融合專業(yè)及科學(xué)人文素質(zhì)培養(yǎng)的教學(xué)研究*
——基于線上線下混合式 “物理學(xué)”教學(xué)實(shí)踐

劉小妹 萬佳 高國軍 王穎 王芳 葛兆云 郭紀(jì)源 戴俊

(江蘇科技大學(xué)理學(xué)院 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

1 引言

面對一流大學(xué)、一流學(xué)科和一流專業(yè)、一流課程建設(shè)的高等教育發(fā)展大勢，以及疫情所帶來的線上線下教育變革，各高校都在努力建設(shè)“高階性、創(chuàng)新性、有挑戰(zhàn)度”的“金課”，全力推進(jìn)學(xué)校高質(zhì)量發(fā)展．物理學(xué)是理工科各高等院校的一門重要的基礎(chǔ)課程，很多高校也將物理學(xué)課程稱為大學(xué)物理，該課程對于提高學(xué)生的自然科學(xué)素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力有著基礎(chǔ)性的、無可替代的作用．對大學(xué)物理課程進(jìn)行“金課”建設(shè)勢在必行．

通過對往屆學(xué)生進(jìn)行關(guān)于大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)的抽樣問卷調(diào)查，大學(xué)物理課程的教學(xué)現(xiàn)狀和問題主要集中在以下兩個方面：教學(xué)方法和模式相對較單一；缺少與專業(yè)課程的關(guān)聯(lián)和結(jié)合．因此，在新時代、新形勢下，我們將信息技術(shù)與教育深度融合，進(jìn)行“課堂革命”，以“金課”標(biāo)準(zhǔn)為出發(fā)點(diǎn)，將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生專業(yè)、學(xué)科前沿、個性化學(xué)習(xí)相結(jié)合[1]，通過MOOC教學(xué)資源，植入物理人文精神和素養(yǎng)的培養(yǎng)，對大學(xué)物理的教學(xué)模式和方法進(jìn)行全面的改革和探索．

2 面向?qū)I(yè)類別制定大綱 增加專業(yè)應(yīng)用的物理元素

大學(xué)物理作為高校的公共基礎(chǔ)課程，普遍采取組合2～3個自然班級(35人/自然班)為中等規(guī)模班級的形式進(jìn)行授課．學(xué)校專業(yè)班級眾多，組合班級方式必然要考慮學(xué)生專業(yè)的需求．針對不同物理基礎(chǔ)的學(xué)生和不同的學(xué)科專業(yè)需求，教研室以《非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》為參考，制訂了A，B兩種不同層次的教學(xué)大綱和授課計(jì)劃．A類為大學(xué)物理教學(xué)要求的高層次，針對船舶海洋與工程、機(jī)械類、電子通信類等專業(yè)的學(xué)生，共112學(xué)時．要求學(xué)生能較全面地理解大學(xué)物理的基本概念及原理等，具有一定物理原理的應(yīng)用能力．B類主要針對能源動力與工程、環(huán)境工程、材料類、化學(xué)類等專業(yè)的學(xué)生設(shè)置，共96學(xué)時．要求課程中重點(diǎn)介紹物理定律、定理等的物理圖像，對教學(xué)中難度較大的內(nèi)容以及繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程做適當(dāng)取舍，盡量與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相聯(lián)系，以便調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[2]．

不同專業(yè)對于物理知識的需求和應(yīng)用不同，教師怎樣將大學(xué)物理的教學(xué)與學(xué)生的專業(yè)方向相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生跳出物理理論和公式的束縛，體驗(yàn)物理的樂趣和專業(yè)應(yīng)用性呢？如果能根據(jù)專業(yè)相關(guān)性進(jìn)行編排，或許更為合適．教師可以調(diào)研授課專業(yè)人才培養(yǎng)方案，研究相關(guān)專業(yè)后續(xù)專業(yè)課程所需具備的大學(xué)物理知識，形成針對相關(guān)專業(yè)細(xì)化的專業(yè)基本教學(xué)目標(biāo)，制訂具體授課計(jì)劃．以總學(xué)時112學(xué)時的教學(xué)班為例，比如船舶與海洋工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化、工程力學(xué)等專業(yè)組合分班，增加力學(xué)部分的教學(xué)學(xué)時；電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械電子工程等專業(yè)組合分班，增加電磁學(xué)方面教學(xué)課時；能源與動力工程、輪機(jī)工程、化工等專業(yè)組合分班，增加熱力學(xué)方面的教學(xué)學(xué)時．教師在教學(xué)時可以針對性地將理論與專業(yè)實(shí)際緊密結(jié)合，突出物理的專業(yè)應(yīng)用性，做到普及性和針對性協(xié)調(diào)發(fā)展．

教學(xué)例題是理解和應(yīng)用知識點(diǎn)的一個具體實(shí)踐，教學(xué)例題的設(shè)置就顯得尤為關(guān)鍵．對于跟專業(yè)關(guān)聯(lián)較大的知識點(diǎn)，可以對教學(xué)例題進(jìn)行修改和變革．將原有例題的情境進(jìn)行改編，使之貼近學(xué)生專業(yè)背景和實(shí)際工程應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加深學(xué)生對自己所學(xué)專業(yè)和大學(xué)物理課程的關(guān)聯(lián)性了解[3]．比如，針對能源動力與工程專業(yè)，講到熱力學(xué)循環(huán)過程時，以汽輪機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)例題；針對電子信息科學(xué)與技術(shù)，講到振動的疊加時，以電子測量中信號波譜分析設(shè)計(jì)相關(guān)例題；針對土木工程專業(yè)，講到剛體理想模型時，結(jié)合材料力學(xué)及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相應(yīng)例題；針對應(yīng)用化學(xué)及生物學(xué)等生化類專業(yè)，講授近代物理中的光譜知識結(jié)合該專業(yè)對光學(xué)成像及各類生化光譜構(gòu)造例題．

3 引入專業(yè)應(yīng)用線上講座 優(yōu)化線上教學(xué)資源

大學(xué)物理采用線上線下相結(jié)合的混合教學(xué)模式[4]適合當(dāng)前優(yōu)化教學(xué)效果的需求．線上學(xué)習(xí)主要用于預(yù)習(xí)新課和復(fù)習(xí)鞏固，課堂以精講課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)為主，通過舉例子、擺現(xiàn)象、提問題等方法施行啟發(fā)與討論式教學(xué)．結(jié)合不同專業(yè)特色和需求，提供相應(yīng)的翻轉(zhuǎn)題目，讓學(xué)生們進(jìn)行討論、分析和總結(jié)，親自實(shí)踐物理學(xué)和其他專業(yè)領(lǐng)域、生產(chǎn)生活的融會貫通[5]．

混合式教學(xué)中，對于授課內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)，主要用到教研室自建的MOOC教學(xué)資源以及即時通訊APP(QQ,微信)等．以力矩做功/剛體定軸轉(zhuǎn)動動能定理這部分內(nèi)容的教學(xué)(圖1)為例，具體的教學(xué)設(shè)計(jì)如下：授課前，通過MOOC課程公告提醒學(xué)生，觀看慕課視頻，完成小測試．學(xué)生完成后，查看慕課作業(yè)的完成情況和反饋，以確定講授時的重點(diǎn)和難點(diǎn)．采用慕課堂簽到，課堂講授教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)；提供翻轉(zhuǎn)題目讓學(xué)生進(jìn)行分組討論，教師總結(jié)概括．最后留10min左右的時間，讓學(xué)生做慕課堂隨堂測驗(yàn)，檢測學(xué)習(xí)效果．教師根據(jù)慕課堂練習(xí)的得分情況，有選擇性地進(jìn)行講解．

教學(xué)團(tuán)隊(duì)自建的MOOC教學(xué)視頻中增設(shè)了跟專業(yè)結(jié)合的特色部分——物理知識拓展課堂，如圖2中目錄所示．教學(xué)團(tuán)隊(duì)邀請其他專業(yè)的教師，就物理和相關(guān)專業(yè)結(jié)合的某一實(shí)際應(yīng)用，從專業(yè)的視角、宏觀的角度提出對該問題的整體理解，然后對其中的具體細(xì)節(jié)，結(jié)合用到的物理知識進(jìn)行仔細(xì)分析，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來一種新的收獲和體驗(yàn)．例如視頻“船舶中的力學(xué)問題”(圖3)，該視頻由船舶與海洋工程學(xué)院教授朱仁慶講解，以兩個具體實(shí)例展示了大學(xué)物理在船舶與海洋工程相關(guān)專業(yè)中的應(yīng)用，一個實(shí)例是運(yùn)用力學(xué)部分動力學(xué)方程具體分析航母攔阻索阻力的變化，另一個實(shí)例是運(yùn)用剛體中浮力和重力力偶作用下平衡性分析說明船舶的穩(wěn)定性問題；“手機(jī)觸摸屏工作原理”由電子信息學(xué)院王彪教授講解，運(yùn)用電學(xué)部分電容器充放電知識點(diǎn)說明手機(jī)觸摸原理；“耳機(jī)是如何發(fā)出聲音的”(圖3)由理學(xué)院教授戴俊講解，運(yùn)用磁場力知識點(diǎn)說明耳機(jī)工作原理，運(yùn)用振動疊加原理說明耳機(jī)降噪原理．

圖2 大學(xué)物理-1MOOC資源目錄

圖3 MOOC物理知識拓展視頻示例

4 科學(xué)人文素質(zhì)培養(yǎng) 立足全面育人觀念

MOOC教學(xué)視頻中增設(shè)了物理人文培養(yǎng)的特色部分，如圖2中目錄所示：“古今中外漫話物理”．視頻“從經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)的上下3 000年”，如圖4(a)所示，主要講述物理的起源和介紹古代中國的物理學(xué)萌芽發(fā)展，“中國缺席的物理學(xué)大爆發(fā)之路”，如圖4(b)所示，主要講述18世紀(jì)至19世紀(jì)世界物理學(xué)大發(fā)展，并介紹近代中國科學(xué)落后的原因，特別指出在新中國成立后，中國物理學(xué)的復(fù)蘇以及老一代科學(xué)家的科研精神和家國情懷．

圖4 MOOC漫話物理人文視頻資源示例

視頻“從中國科學(xué)的黃金時代看物理”，講述改革開放后，1995年科教興國戰(zhàn)略提出以來，中國科技和物理蓬勃發(fā)展的盛況與依然存在的一些問題，引起學(xué)生對于基礎(chǔ)科學(xué)的研究對科技、社會、經(jīng)濟(jì)等方面發(fā)展重要作用的思考，以及加深對現(xiàn)代物理學(xué)研究的理解．這些特色內(nèi)容中呈現(xiàn)了物理發(fā)展過程中所展現(xiàn)出的人類智慧、物理學(xué)家求真求實(shí)的科研品質(zhì)和精神，小小故事中蘊(yùn)藏著做人做學(xué)的道理，這對學(xué)生來說，是一種物理人文精神的感受和熏陶．

5 綜合考核方法

混合式教學(xué)中考核辦法至關(guān)重要，它對學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)內(nèi)容起著重要的導(dǎo)向作用．我們將學(xué)生網(wǎng)絡(luò)在線自學(xué)、在線自測、在線互動、在線作業(yè)和課堂表現(xiàn)等方面的表現(xiàn)以一定的比例計(jì)入學(xué)生的平時成績．鼓勵學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源自主學(xué)習(xí)，加強(qiáng)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的管控，積極鼓勵學(xué)生進(jìn)行知識小結(jié)和撰寫課程小論文，并將其計(jì)入平時成績．整體來說，混合式教學(xué)充分利用線上學(xué)習(xí)和課堂授課的特點(diǎn)和優(yōu)勢，充分調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人，教師成為學(xué)生學(xué)習(xí)的管理者和引導(dǎo)者[6]．

6 結(jié)論

對大學(xué)物理以專業(yè)為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)改革．將相近專業(yè)編排組班．根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，修改授課計(jì)劃，加入專業(yè)拓展內(nèi)容．改革大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容體系，體現(xiàn)課程內(nèi)容的專業(yè)應(yīng)用性．改革教學(xué)方法和手段，采用線上線下混合式教學(xué)法，建設(shè)與專業(yè)結(jié)合、包含豐富的物理人文故事的網(wǎng)上MOOC資源，培養(yǎng)學(xué)生的自然科學(xué)素養(yǎng)和科研能力．以提高大學(xué)物理課程的教學(xué)效果和質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，以培養(yǎng)出高質(zhì)量、高素質(zhì)的優(yōu)秀人才為教學(xué)目標(biāo)．