新工科背景下建筑類高?！按髮W物理”課程改革探索

付沙威，陶薈春，滿玉春

當今世界新一輪的科技和產業(yè)變革加速進行，國家發(fā)展需要更多靈活和適應性強的人才［1］.2016年，根據國家發(fā)展戰(zhàn)略新思想、國際競爭新經濟格局和產業(yè)形勢以及立德育人新要求，“新工科”這一概念被提出，成為我國高等工程教育發(fā)展的新方向［2-3］.新工科強調應對變化和塑造未來，需要繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)助與共享，其建設的精髓在于“新”，在于提升大學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力.適應國家發(fā)展需要的新工科人才不僅要有精深的專業(yè)知識和良好的科學素養(yǎng)，更要具備多元化的認知和創(chuàng)新能力.建筑類專業(yè)的課程內容涵蓋巨大的知識框架，從自然科學、理論技術到人文、生態(tài)均有涉及，因此，融入新工科背景的課程建設是培養(yǎng)建筑類新工科人才的重要途徑.

物理學是自然科學的基礎，是工程技術發(fā)展的主要源泉.物理學的理論研究取得重大突破，必將為工程技術帶來巨大進步.從牛頓力學和熱力學的發(fā)展推動的第一次技術革命，到電磁學理論的發(fā)展推動的第二次技術革命，再到相對論和量子力學的發(fā)展推動的第三次技術革命，均已證明物理學的重要地位.“大學物理”課程作為一門重要的自然科學通識課，是理工科專業(yè)的必修基礎課，在培養(yǎng)應用型人才的知識框架中具有基礎性作用，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、實踐能力和科學素養(yǎng)均有十分重要的意義.對于地方建筑類高校來說，人才培養(yǎng)目標主要定位于培養(yǎng)適應建筑行業(yè)需求的應用型高級專門人才，因此，“大學物理”課程建設與改革具有自身的特點.本文結合多年課程改革實踐，探討了“大學物理”課程改革存在的關鍵問題，并提出改進舉措，以期為新工科背景下建筑類高校課程建設研究提供參考和借鑒.

1 高?！按髮W物理”課程改革述評

1.1 課程改革取得的成果

自新工科概念提出以來，各大高校尤其是工科類高校積極探索新工科背景下的“大學物理”課程改革，并取得了很多可借鑒的研究成果［4-8］.

（1）課程內容改革實行模塊化.目前“大學物理”課程在高校培養(yǎng)方案中的地位逐漸被弱化，尤其是在應用型高校，重視專業(yè)課教學，而基礎課學時被大幅壓縮.很多理工科院校將“大學物理”課程內容劃分成多個模塊，著重講授與專業(yè)相關的模塊，而專業(yè)不涉及的模塊作為一般講授或興趣閱讀，更加注重專業(yè)適用性.一方面緩解學時少而授課內容多的矛盾，另一方面減輕學生的學習強度.

（2）課堂教學創(chuàng)新探索多元化.通過引入物理學史、名人傳記或應用實例等方式，把經典的物理內容講活，增強課堂趣味性；增加近現代物理的內容，使教學內容更接地氣，更加“貼近生活、貼近現代、貼近社會”；通過與實驗或競賽相結合，調動學生參與大學物理基礎課學習的積極性.通過實現全方位、多元化的教學創(chuàng)新，改善基礎物理單一的教學樣態(tài)，使學生易于接受、樂于接受，在接受中受到熏陶、感染和鍛煉.

（3）教學手段應用注重混合化.現代教育技術的飛速發(fā)展使基礎課的教學手段日益豐富，采用多媒體教學或動畫演示等形式進行教學手段創(chuàng)新，直觀形象地展現知識點，易于學生理解.高校網絡教學平臺應用已經非常普遍，教師可以實施線上線下混合式教學，利用慕課資源或翻轉課堂創(chuàng)新課堂教學模式，開闊學生視野，拓展學生知識面；通過線上預習、練習、復習、討論等環(huán)節(jié)擴充教學時間，延伸教學空間，緩解課上壓力.

1.2 課程教學存在的問題

盡管“大學物理”課程改革一直在如火如荼地推進，但距離新工科的目標與要求還有很大的距離，在培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越建筑類工程人才的過程中存在明顯不足，服務于新工科人才培養(yǎng)的基礎性和重要性地位發(fā)揮還不夠充分.解析主要原因如下：

（1）人才培養(yǎng)體系尚不完備，理論聯系實際的教學方法浮于表面.教師仍過于強調物理理論教學，淡化了物理模型的構建、思維方式的培養(yǎng)以及與其他后續(xù)課程或專業(yè)技術的銜接，不利于培養(yǎng)學生的知識遷移能力和工程應用綜合能力，導致學生在學習后續(xù)專業(yè)課程或是解決工程中實際問題的能力明顯欠缺.“大學物理”是理工科專業(yè)公認的“硬課”，恰恰是“硬”在知識鏈長、邏輯性強、涉及面廣、含金量大，其中有些內容在后續(xù)課程中不再涉及，但對于培養(yǎng)“有用的人”而言又必不可少［9］.

（2）學生主體地位不夠突出，啟發(fā)式、討論式等教學手段仍流于形式.盡管教師在教學過程中采用動畫視頻、演示實驗及翻轉課堂等教學手段，也只是為了讓學生更易理解知識點，根深蒂固重理論的教學思想必然導致以教師為主導的傳統(tǒng)教學模式.填鴨式灌輸理論知識使學生真正掌握學以致用的物理方法較少，導致學生認為“大學物理”課程對專業(yè)學習沒有幫助，學習態(tài)度不端正.

（3）學生學習意愿不強烈，基礎課教學改革賦能增效的作用發(fā)揮仍不充分.教學改革研究注重教學內容和方法.開設線上教學、虛擬仿真實驗等增強教學靈活性和趣味性，學生也只是按照教師的要求完成瀏覽任務或機械地獲取數據，取得期末成績，而不愿深入思考理論知識與實際應用的相互關系，缺乏探究意識和獨立解決問題的實踐能力.學生對課程沒有足夠的參與度和重視度，再好的教學手段都不能提高教學效果.

（4）網絡作用發(fā)揮不顯著，互聯網輔助教學缺乏監(jiān)管和融會貫通.線上教學給予學生很寬泛的學習時間和豐富的知識內容，但那些主觀能動性不強、自我學習意識差和學習興趣薄弱的學生并不會將網絡教學平臺作為有力的學習工具，受益較少.網絡教學平臺主要呈現課件、習題講解、討論和章節(jié)測試，與課上教學明顯脫離，而網絡平臺監(jiān)管形式的局限也讓很多學生怠慢.

鑒于此，“大學物理”課程的創(chuàng)新改革仍然任重道遠，“大學物理”教師應尋求更為合適的課程革新途徑，力求在理念和方法上均有所突破，更加貼近新工科建筑類卓越人才培養(yǎng)的要求，為后續(xù)專業(yè)課程和實踐應用提供知識和能力的鋪墊.

2 建筑類高?！按髮W物理”課程改革路徑探索

筆者結合所在的地方建筑類高校新工科人才培養(yǎng)新要求，以有效地培養(yǎng)學生綜合素質、應用和創(chuàng)新能力為目標，采用理論與實際教學相結合的方法，合理重構“大學物理”課程的教學內容，建立促進學生全面發(fā)展的評價體系，創(chuàng)設能夠有效引導學生主動參與的教育環(huán)境，注重教學實際成效，激發(fā)學生學習的積極性，培養(yǎng)學生掌握和運用知識的態(tài)度和能力，使每一位學生都可以獲得充分的發(fā)展性成長.

2.1 以教學理念變革開拓課程改革思路

在實踐教學中，改變以往課程過于注重知識傳授的傾向，強調物理思想和方法的掌握，所有知識點的推論或解題可以歸結為幾類方法，如特殊性轉向普遍性的方法、矢量方向判斷的方法以及模型方法等，這樣學生學習有了竅門，而不是機械地記憶知識點，解題也不會無從下手或不能舉一反三.授人以魚不如授人以漁，這樣的教學方法減輕了繁重的授課任務，最重要的是能夠培養(yǎng)學生科學的物理思維，提高學生對“大學物理”課程的興趣和重視程度，積極主動地學習，形成學習的良性循環(huán)，對培養(yǎng)具備發(fā)現問題、分析問題和解決問題能力的新型建筑類人才打下堅實的基礎.另外，采用小組學習的方法帶動全體學生學習效果的提升，每組不超過10人，物理成績較好的學生占三分之一，成績中等的學生占三分之一，厭學或棄學的學生占三分之一.每一小知識模塊講授完后，小組成員需要在一起總結復習，相互學習，每人提交一份知識點總結并必須掌握重點習題，每人擬出一道考題，匯總后與其他小組交換，相互考查，這樣可以避免學生因課上沒理解、落課、學習意識薄弱等因素造成的學習跟不上，甚至棄學，起到督促和幫助的作用，有效提高教學效果.

2.2 以課程體系重構支撐課程改革落地

教學內容的先進性和現代化是課程改革的主旋律，針對地方高校建筑類專業(yè)的不同特點以及后繼相關課程的要求，全面優(yōu)化“大學物理”課程教學內容，把內容的硬核和專業(yè)需求有機結合，凸顯專業(yè)知識之下的物理基礎作用，特別是支撐專業(yè)新進展、新技術發(fā)展的物理原理，進而從底層加深對本專業(yè)進步與創(chuàng)新的理解.“大學物理”課程可以劃分為多個模塊，包括力學、光學、熱學、電磁學以及近代物理，在建筑類新工科人才培養(yǎng)的教學中，我們沒有將某一個模塊完全拋棄，而是重點講授與專業(yè)和后續(xù)課程相關的基礎知識，其余的知識弱化講授或作為自學內容，這樣既可以讓學生把握重點，了解基礎學科與專業(yè)之間的聯系，又可以對學生進行全面和系統(tǒng)的培養(yǎng)，有利于學生的知識牽引.例如土木、道路等專業(yè)重點講授力學和光學，給排水、環(huán)境等專業(yè)重點講授熱學，電氣、計算機等專業(yè)重點講授電磁學和近代物理.此外，在教學過程中還引入與專業(yè)有關的工程知識，例如河流拐彎處堤壩的建設與力學的聯系、熱泵效能提高與熱學的聯系、地下金屬管線探測與電磁學的聯系、增透膜與光學的聯系以及量子傳輸與近代物理的聯系等.在夯實物理基礎知識的前提下，拓寬知識內容，探討物理原理與前沿科學或自然現象等的關聯，建立理論知識與工程實踐之間的相互關系.通過引導學生對實際工程技術中的案例分析，培養(yǎng)其分析復雜工程問題的能力，提高解決問題的能力，從而為培養(yǎng)新型建筑類人才打下較好的理論和能力基礎.

2.3 以網絡教學融合延展課程改革鏈條

筆者所在高校引入的在線教育綜合平臺為網絡教學提供有力的支持和保障，大力推進互聯網技術與課堂教學的融合.通過改進和完善網絡教學內容，從以往呈現概念、公式和習題轉向體現知識結構關聯和教學邏輯思維，現已逐步實現教師教學方式、學生學習方式、師生互動方式的變革，不是簡單地將課件、講稿、習題講解和拓展知識上傳到網絡平臺由學生自己查看，而是融合了課前預習提綱和小問答、課上教師提問檢驗和練習題提交以及課后答疑、復習問答和測試，將網絡教學真正與課堂教學融合.建立豐富的試題庫，單元測試題目隨機，學生需要在規(guī)定時間完成作答，有效防止抄襲.為充分發(fā)揮網絡教學平臺的優(yōu)勢，給學生提供豐富多彩的教育環(huán)境，成為有力的學習工具，我們還利用網絡教學平臺設置與建筑類專業(yè)相關的研討題目，例如轉動慣性對結構穩(wěn)定性的影響，溫度傳感器的設計，霍爾效應的應用，干涉降噪等，加強基礎理論教學與實踐應用的相互融合，有效提高了學生學習物理和運用物理知識的積極性，進一步培養(yǎng)學生的科研素質、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力.

2.4 以評價體系完善夯實課程改革成效

科學評價是教學改革的指揮棒，將課程評價融入教學全過程.改革評價體系，體現過程性評價，多方面、多角度地考察學生，合理評估學生的學習表現.期末成績仍然由平時成績和試卷成績組成，平時成績占30%，試卷成績占70%.平時成績不再只以傳統(tǒng)的作業(yè)、出勤為考核依據，課前復習提問和授課提問是反映學生學習情況的重要依據，將其納入平時成績的考核，對學生起到督促的作用.在授課過程中，教師發(fā)現有學生沒有認真聽講，就一定會提問，如果學生回答不出，那么一定教會這個學生，長此以往，不認真聽講的學生一方面覺得不能再蒙混過關，另一方面覺得耽誤同班同學的正常授課而難為情，同樣也為平時成績而擔憂，從而主動認真地聽講.在教學實踐中，教師發(fā)現學生上課聽講更認真，筆記更詳細，學生給老師的反饋是“從未這么認真地聽課”.平時成績也包含學生對網絡教學平臺的訪問、教學資料的查閱、參與提問和討論的次數、單元測試的結果.此外，習題或者期末考試試卷的題目更側重對運用物理知識解決實際問題能力的考核，并且不同專業(yè)的試卷題目也不相同.通過知識點應用解題的訓練，讓學生認識到“大學物理”課程的重要性和趣味性，逐步讓學生了解學習“大學物理”課程除了掌握考核知識，還應體現獲取知識的能力、分析解決問題的能力和創(chuàng)新能力.

通過上述改革，我們發(fā)現學生的學習興趣顯著提高了，學生的課堂參與度從以往不足一半增加到近三分之二，并且全部學生都能夠運用網絡教學平臺.從章節(jié)測試和期末考試結果也發(fā)現，學生對知識點的掌握較扎實，運用較靈活，期末考試及格率從以往不足65%提升到約75%.此外，學生參與學術或實驗競賽的積極性也增強，在這一過程中，學生的進步是明顯可見的，對問題的分析和解決能力逐漸提高，研究報告的撰寫和答辯逐漸規(guī)范，學生已具備基本的科學素養(yǎng).

3 結語

基于不同建筑類專業(yè)的培養(yǎng)目標，構建多元化的“大學物理”課程體系和評價體系，提升基礎課教學與專業(yè)人才培養(yǎng)的契合度，有力扭轉物理基礎課和專業(yè)課銜接不緊密的兩張皮現象，有效改善學生對基礎課學習動力不足、可有可無的現狀.通過實施與新工科相適應的課程改革，學生的學習興趣明顯提高，科學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力得到提升，有望成為符合新時代要求的建筑類新型人才.

新工科背景下的“大學物理”課程改革既不能孤芳自賞、自我陶醉，也不能自暴自棄、隨波逐流，要真正做到知識、能力、素質三位一體是需要花大力氣的，需要教師不斷“充電”，與時俱進更新觀念、拓寬視野、持續(xù)發(fā)力，在“硬核”課程改革中成就“硬課”的口碑.