新工科背景下大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)一體化教學(xué)改革實(shí)踐

史林興 李志國(guó) 劉學(xué)東 王 勇 黃增光

（江蘇海洋大學(xué)理學(xué)院，江蘇 連云港 222005）

2017年，教育部啟動(dòng)了“新工科”建設(shè)，提出要探索建立工科發(fā)展的新范式［1］，“新工科”是中國(guó)高等工程教育“由大到強(qiáng)”轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵舉措之一［2］?！靶鹿た啤睂?duì)工程教育理念、學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)模式、教育教學(xué)質(zhì)量和課程教學(xué)體系都提出了革新要求。在新工科建設(shè)體系中，課程建設(shè)是最重要的一環(huán)，也是培養(yǎng)未來(lái)多元化、創(chuàng)新型工程人才的重要途徑。大學(xué)物理及大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)通識(shí)課程，在自然科學(xué)和工程技術(shù)應(yīng)用中處于先導(dǎo)地位，在培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面具有獨(dú)特的作用。為了國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)和立德樹(shù)人新要求而提出的新工科建設(shè)的開(kāi)展，給物理基礎(chǔ)教學(xué)提出了新的要求。因此，如何將大學(xué)物理與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程相結(jié)合，進(jìn)行一體化改革，使之適應(yīng)“新工科”建設(shè)要求，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維，并逐步形成有潛力的創(chuàng)新能力，是物理教育工作者應(yīng)該長(zhǎng)期關(guān)注、不斷思考的課題。

一、教學(xué)現(xiàn)狀

（一）教學(xué)模式與“新工科”理念矛盾

傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)，更偏重于“灌輸式”向?qū)W生傳授知識(shí)，更關(guān)注于學(xué)生的考試成績(jī)，而單純的物理理論知識(shí)學(xué)習(xí)枯燥無(wú)味，常常導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)心理，認(rèn)為大學(xué)物理課程所涉及的知識(shí)與今后專業(yè)課學(xué)習(xí)無(wú)關(guān)，對(duì)未來(lái)發(fā)展用處小，以致學(xué)生工作之后沒(méi)有足夠的知識(shí)支撐所從事的工作，后勁不足?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)改革則更加注重對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在課堂教學(xué)活動(dòng)中重視學(xué)生的課堂參與度，學(xué)生是課堂教學(xué)活動(dòng)的核心組成部分。兩種教學(xué)理念的矛盾導(dǎo)致現(xiàn)在工科大學(xué)生進(jìn)行“新工科”式大學(xué)物理學(xué)習(xí)時(shí)獲取知識(shí)的效率降低，不能有效達(dá)成“新工科”人才培養(yǎng)目標(biāo)。

（二）教學(xué)內(nèi)容對(duì)專業(yè)發(fā)展支撐不足

2015年國(guó)家明確提出“關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的決策部署”，深化人才培養(yǎng)方案和課程體系改革，加強(qiáng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力［3］。隨著應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的確立，各專業(yè)開(kāi)設(shè)的專業(yè)課程越來(lái)越貼切應(yīng)用型人才培養(yǎng)，然而，受專業(yè)人才培養(yǎng)方案總學(xué)分?jǐn)?shù)的影響，大學(xué)物理以及實(shí)驗(yàn)課程的課堂教學(xué)學(xué)時(shí)嚴(yán)重縮減，在此情況下，一方面為實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的完整性而忽視知識(shí)點(diǎn)的深度，另一方面為保證教學(xué)效果而舍棄部分章節(jié)。不管采用哪種方式都難以培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，不能形成完整的大學(xué)物理課程框架體系，不能強(qiáng)化學(xué)生扎實(shí)的物理基礎(chǔ)，導(dǎo)致大學(xué)物理提升學(xué)生綜合應(yīng)用能力的作用發(fā)揮大打折扣。同時(shí)，多采用大班授課形式，聽(tīng)課人數(shù)較多，難免進(jìn)行填鴨式的講授。綜上多種原因，現(xiàn)行教學(xué)過(guò)程中，面向不同學(xué)科專業(yè)，采用相同物理教材，同一教學(xué)大綱重復(fù)上課，整個(gè)教學(xué)過(guò)程重灌輸理論而輕探究和應(yīng)用，與學(xué)生所學(xué)專業(yè)沒(méi)有建立密切聯(lián)系，致使學(xué)生認(rèn)為大學(xué)物理“又難又沒(méi)有用”，學(xué)習(xí)積極性不高、主動(dòng)性不強(qiáng)。

（三）大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理脫節(jié)

目前，在大部分高校，大學(xué)物理與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)以獨(dú)立的兩門課程開(kāi)設(shè)，但是兩門課程之間是相輔相成的，學(xué)生必須具備一定的基礎(chǔ)物理理論知識(shí)，才能保證物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。為滿足學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及與專業(yè)的吻合度，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)采用開(kāi)放式選修模式，這在一定程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性。然而，在大學(xué)時(shí)的物理教學(xué)模式下，學(xué)生所選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)理論知識(shí)在大學(xué)物理課程中未能重點(diǎn)講授或未涉及，將嚴(yán)重影響該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)效果，也不能起到輔助學(xué)生理解對(duì)應(yīng)物理理論的目的。

二、教學(xué)改革實(shí)踐

（一）結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行分層次教學(xué)

大學(xué)物理課程具有自成邏輯的模塊化知識(shí)體系，以“力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、相對(duì)論、現(xiàn)代物理”為基本知識(shí)單元。由于種種原因，改革前江蘇海洋大學(xué)理學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我校”）各專業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容完全一致，專業(yè)針對(duì)性不強(qiáng)。但從當(dāng)前社會(huì)科技發(fā)展中可以發(fā)現(xiàn)，新興產(chǎn)業(yè)往往是結(jié)合了物理、化學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)成果?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)啟動(dòng)后，課堂教學(xué)的主要方向就是創(chuàng)新，但大學(xué)物理教材是固定的，理論知識(shí)教學(xué)無(wú)法進(jìn)行大幅度更改，針對(duì)這一問(wèn)題，很多高校有目的性地重新編寫了適應(yīng)本校特點(diǎn)的新教材、建設(shè)了極具特色的精品課程及網(wǎng)絡(luò)資源。所以為突出大學(xué)物理課程在專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用性，我們針對(duì)不同的專業(yè)在大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中對(duì)各章節(jié)進(jìn)行模塊分類，采取了分層次教學(xué)，側(cè)重點(diǎn)不同，不同專業(yè)根據(jù)需求進(jìn)行選擇。同時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源自學(xué)與線上答疑等多種形式，增加現(xiàn)代物理部分的量子力學(xué)簡(jiǎn)明知識(shí)，使得大學(xué)物理課程的系統(tǒng)性更強(qiáng)、更具通識(shí)化，將科學(xué)、技術(shù)與專業(yè)發(fā)展結(jié)合起來(lái)，滿足“新工科”培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型工程人才的要求。

（二）基于超星泛雅平臺(tái)進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)

當(dāng)今，“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)日趨完善，線上教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)資源共享已成為大學(xué)教學(xué)中必不可少的支撐［4］。依據(jù)本校的人才培養(yǎng)計(jì)劃并結(jié)合學(xué)生所學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)，基于超星泛雅學(xué)習(xí)平臺(tái)，進(jìn)行了教學(xué)模式的改革，以突破傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)空限制，使學(xué)生能夠隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，提高課程質(zhì)量。

全校物理任課教師組成教學(xué)團(tuán)隊(duì)，借助超星泛雅平臺(tái)創(chuàng)建適合本校大學(xué)物理課程，共同建設(shè)網(wǎng)絡(luò)資源，在教師端首頁(yè)根據(jù)章節(jié)建立資源庫(kù)，課前上傳教學(xué)大綱、章節(jié)內(nèi)容、自制微視頻、PPT課件及其他教學(xué)資源，為學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課上師生互動(dòng)提供豐富的教學(xué)資源。教師在課前通過(guò)學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生在課前進(jìn)行自主預(yù)習(xí)，通過(guò)手機(jī)、電腦學(xué)習(xí)通APP登錄進(jìn)入“大學(xué)物理”課程學(xué)習(xí)頁(yè)面，查看課程簡(jiǎn)介、課程特色，觀看教師錄制的大學(xué)物理課堂內(nèi)容講課視頻，提前預(yù)習(xí)老師即將講授的主要內(nèi)容，通過(guò)QQ、微信等工具與老師同學(xué)就有疑問(wèn)的地方進(jìn)行交流或者在平臺(tái)上給老師留言。在課堂教學(xué)過(guò)程中教師仍主要采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，借助多媒體技術(shù)對(duì)教學(xué)重難點(diǎn)進(jìn)行講解，或者根據(jù)教學(xué)實(shí)際隨時(shí)發(fā)布簽到、問(wèn)卷、測(cè)試、討論、分組活動(dòng)等，豐富課堂師生互動(dòng)形式，并專門設(shè)置一定課時(shí)，結(jié)合各專業(yè)特點(diǎn)擴(kuò)充教學(xué)內(nèi)容、講解學(xué)生感興趣的物理內(nèi)容以及解答學(xué)習(xí)平臺(tái)上的問(wèn)題，做到真正的傳道、授業(yè)、解惑。課后學(xué)生利用平臺(tái)進(jìn)行自學(xué)，多次練習(xí)復(fù)習(xí)，以徹底掌握未完全理解消化的知識(shí)點(diǎn)。學(xué)習(xí)完一章后，教師在平臺(tái)上發(fā)布單元作業(yè)對(duì)課堂學(xué)習(xí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行訓(xùn)練，設(shè)置提交作業(yè)提醒及作業(yè)提交截止時(shí)間，到期后平臺(tái)自動(dòng)關(guān)閉作業(yè)提交功能，主要通過(guò)單項(xiàng)選擇題、判斷題、填空題、計(jì)算題等方式對(duì)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行考查，鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，以檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。為鞏固知識(shí)、及時(shí)復(fù)習(xí)，在每章教學(xué)結(jié)束后均設(shè)置一節(jié)復(fù)習(xí)課，教師采用概念圖或思維導(dǎo)圖的形式總結(jié)本章知識(shí)點(diǎn)和物理方法，并按習(xí)題難度安排習(xí)題的講解順序。這種混合式教學(xué)模式引起了本校學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。

同時(shí)，利用大學(xué)物理學(xué)習(xí)平臺(tái)，秉持以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心的教學(xué)理念，鼓勵(lì)學(xué)生利用課外時(shí)間獨(dú)立自主進(jìn)行新知識(shí)的學(xué)習(xí)，課堂上利用一定時(shí)間實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，對(duì)學(xué)生課外學(xué)習(xí)遇到的疑難問(wèn)題進(jìn)行解決，改變沉默的課堂氣氛，使學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情得到激發(fā)，滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的需要。

（三）大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)配套改革

本校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程共開(kāi)出37個(gè)線下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、10個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生需完成15個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為使學(xué)生更好地掌握大學(xué)物理基礎(chǔ)理論知識(shí)，滿足學(xué)生專業(yè)課程需求，對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行配套改革，由全開(kāi)放式選修改為半開(kāi)放式選修，制定“訂單式”大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，即根據(jù)學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)以及各專業(yè)大學(xué)物理教學(xué)大綱，為同一專業(yè)類專業(yè)指定11個(gè)必修線下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、2個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣和自身專業(yè)特點(diǎn)選修2個(gè)線下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。同時(shí)，根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)調(diào)整教學(xué)模式，增強(qiáng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程對(duì)大學(xué)物理理論課程的支撐和專業(yè)課程的先導(dǎo)作用。

（四）基于混合式教學(xué)構(gòu)建多元化課程考核體系

以往大學(xué)物理（實(shí)驗(yàn)）的考核成績(jī)主要通過(guò)期末統(tǒng)一閉卷（操作）考試與平時(shí)成績(jī)按照一定比例給出，平時(shí)成績(jī)?yōu)檎n后作業(yè)（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）與課堂考勤。但目前網(wǎng)上各物理教材答案詳解應(yīng)有盡有，課后作業(yè)相互抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，作業(yè)不能真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，課前簽到中途逃課難以發(fā)現(xiàn)。在教學(xué)改革實(shí)踐中引入學(xué)習(xí)通平臺(tái)實(shí)施混合式教學(xué)，加大對(duì)學(xué)生的過(guò)程性考核，設(shè)置平時(shí)成績(jī)占40%，期末考試成績(jī)占60%，綜合得出學(xué)生的總評(píng)成績(jī)。其中平時(shí)成績(jī)包括作業(yè)、課堂互動(dòng)、簽到、課程視頻、期中考試、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)，分別占平時(shí)成績(jī)的20%、5%、5%、25%、25%、20%。學(xué)習(xí)通平臺(tái)可以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行全方位記錄，最終生成報(bào)表，老師可以很輕松地對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)全過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)。在后續(xù)教學(xué)中還將加大平時(shí)成績(jī)的比例，將平時(shí)成績(jī)細(xì)化到多方面，增加課堂互動(dòng)、課堂測(cè)驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)質(zhì)量的量化評(píng)價(jià)，從知識(shí)、能力和素養(yǎng)三方面對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行全方位統(tǒng)計(jì)。

三、結(jié)語(yǔ)

“新工科”提出的新理念對(duì)大學(xué)物理（實(shí)驗(yàn)）課程提出了新要求，應(yīng)著眼于培養(yǎng)多元化創(chuàng)新型工程人才。為此，我們結(jié)合我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)大學(xué)物理課程進(jìn)行了改革實(shí)踐，針對(duì)不同專業(yè)進(jìn)行分層次教學(xué)，基于超星泛雅平臺(tái)進(jìn)行混合式教學(xué)并在此基礎(chǔ)上實(shí)施多元化課程考核方式，加強(qiáng)學(xué)生知識(shí)、能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)，全方位對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維、科學(xué)分析和科學(xué)計(jì)算的基本能力，為專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。