大學(xué)物理模塊化教學(xué)改革初探*

杜偉偉，彭 敏，李華振，劉 偉，魏成偉

(1.新疆工程學(xué)院數(shù)理學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830023；2.新疆工程學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830023；3.新疆工程學(xué)院教務(wù)處，新疆 烏魯木齊 830023）

1 引言

為進一步落實制造強國戰(zhàn)略國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》[1]，積極應(yīng)對新科學(xué)技術(shù)革命與產(chǎn)業(yè)變化，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，提供全方位支持，教育部開創(chuàng)性的提出新工科建設(shè)計劃?！皬?fù)旦共識”、“天大行動”和“北京指南”先后發(fā)布，扎實落實高等教育服務(wù)強國建設(shè)的強大目標(biāo)。培養(yǎng)滿足《中國制造2025》急需人才成為新工科建設(shè)的首要目標(biāo)，科學(xué)建設(shè)新工科人才培養(yǎng)所要求的高校課程體系是實現(xiàn)這一目標(biāo)的必由之路。《中國制造2025》源于第四次工業(yè)革命的提出，歷史上每一次工業(yè)革命無不以物理學(xué)的進展為前提?！洞髮W(xué)物理》課程在高校工科專業(yè)課程體系中扮演者重要角色，現(xiàn)有的《大學(xué)物理》課程體系、教學(xué)實施過程及評價體系與新工科建設(shè)目標(biāo)達成有較大的差距，新的《大學(xué)物理》課程體系建設(shè)成為新工科建設(shè)亟待解決的問題。

2 大學(xué)物理課程教學(xué)實施現(xiàn)狀

2.1 班級人數(shù)較多，教師多采用講授法，學(xué)生學(xué)習(xí)效果欠佳

《大學(xué)物理》課程是工科專業(yè)一門通識類必修課，該課程不僅充當(dāng)著連接自然科學(xué)與工程技術(shù)應(yīng)用的重要角色，在培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力與創(chuàng)新能力方面發(fā)揮著不可替代的作用[2]。隨著應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型發(fā)展和高等教育的普及化，學(xué)校招生人數(shù)快速增長，大學(xué)物理教學(xué)過程中同一教學(xué)班中不同專業(yè)合班現(xiàn)象越來越多，班額越來越大。合班教學(xué)模式的優(yōu)勢在于能夠充分發(fā)揮教師的主體作用，合理利用現(xiàn)代化的教學(xué)設(shè)備，降低教學(xué)成本。學(xué)生人數(shù)較多，教師無法進行有效師生互動，多采取講授式的教學(xué)方法，這不符合教育心理學(xué)與學(xué)生認知規(guī)律，學(xué)習(xí)效果欠佳，達不到課程預(yù)期目標(biāo)。同時，高考物理科目的改革導(dǎo)致學(xué)生之間的基礎(chǔ)水平差異大，同一班級中“優(yōu)等生吃不飽,中等學(xué)生吃不好,后進生吃不了”的情況普遍存在。

2.2 教師缺乏工科教育背景，對物理學(xué)在實際的應(yīng)用不夠了解

物理課程的教師多數(shù)畢業(yè)于物理學(xué)專業(yè)，碩士或博士畢業(yè)后直接走上講臺，企業(yè)或者工程項目實踐的經(jīng)驗相對缺乏，對于物理學(xué)在各專業(yè)生產(chǎn)實際中的應(yīng)用沒有深入研究，無法在教學(xué)過程中將物理學(xué)對于后續(xù)課程的支撐作用在教學(xué)過程中呈現(xiàn)出來，造成學(xué)生感覺學(xué)習(xí)物理沒有用處，不愿投入時間與精力深入學(xué)習(xí)。大學(xué)物理課程還面臨課時壓縮的困境，部分教學(xué)內(nèi)容被迫刪減，與現(xiàn)代科技較為緊密的內(nèi)容首先被放棄，經(jīng)過一年大學(xué)物理課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生只能在記憶層面獲得支離破碎的物理概念與公式，并未有效的搭建起物理學(xué)與工程實踐技術(shù)應(yīng)用的橋梁，更沒有很好的實現(xiàn)對學(xué)生解決問題能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，與新工科建設(shè)的目標(biāo)背道而馳。

2.3 評價形式仍以知識記憶與理論推導(dǎo)的考核為主，缺乏對知識應(yīng)用能力的評價

傳統(tǒng)大學(xué)物理的評價方式以期末考試為主，考試內(nèi)容以所學(xué)物理知識，以及相關(guān)計算推導(dǎo)為核心。學(xué)生常常陷入大量的概念、定理與公式之中，逐漸失去對物理學(xué)的興趣。此評價體系與新工科對于通識類課程強調(diào)知識應(yīng)用、強調(diào)分析與解決問題能力的要求漸行漸遠，達不到評價這一重要教學(xué)方法的指導(dǎo)作用。面對以上問題，國內(nèi)多所高校進行了各種教學(xué)改革，取得了一定的效果，但對結(jié)果的分析偏于定性評價，缺乏定量評價[3-5]。

3 標(biāo)準(zhǔn)-學(xué)科-挑戰(zhàn)三模塊教學(xué)改革探索

為了能夠解決上述問題，達成基礎(chǔ)課程建設(shè)目標(biāo)，提高《大學(xué)物理》課程培養(yǎng)學(xué)生實際應(yīng)用與創(chuàng)新能力。通過《大學(xué)物理》課程體系的重構(gòu)，建立基于知識、應(yīng)用與創(chuàng)新三大目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)模塊、學(xué)科模塊與挑戰(zhàn)模塊的教學(xué)體系(圖1)。對照三個模塊的建設(shè)目標(biāo)，構(gòu)建能夠定量反映學(xué)生學(xué)習(xí)進度與狀態(tài)的評價體系。全方位提升學(xué)生學(xué)習(xí)《大學(xué)物理》課程的學(xué)習(xí)效果以及對后續(xù)課程的支撐作用，為新工科人才培養(yǎng)奠定良好的基礎(chǔ)。

圖1 三大模塊架構(gòu)圖

3.1 標(biāo)準(zhǔn)模塊

此模塊通過對大學(xué)物理學(xué)所涵蓋的力電熱光與近代物理包含的所有知識點進行遴選，構(gòu)建能夠幫助學(xué)生掌握大學(xué)物理知識體系的基本概念、基本規(guī)律與基本方法，形成對物理學(xué)較系統(tǒng)的認識和理解。同時培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用高等數(shù)學(xué)微積分與向量運算等內(nèi)容解決物理問題的能力。為了解決學(xué)生差異化較大的問題，在每學(xué)期開課之初，對于開設(shè)大學(xué)物理課程學(xué)生的基礎(chǔ)物理知識進行檢測，對基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生開發(fā)有針對性的基礎(chǔ)物理線上課程，搭建中學(xué)物理與大學(xué)物理之間的橋梁，幫助學(xué)習(xí)困難學(xué)生順利邁進大學(xué)物理之門。

3.2 學(xué)科模塊

此模塊旨在建立大學(xué)物理課程與學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程之間的橋梁，發(fā)揮通識課對于專業(yè)課程的支撐作用。通過深入各個專業(yè)進行調(diào)研，閱讀各專業(yè)教材與論文，查找大學(xué)物理課程中對于后續(xù)專業(yè)課程有支撐作用的具體內(nèi)容。將這些內(nèi)容納入大學(xué)物理課程的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計中，開發(fā)相關(guān)的習(xí)題。實施過程須走進專業(yè)課教師的課堂，觀察學(xué)生在專業(yè)課中應(yīng)用大學(xué)物理課程所學(xué)內(nèi)容的實際效果。及時與學(xué)生與專業(yè)課老師座談，獲得反饋，修改課程內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計，反復(fù)打磨迭代。通過此模塊的實施，讓學(xué)生深刻認識到物理學(xué)對于所學(xué)專業(yè)的重要作用，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力。

3.3 挑戰(zhàn)模塊

此模塊旨在挖掘物理學(xué)在實際生活與生產(chǎn)中的應(yīng)用，向著教育部“金課”標(biāo)準(zhǔn)——“兩性一高”看齊。開發(fā)大學(xué)物理項目化任務(wù)，學(xué)生通過參與項目化任務(wù)，深入學(xué)習(xí)物理學(xué)的知識與理論在實際生產(chǎn)生活項目中的應(yīng)用。進一步培養(yǎng)學(xué)生深入發(fā)現(xiàn)問題、全面分析問題與合理解決問題的能力。建設(shè)初期項目化任務(wù)選題借鑒大學(xué)生數(shù)學(xué)建模與大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽，將相關(guān)題目布置成小組任務(wù)，以學(xué)期為周期教師協(xié)助學(xué)生逐步完成，逐漸學(xué)會自己應(yīng)用物理學(xué)提出解決方案解決實際問題。

4 針對三模塊教學(xué)評價改革

為了能夠發(fā)揮評價對于學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)作用，針對三個模塊的教學(xué)目標(biāo)，開發(fā)不同評價方法。標(biāo)準(zhǔn)模塊引入課程線上作業(yè)與測試系統(tǒng)，發(fā)揮過程性評價的作用，實現(xiàn)與教學(xué)進度同步的實時測試。學(xué)生通過手機進行測試，能夠得到即使反饋，及時了解自己學(xué)習(xí)的進步與不足，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的獲得感[6]。老師也可以獲得學(xué)生學(xué)習(xí)的實時效果分析，實時調(diào)整教學(xué)策略。

學(xué)科模塊的評價將與學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的教師共同開發(fā)，練習(xí)題要針對各專業(yè)后續(xù)的需求進行開發(fā)。須定期與后續(xù)專業(yè)課程的教師進行座談，了解各專業(yè)課程的最新進展與學(xué)科模塊的實施效果，調(diào)研學(xué)科模塊對于后續(xù)課程的支撐作用。

挑戰(zhàn)模塊的評價以學(xué)生自評、小組內(nèi)互評、組間評價與教師評價相結(jié)合的方式進行。以形成性評價為主，讓學(xué)生體驗發(fā)現(xiàn)問題，分解問題，提出解決方案，實施方案，調(diào)試，修改，輸出成果的全過程。

5 改革實施效果與問題

大學(xué)物理模塊化教學(xué)改革在校范圍試點，教學(xué)效果明顯提高。期末成績顯著提升，及格率同比提高10個百分點，學(xué)生對于物理知識的掌握程度明顯優(yōu)于往屆學(xué)生。學(xué)生線上作業(yè)與課堂筆記反映出學(xué)習(xí)態(tài)度學(xué)生變化明顯。課程結(jié)束后對進行改革試點的學(xué)生發(fā)放調(diào)查問卷321 份，共收回290 份調(diào)查問卷。近八成學(xué)生認為線上作業(yè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)效果優(yōu)于等于線下作業(yè)。七成學(xué)生養(yǎng)成課前預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)的習(xí)慣，95%的學(xué)生上課記筆記，75%的學(xué)生課后會復(fù)習(xí)筆記，65%的學(xué)生課后閱讀課本并學(xué)習(xí)教師推薦的線上資源，80%的學(xué)生對于線上作業(yè)會多次完成以取得更好的作業(yè)成績，80%的學(xué)生對于模塊化教學(xué)改革感到滿意，這些數(shù)據(jù)優(yōu)于往屆學(xué)生。

在實施模塊化教學(xué)的過程中同樣也出現(xiàn)了一些問題。一是專業(yè)模塊分的過細，造成教師備課壓力大，期末考試試卷種類多，造成后期補考與重修困難重重。后期改革推廣可以根據(jù)學(xué)校特點將專業(yè)分為若干大類進行模塊化建設(shè)。二是挑戰(zhàn)模塊的建設(shè)對于教師的項目化作業(yè)開發(fā)能力要求高，需要多個項目化題目，班級之間題目需要存在差異，甚至前后幾屆學(xué)生的題目也需要不同。這需要授課團隊與二級學(xué)院專業(yè)課教師共同開發(fā)與學(xué)生后續(xù)課程相關(guān)的項目化任務(wù)，最終的評價需要二級學(xué)院教師的參與。與專業(yè)課教師的合作交流過程中，授課教師需仔細觀察專業(yè)課教師評價的關(guān)注點，學(xué)習(xí)“理”“工”的有機結(jié)合，并將這種思想融入到教學(xué)設(shè)計中[7]。

6 結(jié)論

新工科建設(shè)對于通識類課程提出更高要求，這是給予物理課程一次改革的重要機會。授課教師需要學(xué)習(xí)最新教育理念，適應(yīng)時代新發(fā)展，將學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)達成作為教學(xué)核心，改革教學(xué)模式與評價體系，全面發(fā)揮物理課程對于新工科人才培養(yǎng)的重要作用。重新設(shè)計課程體系，開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)科與挑戰(zhàn)模塊，建立相對應(yīng)的評價體系，達到物理知識技能學(xué)習(xí)、專業(yè)應(yīng)用能力提升與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的總體目標(biāo)。