新工科背景下的民族高校大學(xué)物理教學(xué)改革

孔鵬 楊紅 王小云 黃勇剛 鄧科 吉首大學(xué)物理與機(jī)電工程學(xué)院 湖南 吉首 416000

一、引 言

為了主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)革命，根據(jù)黨和國家的人才總體戰(zhàn)略，教育部積極推進(jìn)了新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并由教育部多次發(fā)布新工科建設(shè)的通知，最近又決定在高等學(xué)校培育一批未來技術(shù)學(xué)院。由此可見新工科的建設(shè)是當(dāng)代人才培養(yǎng)的主旋律，是工程教育改革的新路徑。

新工科專業(yè)主要以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，一方面是新建包括大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能科學(xué)與技術(shù)等領(lǐng)域的新工科專業(yè)，另一方面是以智能制造、云計(jì)算、人工智能、機(jī)器人、智能醫(yī)學(xué)等新技術(shù)驅(qū)動傳統(tǒng)工科專業(yè)升級改造。前者指一個全新的領(lǐng)域，后者指傳統(tǒng)工科專業(yè)的理念、內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)、方法技術(shù)都需要更新改造。對于新工科的建設(shè)需要從理論上創(chuàng)新、政策上完善，并在實(shí)踐中推進(jìn)與落實(shí)完善[1]。

作為高等學(xué)校各理工科專業(yè)學(xué)生通識性教育必修課的大學(xué)物理課程，通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生逐步掌握物理學(xué)研究問題的思路和方法，在獲取知識的同時，使學(xué)生擁有建立物理模型的能力，定性分析、估算與定量計(jì)算的能力，獨(dú)立獲取知識的能力，理論聯(lián)系實(shí)際的能力等。開闊思路，激發(fā)探索和創(chuàng)新精神，增強(qiáng)適應(yīng)能力，提升其科學(xué)技術(shù)的整體素養(yǎng)。通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，形成辯證唯物主義的世界觀和方法論，其教育目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)素養(yǎng)、探索精神和創(chuàng)新意識。由此可見，在新工科的建設(shè)與探究階段，大學(xué)物理作為新工科的基礎(chǔ)課程，必須要緊跟新理念、新的人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，及時的、理性的開展大學(xué)物理教學(xué)改革，以適應(yīng)新工科建設(shè)發(fā)展的新要求。

二、大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀

首先依據(jù)目前國內(nèi)所用的大學(xué)物理教材內(nèi)容來看，主要是以經(jīng)典物理學(xué)為主，力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理基礎(chǔ)[2]，知識體系依照中學(xué)物理布局，只是將物理知識拓展到一般的體系當(dāng)中，所以整個知識體系較為陳舊，導(dǎo)致很多學(xué)生會先入為主，還是利用中學(xué)物理的學(xué)習(xí)思路來進(jìn)行學(xué)習(xí)，不能很好的利用高等數(shù)學(xué)的知識去理解物理模型，誤以為大學(xué)物理很難學(xué)習(xí)。又因?yàn)榇髮W(xué)物理的課時在專業(yè)培養(yǎng)方案中不斷的壓縮，導(dǎo)致學(xué)生無法對知識點(diǎn)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和理解，同時也導(dǎo)致學(xué)生對于大學(xué)物理的知識學(xué)習(xí)興趣很低，態(tài)度不積極主動，認(rèn)為大學(xué)物理與本專業(yè)知識無銜接、無聯(lián)系，使得學(xué)生更加不想學(xué)習(xí)大學(xué)物理，從而陷入了一種惡性的循環(huán)當(dāng)中。

其次，大學(xué)物理教學(xué)模式比較單一，都是講授與簡單的PPT制作結(jié)合的“滿堂灌”，導(dǎo)致課堂趣味性較低，而且由于是大班授課，與專業(yè)知識的結(jié)合度太低，學(xué)生的與老師的互動性也大大降低；

第三，教學(xué)理念也過于陳舊，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該以教學(xué)質(zhì)量作為教學(xué)過程中的核心內(nèi)容，因?yàn)檫@些才是新工科復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的發(fā)展目標(biāo)。但是，對于教學(xué)質(zhì)量的評價又轉(zhuǎn)變到傳統(tǒng)的教學(xué)質(zhì)量觀上，以學(xué)生的考試分?jǐn)?shù)來進(jìn)行分析與評價。教師在教學(xué)的過程中要學(xué)會更新教學(xué)理念，對于傳統(tǒng)的教學(xué)理念，不能完全地摒棄，要學(xué)會取其精華、去其糟粕，這樣才能促進(jìn)大學(xué)物理教育的發(fā)展和進(jìn)步。

再者，考核方式的單一性也是導(dǎo)致大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量較低一個因素。傳統(tǒng)的期末考試加上平時考勤、作業(yè)，這種模式導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為大學(xué)物理只是一門記憶公式的課程，無法真實(shí)客觀的反映大學(xué)物理的創(chuàng)新精神，完全忽略了創(chuàng)新型思維能力的培養(yǎng)和解決實(shí)際問題的能力。

三、大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容改革

新工科背景下大學(xué)物理教學(xué)需要體現(xiàn)時代性和前沿性，要不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，逐步實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化。傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容主要包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)以及光學(xué)和近代物理的知識，但是現(xiàn)在新工科的基礎(chǔ)已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻锢碇R，尤其是新能源、新材料，航天航空探索、電子信息技術(shù)等都與量子理論息息相關(guān)，但是在實(shí)際的教學(xué)中近代物理部分的授課出現(xiàn)課時少 、選修內(nèi)容較多、演示實(shí)驗(yàn)少、重點(diǎn)不突出的缺點(diǎn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)的重點(diǎn)知識與現(xiàn)代新工科的關(guān)聯(lián)度較低。因此，要通過教學(xué)改革提升彼此間的關(guān)聯(lián)度，大學(xué)物理課程知識之間要打破界限、融會貫通，注重經(jīng)典和近代物理之間的關(guān)聯(lián)性和知識結(jié)構(gòu)的傳承[3]。

教師需要通過調(diào)整知識結(jié)構(gòu)，增刪教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)新工科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，形成以學(xué)為中心、目標(biāo)為導(dǎo)向的教育模式。注重自然科學(xué)前沿進(jìn)展、工程實(shí)際和其他相關(guān)學(xué)科知識的有機(jī)結(jié)合，可以有效的激發(fā)創(chuàng)新性。例如，在大學(xué)物理中的理論課程中增設(shè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，指導(dǎo)學(xué)生利用開源的軟件（python）建模、分析和解決物理問題，既可以豐富課堂學(xué)習(xí)的樂趣，又可以在這個過程中得到理論知識的提升[4]。

四、大學(xué)物理教學(xué)方法的改革

(一)學(xué)生為主體

新工科的新理念、新的人才培養(yǎng)目標(biāo)促使著大學(xué)物理的教學(xué)方式方法也要進(jìn)行改革。首先是教學(xué)理念的改革，傳統(tǒng)的“教”要轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的“學(xué)”，也就是說教師的角色要從傳統(tǒng)的講授知識者切換到現(xiàn)在的引導(dǎo)學(xué)生自己獲取消化知識。教師應(yīng)當(dāng)回歸本職，傳道授業(yè)解惑，把“滿堂灌”的課堂變成引導(dǎo)學(xué)生“主動吸”的模式，積極的利用實(shí)際問題和科學(xué)前沿培育學(xué)生的主動解決問題的能力，教學(xué)過程中突出學(xué)生的主體作用[5]。

(二)信息技術(shù)為載體

信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為大學(xué)物理的教學(xué)提供了更多、更優(yōu)的資源，雖然信息化的手段已經(jīng)在大學(xué)得到推廣，但是目前階段大部分的教師還只是局限于簡單的多媒體課件。物理學(xué)的思想就是將復(fù)雜的實(shí)際問題簡化為簡單的物理模型，從而來分析與求解，所以在學(xué)生進(jìn)行物理學(xué)習(xí)的時候，如果可以將物理圖像深深印入腦海中，那么學(xué)習(xí)效率將會大大的提高。借助先進(jìn)的信息技術(shù)，將物理模型以圖片或者動畫的形式進(jìn)行展現(xiàn)，還原模型建立的全部過程，在這個過程中培養(yǎng)學(xué)生的模型簡化能力、邏輯推理能力、分析建模能力與數(shù)據(jù)處理能力，為今后的工科的學(xué)習(xí)提供物理的思維模式。

(三)問題導(dǎo)向，探究式學(xué)習(xí)

面對新工科提出的新理念、新標(biāo)準(zhǔn)，大學(xué)物理的教學(xué)要突出問題導(dǎo)向，重視學(xué)生立論和辯論能力的培養(yǎng)，鼓勵學(xué)生探究問題，分組討論并相互辯論，提高課題的興趣氛圍。然后由教師來總結(jié)分組討論的觀點(diǎn)，認(rèn)清正確的觀點(diǎn)，及時扭轉(zhuǎn)錯誤的思維觀點(diǎn)。這樣使得課題充滿樂趣，并且可以使得學(xué)生的記憶點(diǎn)更加深刻。尤其是在引入Python之后，老師提出問題，除了分組討論之外，還可以加入模擬仿真，驗(yàn)證各自的觀點(diǎn)，在探究的過程中修正錯誤。

五、結(jié) 論

在國家戰(zhàn)略部署下，新工科的發(fā)展與建設(shè)是勢在必行的，而大學(xué)物理作為工科學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識，必須要緊跟新工科的發(fā)展要求和趨勢，將新工科的理念融入到大學(xué)物理的教學(xué)當(dāng)中去。新工科專業(yè)的升級與改造對于物理知識的深度與廣度、物理手段和方法的先進(jìn)性以及物理思維的創(chuàng)新性都提出了更多的要求和標(biāo)準(zhǔn)。尤其是在民族高校之中，傳統(tǒng)的理工科專業(yè)都沒有十分突出的優(yōu)勢與資源，物理專業(yè)與學(xué)科發(fā)展為新工科的發(fā)展助力前行，而新工科的發(fā)展也恰好為物理的發(fā)展提供了機(jī)遇與平臺。