在大學(xué)物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的實(shí)踐能力

吉馭嬪　王時(shí)建

摘要：本文以理工類學(xué)校本科公共必修課《大學(xué)物理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革班為范例，思考如何改革工科院校的《大學(xué)物理》教學(xué)，為卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃起到支撐作用，力求在大學(xué)物理教學(xué)中引入工程思維訓(xùn)練。為此，我們?nèi)嫘薷慕虒W(xué)計(jì)劃，針對(duì)不同的工科專業(yè)合理安排教學(xué)板塊，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，做到因材施教；同時(shí)，將大量工程實(shí)例滲透到教學(xué)中，使學(xué)生能盡快進(jìn)入工程師的角色，為卓越工程師計(jì)劃的順利進(jìn)行添磚加瓦。

關(guān)鍵詞：卓越工程師計(jì)劃；工科物理；教學(xué)策略；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）31-0105-02

一、引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》的一個(gè)重大改革項(xiàng)目，也是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國的重大舉措，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才[1]。

物理學(xué)是整個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的帶頭學(xué)科，物理教育在高等教育中具有極其重要的地位，特別是在工科專業(yè)教學(xué)中尤其重要。然而，現(xiàn)階段大多數(shù)高校針對(duì)不同的專業(yè)采用統(tǒng)一的物理教材、統(tǒng)一的學(xué)時(shí)、統(tǒng)一的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生將大量的時(shí)間和精力花費(fèi)在基礎(chǔ)物理的學(xué)習(xí)和推導(dǎo)中，甚至花大量的時(shí)間學(xué)習(xí)跟本專業(yè)完全無關(guān)的知識(shí)，使他們覺得學(xué)無所用，書本知識(shí)和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用長期脫節(jié)，降低學(xué)習(xí)的積極性和興趣。

近年來，隨著新材料、新能源、微電子技術(shù)等新興學(xué)科的迅速發(fā)展，國內(nèi)很多高校的大學(xué)物理課程教學(xué)緊跟時(shí)代步伐，在內(nèi)容和教學(xué)方法上進(jìn)行了大量的改革和探索。例如，同濟(jì)大學(xué)、鄭州大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、成都信息工程大學(xué)[2]等，在這方面已經(jīng)做出很多嘗試。

二、教學(xué)改革探索

2013年，西華大學(xué)獲批立項(xiàng)8個(gè)省級(jí)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目。之后，各學(xué)院以此為契機(jī)，在優(yōu)化專業(yè)結(jié)構(gòu)、更新教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法等方面下功夫，著力提高本科生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐技能，逐步完善工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)體系。卓越工程師計(jì)劃的一個(gè)重要任務(wù)就是強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。為了在理工科大學(xué)中支持卓越計(jì)劃的順利進(jìn)行，作為一切工程技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的源泉——《大學(xué)物理》的改革迫在眉睫。為了探索這個(gè)問題，我們針對(duì)工科大學(xué)物理教學(xué)做出以下幾方面的改革。

（一）引入工程實(shí)例，改革講授內(nèi)容

1.對(duì)經(jīng)典與現(xiàn)代物理教學(xué)內(nèi)容體系進(jìn)行合理的優(yōu)化與整合。傳統(tǒng)物理教學(xué)體系中，經(jīng)典物理所占的比重過大，現(xiàn)代物理所占的比重太小，很少涉及物理知識(shí)在工程技術(shù)中的應(yīng)用。我們壓縮經(jīng)典物理的內(nèi)容，并在經(jīng)典內(nèi)容的講授中打破原有框架的束縛，對(duì)經(jīng)典知識(shí)做進(jìn)一步的延伸，引入近現(xiàn)代物理內(nèi)容，并使兩者有機(jī)地結(jié)合起來。

2.在教學(xué)內(nèi)容中引入工程實(shí)例。所選內(nèi)容從工程實(shí)際出發(fā)，避開不必要的技術(shù)細(xì)節(jié)，把實(shí)際問題抽象成物理模型，并用物理原理進(jìn)行分析研究，提出合理的解決辦法，有利于鞏固和加深對(duì)基本概念的理解，有利于分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的求知欲。

（二）提高教師的工程素質(zhì)

在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，授課教師應(yīng)提高自身的工程素質(zhì)。授課教師要處于科研一線或者生產(chǎn)一線，具有一定的應(yīng)用研究經(jīng)歷，了解和掌握最新的學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)和工程應(yīng)用背景，更好地為教學(xué)總體水平的提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

為了實(shí)踐教改規(guī)劃，我們選擇數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)專業(yè)、物理和信息科學(xué)專業(yè)的學(xué)生共60人作為試驗(yàn)班，進(jìn)行工科大學(xué)物理教學(xué)改革的初探索。為此，我們制訂了詳細(xì)的教學(xué)計(jì)劃，設(shè)計(jì)了一系列針對(duì)物理和信息科學(xué)專業(yè)相關(guān)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，力求做好試驗(yàn)班的教學(xué)過程管理?？紤]到學(xué)生能力的參差不齊，我們?cè)O(shè)計(jì)動(dòng)手小實(shí)驗(yàn)的思想是將可完成性作為主要目標(biāo)，力求小實(shí)驗(yàn)的思維難度不大，但是完成方案具備多樣性，能夠鍛煉和開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維和探索精神。并且，實(shí)驗(yàn)所需的器材是學(xué)生在日常生活中能尋找到的普通材料。

實(shí)踐教學(xué)初期，我們將考試分?jǐn)?shù)所占比例進(jìn)行調(diào)整，加重平時(shí)創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)的比例，減低期末考試成績所占的比例；并將試驗(yàn)班上的57個(gè)學(xué)生分成10組，一組6人左右，讓他們自己推選組長，作為小組負(fù)責(zé)人組織大家進(jìn)行課堂討論和創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)。講授中減少物理公式的推導(dǎo)過程，增加物理知識(shí)在工程實(shí)例中的講解。每章設(shè)計(jì)一些與現(xiàn)實(shí)生活和生產(chǎn)有關(guān)的情境類題目，要求大家分組討論這些情境里包含的物理知識(shí)，以及怎么利用所學(xué)知識(shí)解釋這些現(xiàn)象，甚至解決這些問題。每個(gè)小組成員要輪流到講臺(tái)上闡述自己的觀點(diǎn)。經(jīng)過這個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生開始變得喜歡表達(dá)自我，思維開始活躍起來，學(xué)會(huì)用科學(xué)的思維審視周遭的事物，提高了解決問題的能力，訓(xùn)練了邏輯思維和表達(dá)能力。

每兩章布置一個(gè)創(chuàng)新小設(shè)計(jì)，要求以組為單位上交設(shè)計(jì)實(shí)物，最后這兩部分要計(jì)入最終成績。同時(shí)，西華大學(xué)理學(xué)院創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室向試驗(yàn)班學(xué)生開放。實(shí)驗(yàn)室中備有一些常用的實(shí)驗(yàn)器材和原料，有需要的學(xué)生可到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行產(chǎn)品的制作。當(dāng)然，由于缺乏動(dòng)手的經(jīng)驗(yàn)，絕大多數(shù)學(xué)生剛開始做第一個(gè)設(shè)計(jì)題目時(shí)大多比較茫然，感覺無從下手，畏難情緒比較嚴(yán)重。但是由于分?jǐn)?shù)的壓力，在任課教師的鼓勵(lì)和指導(dǎo)下，學(xué)生只好硬著頭皮做。經(jīng)過幾次的設(shè)計(jì)訓(xùn)練后，學(xué)生交上來的產(chǎn)品的質(zhì)量越來越高。

特別是在期末召開的大學(xué)物理試驗(yàn)班座談會(huì)上，學(xué)生紛紛認(rèn)同了我們的全新教學(xué)模式，并表示在教學(xué)過程中，教師的鼓勵(lì)和引導(dǎo)，激勵(lì)他們獨(dú)立思考，極大地鍛煉了他們的工程思維。同時(shí)，由于課堂教學(xué)教法的多樣性，沉悶的課堂開始變得活躍起來，學(xué)生不再像以前那樣談物理“色變”，覺得物理就是大量公式的推導(dǎo)和死記硬背，開始發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)物理的樂趣，甚至是學(xué)習(xí)的樂趣，極大地調(diào)動(dòng)了物理學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生將物理知識(shí)轉(zhuǎn)化為工程技術(shù)動(dòng)力的主觀能動(dòng)性。

三、小結(jié)

總之，通過《大學(xué)物理》教學(xué)教法的改革，我們希望能豐富課堂教學(xué)，使課堂變得活躍起來。同時(shí)，重視物理課堂和工程應(yīng)用的結(jié)合，為卓越工程師計(jì)劃的順利進(jìn)行提供支撐作用。當(dāng)然，一個(gè)教學(xué)模式的好壞，除了有先進(jìn)的理念作為前提，還須在實(shí)踐加以證明。經(jīng)過一學(xué)期試驗(yàn)班的教學(xué)實(shí)踐，我們積累了經(jīng)驗(yàn)，為接下來將此教學(xué)模式推廣到全校打下基礎(chǔ)，希望在今后的實(shí)踐中不斷地調(diào)整教學(xué)模式，使教和學(xué)真正地結(jié)合在一起，讓學(xué)生找到學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)會(huì)能用到未來生產(chǎn)實(shí)踐的科學(xué)思維和方法，力求能盡快進(jìn)入工程師的角色。

參考文獻(xiàn)：

[1]卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃，http：//baike.haosou.com/doc/

5437115-5675422.html

[2]陳敏，代群，朱興華，物理學(xué)[M].高等教育出版社，2012.