應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下物理教學(xué)模式改革

梁雄　賴(lài)國(guó)忠　呂晶

摘 要 隨著新升本科院校向工科轉(zhuǎn)型，原有大學(xué)物理教學(xué)模式缺乏內(nèi)容的針對(duì)性和實(shí)用性，與專(zhuān)業(yè)課程銜接比較差，已經(jīng)難以適應(yīng)工科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需要，必須進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)改革。本文主要對(duì)土木專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理的內(nèi)容設(shè)置以及成績(jī)?cè)u(píng)定系統(tǒng)如何完善和優(yōu)化等問(wèn)題進(jìn)行一些探索，優(yōu)化后的工科物理教學(xué)模式加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)后續(xù)課程之間的銜接，課堂例題增加了生活中的實(shí)例和工程技術(shù)方面的例子，教學(xué)內(nèi)容具有較強(qiáng)的實(shí)用性和針對(duì)性，能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的熱情和探究問(wèn)題的積極性。

關(guān)鍵詞 工科物理 匹配 轉(zhuǎn)型

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.06.033

Reform of Physics Teaching Mode under the Model of

Fostering Application-oriented Talents

——Take Engineering Major as an example

LIANG Xiong， LAI Guozhong， LV Jing

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Longyan University， Longyan， Fujian 364000）

Abstract With the transformation of undergraduate colleges to the engineering university， the original model？of Physics teaching has been difficult to meet the needs of engineering specialty's development， and it must be carried on the corresponding reform. Based on mobilizing the enthusiasm of students' learning and strengthening the pertinence and practicability of engineering Physics， this paper emphatically probes into the optimization of the teaching content and the achievement evaluation system to better and explore the problem.

Keywords Engineering physics； matching； transformation

目前，制造業(yè)人才結(jié)構(gòu)過(guò)剩與短缺并存，領(lǐng)軍人才和大國(guó)工匠緊缺，基礎(chǔ)制造、先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域人才不足，只能通過(guò)短期速成班的培訓(xùn)來(lái)勉強(qiáng)維持對(duì)技術(shù)人才的需求，造成的主要原因就是學(xué)校人才培養(yǎng)與企業(yè)實(shí)際需求脫節(jié)。[1]在 “技工荒”的這樣大背景下，部分地方本科院校向應(yīng)用轉(zhuǎn)型才能更好滿(mǎn)足培養(yǎng)不同類(lèi)型、不同層次的人才需求。[2]但是，隨著院校轉(zhuǎn)型和本科課程改革的深入發(fā)展，大學(xué)物理課程在各院系課程結(jié)構(gòu)中的匹配性矛盾越來(lái)越突出，以及課時(shí)數(shù)的大幅度的擠壓，這些都迫使物理課程進(jìn)行必要的內(nèi)容整合和優(yōu)化。

縱觀(guān)歷史，物理學(xué)在三次技術(shù)革命中都發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，它的發(fā)展帶動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新。大學(xué)物理是整個(gè)自然科學(xué)的基礎(chǔ)性學(xué)科，對(duì)理工科學(xué)生的科學(xué)思維方法的培養(yǎng)和動(dòng)手能力的鍛煉都起著舉足輕重的作用。因此，鑒于大學(xué)物理在人才培養(yǎng)中的重要性，不少專(zhuān)家學(xué)者對(duì)國(guó)內(nèi)外大學(xué)物理教材特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)的比較分析，普遍認(rèn)為國(guó)外教材章節(jié)銜接比較好，物理例題比較貼近生活。[3-5]同時(shí)，不少學(xué)者對(duì)國(guó)內(nèi)大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容和方法的改革進(jìn)行了深入的研究和探索，提出了加強(qiáng)物理內(nèi)容與專(zhuān)業(yè)之間銜接，編制大學(xué)物理習(xí)題冊(cè)、[6]側(cè)重基礎(chǔ)講解并突出應(yīng)用實(shí)踐、[7]按照專(zhuān)業(yè)需求實(shí)施模塊化教學(xué)[8]和采用多樣化的教學(xué)手段優(yōu)化教學(xué)效果[9，10]等改進(jìn)措施。

本文以提高學(xué)生的自學(xué)能力、學(xué)以致用的本領(lǐng)為導(dǎo)向，從土木工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理的課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及考查和評(píng)價(jià)系統(tǒng)三個(gè)方面探討大學(xué)物理如何在應(yīng)用型人才培養(yǎng)下更好發(fā)揮它應(yīng)有的作用。

1 教學(xué)內(nèi)容及考試內(nèi)容優(yōu)化

1.1做好數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與物理各章節(jié)之間的銜接

微積分是分析和求解物理問(wèn)題的一把利器，在力學(xué)篇章開(kāi)始前可花1個(gè)課時(shí)溫習(xí)一下高等數(shù)學(xué)中微分和積分，而應(yīng)該應(yīng)讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到兩數(shù)之差與微分之間的聯(lián)系，某個(gè)量的微分其實(shí)就是一個(gè)差值，并結(jié)合物理內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生如何使用它分析物理問(wèn)題，例如某個(gè)物體空間坐標(biāo)x的微分dx可以理解為該物體由于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致空間坐標(biāo)的增量，dx也可以代表x軸方向上任取一段線(xiàn)元長(zhǎng)度； 讓學(xué)生導(dǎo)數(shù)就是兩個(gè)微分的比值。例如：

已知加速度，求速度與坐標(biāo)位置x之間表達(dá)式

由此可以分子分母同乘以位置的微分，即可得：

分子中和分別代表兩個(gè)不同數(shù)值，兩者相乘，根據(jù)乘法交換律可將它們的位置對(duì)調(diào)：

再結(jié)合題意就可以列出下面這個(gè)方程：

分離變量并取積分：

容易求得：

兩邊同時(shí)取以e為底的指數(shù)函數(shù)即可得：

在機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械波這些內(nèi)容開(kāi)講前可以引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)三角函數(shù)有關(guān)知識(shí)以及傅立葉級(jí)數(shù)等，這有助于分析機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波方面相關(guān)問(wèn)題。

1.2 教學(xué)內(nèi)容模塊化及優(yōu)化，提升學(xué)生能學(xué)會(huì)用的本領(lǐng)

理工類(lèi)專(zhuān)業(yè)基本都會(huì)開(kāi)設(shè)大學(xué)物理基礎(chǔ)課，涉及學(xué)生的物理基礎(chǔ)和應(yīng)用能力層次都不盡相同，要解決好“羊羹雖美”與“眾口難調(diào)”之間的矛盾，就必須將大學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容模塊化，使得不同層次的學(xué)生都能夠在應(yīng)用物理知識(shí)解決問(wèn)題的能力得到鍛煉和提高，這就需要物理教學(xué)工作者不斷鉆研大學(xué)物理與不同專(zhuān)業(yè)之間的聯(lián)系，才能將物理內(nèi)容分成理工科的通識(shí)部分、專(zhuān)業(yè)銜接內(nèi)容和專(zhuān)業(yè)發(fā)展所需的拓展部分等三大部分。

教材內(nèi)容可以根據(jù)“重點(diǎn)突出專(zhuān)業(yè)聯(lián)系緊密的知識(shí)點(diǎn)和物理基礎(chǔ)知識(shí)”并結(jié)合專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案里頭的課時(shí)數(shù)做合理取舍，土木專(zhuān)業(yè)應(yīng)側(cè)重講授力學(xué)，力學(xué)部分在土木專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)或建筑力學(xué)中出現(xiàn)關(guān)鍵詞可以作為核心詞，例如懸梁的受力分析、桁架受力分析中經(jīng)常用到力、力矩、剛體等詞語(yǔ)，且必須讓學(xué)生掌握受力分析的方法，可將梁、桁、拱、懸索橋等典型結(jié)構(gòu)引入課堂中作為例題來(lái)講解它們受力特點(diǎn)。熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等篇章作為通識(shí)部分，而近現(xiàn)代物理作為拓展內(nèi)容，可以講座的形式介紹一下其誕生的背景、核心概念和基本規(guī)律，以基本能滿(mǎn)足學(xué)生專(zhuān)業(yè)發(fā)展需求為度。

教學(xué)過(guò)程中還應(yīng)讓每個(gè)學(xué)生不斷提升自學(xué)能力，只有這樣才讓學(xué)生畢業(yè)后更好適應(yīng)社會(huì)。物理知識(shí)有些章節(jié)知識(shí)和所用的數(shù)學(xué)工具都比較類(lèi)似，例如電磁學(xué)中靜電場(chǎng)的高斯定理與磁場(chǎng)中能的高斯定理以及靜電場(chǎng)中環(huán)路定理與磁場(chǎng)的中，可將這些知識(shí)比較接近的章節(jié)安排學(xué)生自學(xué)，所需用到的數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)提前給學(xué)生，并針對(duì)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)置一些小問(wèn)題。當(dāng)然也可以把上一講的內(nèi)容銜接的比較緊湊的章節(jié)作為學(xué)生自學(xué)內(nèi)容，所設(shè)置的問(wèn)題應(yīng)盡可能細(xì)致些，引導(dǎo)學(xué)生突破知識(shí)的難點(diǎn)。

1.3 加強(qiáng)大學(xué)物理內(nèi)容的實(shí)用性，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

為了進(jìn)一步加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性，課堂教學(xué)過(guò)程可挑選一些其他領(lǐng)域里應(yīng)用實(shí)例：結(jié)合參考系與坐標(biāo)系這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)介紹機(jī)器人視覺(jué)中雙目攝像機(jī)標(biāo)定方法以及測(cè)距原理；結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律說(shuō)家中所用漏寶的工作原理、電磁爐的工作原理和工程高頻焊接技術(shù)；熱學(xué)部分可以結(jié)合我們生活中的冰箱、空氣能熱水器的工作原理等等。

將日常生活、工程技術(shù)中的應(yīng)用引入物理課堂，可讓學(xué)生感觸到物理就在我們身邊，各種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)都離開(kāi)物理，從而更好激發(fā)同學(xué)們學(xué)物理的學(xué)習(xí)熱情和興趣。教學(xué)過(guò)程中應(yīng)從“學(xué)會(huì)用定理公式解決課本例題”、“用知識(shí)分析工程技術(shù)”和“用知識(shí)巧解生活的問(wèn)題”等三個(gè)層次逐步提高學(xué)生應(yīng)用知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力。

1.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分層次，不斷提升學(xué)生探究和動(dòng)手能力

實(shí)驗(yàn)這一模塊盡可能采用探究式教學(xué)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不必追求多而全，實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)少了并不意味著可以降低教學(xué)質(zhì)量，不能像以往那樣實(shí)驗(yàn)動(dòng)手環(huán)節(jié)只是程序式重復(fù)安裝、調(diào)節(jié)和測(cè)試，蜻蜓點(diǎn)水，淺嘗輒止，而是要搞清楚為什么要這樣做，測(cè)量方案能否優(yōu)化等等。相反，要求教師不斷鉆研現(xiàn)有物理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，如何設(shè)置課堂內(nèi)容來(lái)提升實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深度，還應(yīng)針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)設(shè)置不同的教學(xué)內(nèi)容，拿出一部分學(xué)時(shí)出來(lái)由學(xué)生根據(jù)自己實(shí)際情況和興趣愛(ài)好選做實(shí)驗(yàn)，這部分內(nèi)容應(yīng)增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的探索環(huán)節(jié)，進(jìn)一步深化誤差理論在實(shí)驗(yàn)分析以及測(cè)量方案優(yōu)化中應(yīng)用，利用實(shí)驗(yàn)前講解時(shí)間循序漸進(jìn)地教會(huì)學(xué)生設(shè)計(jì)較為優(yōu)化的測(cè)量方案及步驟，讓學(xué)生去體會(huì)一下物理實(shí)驗(yàn)大師的那種工匠精神。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按照實(shí)驗(yàn)難度劃分出基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)或拓展型實(shí)驗(yàn)等等兩大模塊，比如已做實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)量更加精確，綜合性實(shí)驗(yàn)或拓展實(shí)驗(yàn)是在已經(jīng)學(xué)過(guò)一定的物理實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)進(jìn)行的，適合于動(dòng)手能力和綜合分析能力強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)探索能力。例如，學(xué)生做完示波器這一實(shí)驗(yàn)后，可引導(dǎo)學(xué)生利用示波器的觀(guān)測(cè)李薩如圖怎么準(zhǔn)確地判斷波線(xiàn)上兩點(diǎn)的相位差為，接著讓他們自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量方案測(cè)超聲波的波長(zhǎng)及波速。

1.5 注重考查知識(shí)的實(shí)用性，評(píng)價(jià)方式多樣化

為了提高學(xué)生的考試通過(guò)率，不少老師專(zhuān)門(mén)上一次期末復(fù)習(xí)課圈定考查范圍，這種做法直接導(dǎo)致學(xué)生平時(shí)不努力，臨考將題目答案死記硬背，閉卷考時(shí)只會(huì)就全憑記憶一五一十的寫(xiě)出來(lái)，期末考成績(jī)大幅度地提高了，但是學(xué)生各方面能力就得不到相應(yīng)鍛煉，這就會(huì)完全偏離教學(xué)的目的——能學(xué)會(huì)用。期末考查方式方法一定程度決定學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度，一個(gè)好的考查方式可以起到很好的導(dǎo)向作用，因此改變期末考查的方法就顯得尤為重要。期末復(fù)習(xí)這堂課可給學(xué)生復(fù)習(xí)考查的知識(shí)點(diǎn)并說(shuō)明相應(yīng)考查要求，以及考試題型及分值比例情況。填空題和選擇題盡量不考查單純的識(shí)記類(lèi)的知識(shí)，計(jì)算題不應(yīng)該出書(shū)本上的原題，但可以在原題基礎(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)改造，或?qū)扇}目綜合起來(lái)改編成一道題。為了減輕學(xué)生的機(jī)械記憶的負(fù)擔(dān)，期末考試可采用開(kāi)卷考。

試卷命題時(shí)不宜追求高難度，而應(yīng)注重考查學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度和應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。重在考查如何應(yīng)用物理學(xué)中的定理或定律來(lái)解決比較貼近實(shí)際的物理問(wèn)題，應(yīng)盡可能體現(xiàn)出物理中常用分析思想——微元法，適當(dāng)降低卷面的難度，設(shè)置一些誘導(dǎo)學(xué)生在如何將生活中的實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化成物理模型應(yīng)用數(shù)學(xué)工具解決的試題，卷面上可適當(dāng)提示，給予學(xué)生一定解決問(wèn)題的思路和方法。建議將卷面分成兩大部分——基礎(chǔ)部分和綜合提高部分，其中基礎(chǔ)部分指的是與后續(xù)課程有著密切聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)或物理學(xué)中基礎(chǔ)知識(shí)，這部分的分值應(yīng)占卷面75%，綜合部分約占25%。

成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系的總評(píng)成績(jī)是平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、半期考成績(jī)和期末成績(jī)的綜合評(píng)價(jià)，其中平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定方法可以借鑒市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中員工的薪酬方法——保底工資+抽成工資+獎(jiǎng)懲。保底部分可以根據(jù)平時(shí)學(xué)生的出勤情況、作業(yè)完成情況評(píng)定，“抽成+獎(jiǎng)懲”這部分主要根據(jù)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)是否獨(dú)立完成，有無(wú)抄襲，課堂作答情況來(lái)評(píng)定，這樣可以比較調(diào)動(dòng)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的積極性。另外可以增加考查方法的途徑，例如某一專(zhuān)業(yè)競(jìng)賽涉及到物理某方面知識(shí)，他如果能靈活應(yīng)用解決競(jìng)賽中所出現(xiàn)的相應(yīng)物理問(wèn)題，可在期末總評(píng)成績(jī)予以適當(dāng)?shù)募臃?。雖然這樣考核方式比較復(fù)雜，但考核方法比較合理，能更好地將因材施教落到實(shí)處。

2 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前各工科專(zhuān)業(yè)大幅度壓縮大學(xué)物理教學(xué)時(shí)間以及專(zhuān)業(yè)課程內(nèi)容與專(zhuān)業(yè)發(fā)展需求，工科物理教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注重理論的應(yīng)用，適當(dāng)簡(jiǎn)化繁瑣的理論推導(dǎo)；內(nèi)容要加強(qiáng)與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的銜接，將工程技術(shù)和生活中例子引入課堂，增強(qiáng)課堂趣味性；實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目根據(jù)所教專(zhuān)業(yè)來(lái)設(shè)置，內(nèi)容分層次以便讓每位學(xué)生動(dòng)手能力得到有效鍛煉；期末考試側(cè)重考查學(xué)生知識(shí)的應(yīng)用能力，降低識(shí)記類(lèi)知識(shí)的比重。改革后大學(xué)物理教學(xué)與工科專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)方案的銜接更加緊密，以及具有更強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)針對(duì)性，教學(xué)內(nèi)容變得更加豐富多彩。

*通訊作者：梁雄

基金項(xiàng)目：2016年福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目（JZ160194）資助

龍巖學(xué)院校級(jí)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2017JZ01）、福建省本科高校教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（FBJG20170102）

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