱、計(jì)劃、人員三統(tǒng)一。通過與專業(yè)系部的教師和學(xué)生在一起學(xué)習(xí)、探討，教師就會(huì)找到物理與各專業(yè)課程知識(shí)結(jié)合點(diǎn)，并在物理知識(shí)體系中選擇有關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性地教學(xué)，經(jīng)過一段時(shí)間的教學(xué)實(shí)踐，定會(huì)摸索出一套適合所在專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的物理教學(xué)模式。

(2)課程內(nèi)容改革。教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)活動(dòng)的中心環(huán)節(jié)和關(guān)鍵因素，內(nèi)容改革應(yīng)該以專業(yè)需要為導(dǎo)向?qū)嵤┙虒W(xué)內(nèi)容優(yōu)化，以專業(yè)應(yīng)用為目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容整合[6]。在了解各專業(yè)人才培養(yǎng)所需要的物理知識(shí)范圍的基礎(chǔ)上，大膽革新，制定出真正服務(wù)于專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、獨(dú)具特色的教學(xué)方案。可以把具有相近培養(yǎng)目標(biāo)的專業(yè)放在一起，劃分不同的教學(xué)模塊，每個(gè)模塊內(nèi)容不同、側(cè)重點(diǎn)不同、針對(duì)性強(qiáng)、突出專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，真正實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)與專業(yè)人才培養(yǎng)之間“點(diǎn)到點(diǎn)”的服務(wù)，這樣能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，開闊學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)上的視野，促進(jìn)學(xué)生在后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)中對(duì)大學(xué)物理知識(shí)的應(yīng)用和吸收，使大學(xué)物理的科學(xué)基礎(chǔ)性和工程應(yīng)用性充分體現(xiàn)在學(xué)生學(xué)習(xí)和工作的整個(gè)過程中。

(3)教學(xué)模式改革。從物理學(xué)與工程技術(shù)緊密聯(lián)系的特點(diǎn)出發(fā)，構(gòu)建以工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為宗旨的教學(xué)模式[6]。在教學(xué)中應(yīng)采用“設(shè)置問題情境的開放型思維”教學(xué)模式，首先設(shè)置一個(gè)實(shí)際問題，在講解這一問題的解決方法中引入定理定律，淡化定理定律的推導(dǎo)，注重定理定律的應(yīng)用，特別是注重實(shí)際問題的解決過程。這種教學(xué)模式突出理論聯(lián)系實(shí)際，更能鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)、創(chuàng)新能力能起到較好的作用。例如:從人造衛(wèi)星、宇宙飛船、黑洞引導(dǎo)出萬(wàn)有引力和宇宙速度;從照相機(jī)鏡頭上的薄膜講解光的干涉;從溫室效應(yīng)講熵;從回旋加速器的發(fā)現(xiàn)講解帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng);從發(fā)電廠的靜電除塵講解靜電應(yīng)用;從電子顯微鏡的發(fā)現(xiàn)講解德布羅意波;結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)講解光電效應(yīng)等等。

(4)教學(xué)方法、手段和教學(xué)評(píng)價(jià)的改革。在教學(xué)中要積極探索新的教學(xué)方法，將啟發(fā)式、發(fā)現(xiàn)式、研究式、輻射式等教學(xué)法綜合應(yīng)用于教學(xué)中。要改變傳統(tǒng)“黑板+粉筆”的教學(xué)手段，將多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合起來，以增強(qiáng)教學(xué)的感染力。要充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，進(jìn)行網(wǎng)上答疑、電子論壇、電子公告、與學(xué)生視頻交流互動(dòng)等。改革慣用的以期末考試來評(píng)價(jià)學(xué)生的考核法。采用“綜合性全程跟蹤考核法”，將平時(shí)學(xué)習(xí)、期末筆試、課程論文、小發(fā)明、小制作等融入考核體系中，把對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的考核量化到學(xué)生學(xué)習(xí)全過程，實(shí)現(xiàn)考核方式全程化，使學(xué)生思維能力、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等從量變的積累達(dá)到質(zhì)變的飛躍。在國(guó)際視野下，將西方工程應(yīng)用型高校成功的人才培養(yǎng)模式及大學(xué)物理教學(xué)模式與我國(guó)工程應(yīng)用型高校具體教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，從而探索出適應(yīng)我國(guó)工程應(yīng)用型高校大學(xué)物理的教學(xué)模式，這是一項(xiàng)長(zhǎng)期復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要在教學(xué)中不斷地探索與實(shí)踐。

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