新時代工科大學物理新課堂模式的探索與實踐*

周雪 楊旭

（重慶工商大學人工智能學院）

大學物理課程作為理工科專業(yè)的通識性基礎必修課，幾乎涉及所有理工科專業(yè)，是高等院校基礎教育的重要組成部分[1-3]。新時代背景下，各項新技術飛速發(fā)展，對理工科人才的要求也越來越高，當代專業(yè)技術人才的發(fā)展趨勢可以概括為：專業(yè)性更強、應用性更強、創(chuàng)新性更強[4,5]。為應對時代發(fā)展趨勢，大學物理教育也要與時代接軌、與專業(yè)接軌，提升專業(yè)特色、應用特色和創(chuàng)新特色。目前，傳統(tǒng)大學物理教育通常存在以下問題：首先，知識的更新速度慢，存在教學內容多年不變的問題，創(chuàng)新性不足；其次，大學物理教學內容與各專業(yè)的對接不足，對各工科專業(yè)采用同一套教學內容，沒有針對不同專業(yè)進行教學重點內容的區(qū)分，專業(yè)針對性不足；此外，傳統(tǒng)大學物理課程授課主要講授書本知識，通常不會聯(lián)系實際應用，導致應用創(chuàng)新性不足。針對上述問題，在大學物理的課程改革中應注意授課內容的更新、聯(lián)系當前的應用實際，提升課程的應用性、創(chuàng)新性，且還需結合各專業(yè)的具體需求，對授課側重點進行針對性調整[6]。

授課模式方面，大學物理課程的開設時間較早，通常從本科一年級下學期開始，且開設時間較長，通常分上下冊教學，教學過程持續(xù)一學年。這一時期正處于學生學習模式和生活模式從中學向大學轉變的關鍵時期，是學生培養(yǎng)獨立思維意識、養(yǎng)成自主學習習慣以及樹立正確價值觀的關鍵時期[7]。目前，大學物理的授課通常采用傳統(tǒng)的授課模式，以老師講授為主，授課形式單一，課堂比較枯燥，學生很容易被游戲、手機等娛樂形式吸引，導致課堂聽課效率較差。為解決這一問題，目前，“對分課堂”“翻轉課堂”“多元化課堂”“科教一體化課堂”等多種形式的課堂模式改革正在各大高校進行廣泛的探索與研究階段[8-12]。因此，在大學物理的教學過程中，進行教學模式改革，改變傳統(tǒng)的教學模式，采用互動性教學模式，提升課堂的趣味性、活躍度，引導學生積極參與課堂、獨立思考、自主學習，提升課堂學習效率，是大學物理課程改革的重要目標[13,14]。同時，在授課過程中，也可以通過結合實時熱點、引入榜樣楷模背后的故事，培養(yǎng)學生的愛國意識和民族自豪感，樹立正確的價值觀。

一、大學物理課堂模式改革的重要性

（一）大學物理課堂模式改革有利于對培養(yǎng)學生良好的學習習慣

大學物理是所有理工科均需開設的通識性基礎必修課，在本科教學體系中，大學物理課程通常在本科一年級下學期開始開設，持續(xù)一學年，因此，大學物理課程具有開設時間早、課程周期長、學生受眾廣的特點。大學物理課程的開設時間正是學生學習模式和生活模式從中學向大學轉變的關鍵時期，也是學生培養(yǎng)獨立思維、樹立正確價值觀的關鍵時期。在中學的學習模式下，同學們通常不用過多思考，知識點由老師反復總結和強調，解題思路比較固定，同學們通常養(yǎng)成了“按套路做題”的習慣，缺乏獨立思考的意識；這些問題的苗頭通常都出現(xiàn)在本科一年級至二年級階段，故本科初期對于學生思維模式的轉變與良好的學習習慣的養(yǎng)成至關重要。因此，充分利用大學物理課堂時間，對課堂模式進行改革探索，提升課堂活躍度、參與度，這對學生良好的學習習慣的培養(yǎng)至關重要。

（二）大學物理課堂模式改革有利于提升學生的學習興趣

大學物理課程包含了力學、熱學、電學、光學、原子物理及量子力學基礎等多學科的基礎內容，知識覆蓋范圍廣，是學生打基礎的關鍵課程。然而，許多同學進入大學，沒有了高中老師和家長的催促，產(chǎn)生了懈怠心理，加之現(xiàn)今網(wǎng)絡直播、短視頻、自媒體等娛樂形式發(fā)展迅速，年輕人很容易沉迷于游戲、手機當中，對學習失去興趣。傳統(tǒng)的授課過程只關注知識的講授，比較枯燥，學生的注意力容易分散，學習積極性不高。因此，針對大學物理課程教學過程中通常存在的授課形式單一、填鴨式教學、課堂不活躍、授課效率較低等問題，在大學物理授課過程中，進行課堂模式改革，改變傳統(tǒng)的課堂模式，在知識的講授過程中，穿插時事熱點、人物事跡、前沿技術，充分利用新聞、短視頻等靈活的授課形式，實現(xiàn)“寓教于樂”，可以充分活躍課堂氣氛，提高學生的課堂積極性與參與度，對加強知識的理解、提升授課效果具有促進作用。同時，也可以提升同學們的責任感和使命感，讓同學們主動學習，增強學習的自主性，提升課堂學習效果。

（三）大學物理課堂模式改革有利于促進學生的專業(yè)知識的學習

大學物理課程涵蓋了大部分物理學的基礎知識，理工科學生學好大學物理，對后續(xù)專業(yè)課程和知識的學習和理解有很大的幫助。例如機械專業(yè)的學生，大學物理的力學、熱學部分是后面專業(yè)課程的基礎；通信、測控專業(yè)的學生，大學物理中的電磁學部分是專業(yè)知識的基礎。因此，對大學物理課堂模式進行改革探索，提升大學物理的學習效率，對各工科專業(yè)的專業(yè)知識學習具有促進作用。

二、大學物理課堂模式改革的方案探索

（一）注重課堂教學內容的拓展，塑造創(chuàng)新課堂

由于大學物理的知識點復雜、繁多，傳統(tǒng)的大學物理課堂授課內容通常固定乏味、一成不變，大都以書上的知識點為主，有時甚至數(shù)年不進行知識的更新、拓展。學生聽起來都是物理的理論原理，會感到枯燥，容易失去學習興趣。而實際上，很多最新科學技術的發(fā)展都是基礎物理原理的應用和創(chuàng)新，因此在授課時，對課程內容進行適當?shù)囊?，結合對應的物理知識引入最新的科技發(fā)展和創(chuàng)新技術，不但可以提升課堂效果，還可以開拓學生的眼界，提升學生的科學視野。因此，在課堂授課過程中，緊密聯(lián)系當前的時事熱點，讓學生了解最新的技術，以提升課堂吸引力、學生參與度，提升課堂學習效率。例如，在講授力學部分質點動力學時，會分析航天器的三種宇宙速度，這里可以聯(lián)系我國目前的航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，比如2021年，我國神舟十二號載人飛船順利發(fā)射，將聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員送入太空，其運載火箭長征二號F遙十二運載火箭在此前基礎上共進行了109項技術狀態(tài)更改，將可靠性從指標要求的0.97提升到0.9894，再次刷新了自身紀錄，這背后是無數(shù)航天工作者們辛勤的汗水和努力。同時，這里可以結合“對分課堂”“翻轉課堂”等創(chuàng)新課堂模式，將知識點介紹完成后，通過神舟十二號載人飛船的順利發(fā)射，引出三種宇宙速度，給學生充分的時間自主學習、推導三種宇宙速度，引導學生們進行自主思考、探索，也可以通過短視頻、微視頻，讓同學們在較短的時間內了解航天技術，航天科技的發(fā)展離不開物理學知識和工程技術的發(fā)展，很多學生們看起來炫酷的科技，都是以物理理論作為基礎的，只有學好物理，打好基礎，才能在以后的專業(yè)學習和技術應用中取得突破。讓學生們意識到基礎知識的重要性，使學生們熱愛物理，以扎實的物理知識為基礎，尋求突破創(chuàng)新。

（二）梳理各專業(yè)的教學側重點，塑造專業(yè)課堂

目前，許多學校的大學物理課程是統(tǒng)一授課，不同專業(yè)、不同班級不做區(qū)分，這給授課和考核帶來了便利，但是對不同專業(yè)的學生對后續(xù)專業(yè)知識的學習是不利的。大學物理作為自然科學的基礎課程，包含了力學、熱學、電學、光學、原子與分子物理、量子物理基礎等多種物理學科的基礎知識，是各專業(yè)學生進行后續(xù)專業(yè)學習的基礎。然而，不同的專業(yè)所需的基礎物理知識并不相同，比如通信專業(yè)學生可能對電磁學、光學部分的知識要求較高，才能較好的學習后續(xù)信號處理方面的知識，而機械類專業(yè)的學生可能對力學、熱學部分的知識要求比較高，統(tǒng)一的授課標準和模式無法滿足各學科專業(yè)的專業(yè)需求。因此，針對授課班級專業(yè)，適當梳理大學物理的授課側重點，對專業(yè)學習需要的知識加強學習，為專業(yè)學習打下基礎，塑造更專業(yè)的大學物理課堂。

（三）聯(lián)系當前技術及研究熱點，塑造應用課堂

在課堂授課過程中，應聯(lián)系最新的技術和應用，使學生們了解物理，熱愛科學，引導應用型創(chuàng)新課堂模式?？梢越Y合“科教一體化”教學模式，將我國最新的科學技術及重大應用引入課堂，讓學生了解知識點的應用和科技發(fā)展之間的關系。例如，在講授光學圓孔衍射部分時，可以引入我國“天眼”技術，“天眼”直徑500米，是目前世界最大的單口徑射電天文望遠鏡，可接收110億光年外的微弱信號，是我國在天文、航天領域的重大突破。那么，為什么要建造如此“大”的望遠鏡呢？這就取決于光學儀器的分辨率，學習了圓孔衍射知識后，同學們就會知道光學儀器的分辨率，與儀器的孔徑成正比，與光波的波長成反比。因此，在進行天文觀測時，為提高分辨率，可以采用孔徑很大的望遠鏡，這也是我國“天眼”口徑大的原因。這樣，先由科學技術應用，讓同學們了解科學、了解應用，再引入問題，引導學生自主思考、討論、學習，最后由老師揭曉答案，講解相關知識點。采用這樣的教學模式后，學生的學習積極性明顯提高，課堂效果也明顯變好。同時，在授課過程中要注重理論聯(lián)系實際，在學習過程中進行適當?shù)膽猛卣?，塑造以應用為導向的大學物理課堂。

（四）豐富授課形式與授課手段，塑造活躍課堂

當代各項網(wǎng)絡技術飛速發(fā)展，學生的娛樂方式更加多樣化，給高等教育帶來了新的挑戰(zhàn)。但同時，這也是新的機遇，高等教育過程中，授課過程可以充分利用這些網(wǎng)絡技術手段，讓課堂模式更加多樣化、更具吸引力。授課過程中，可以利用短視頻、微視頻等方式，將科技進展、名人事跡、科學原理等在較短的時間內展示給學生，尤其是一些物理原理比較復雜、難懂的知識點，口述很難讓學生理解，比如波動光學部分光的衍射的相關知識，書本上的推導和老師的講授很難讓同學們對光的衍射有透徹的理解，傳統(tǒng)的授課方式中甚至很多同學到期末考試復習時對光的衍射都不理解。這里，就可以采用短視頻的形式，對知識點進行視頻的講解，配合圖像的原理剖析，能讓學生們對知識點一目了然，有直觀的認識，對知識的理解和學習十分有幫助。同時，在授課過程中，也可以利用移動客戶端、群組分組討論、知識問答、問卷調查等多種形式，與學生互動探討，比如，遇到重點難點知識，可以及時開展知識問答、問卷調查，了解學生對相關內容的掌握情況，以便及時調整課程內容和課程進度。在應用性較強的知識點或易于發(fā)散探討的知識點，可以開展分組討論、知識調研，引導學生自主探索、學習，豐富學習內容，拓展科學視野，提升學習興趣。與傳統(tǒng)的講授方式相比，這些方式可以提升學生的課堂參與度，活躍課堂氛圍，拓展學生的知識面，塑造活躍課堂。

三、大學物理課堂模式改革的實施效果分析

（一）課堂模式改革后學生成績顯著提高

以重慶工商大學的大學物理授課為實例，我們進行了對比研究。在19級機械自動化專業(yè)的大學物理下冊課程授課中未進行課堂模式改革，采用了傳統(tǒng)的講授式課堂授課方式，而在20級自動化專業(yè)的大學物理下冊的課程中實施了課堂模式探索和改革，并對兩個教學班級的課堂情況進行了對比分析。首先，由于大學物理下冊主要內容為電學和光學部分，物理知識相對復雜枯燥，19級機械自動化專業(yè)的學生在課堂中注意力相對不夠集中，課堂活躍度和學習的積極性較差，而實施了課堂模式改革的20級自動化專業(yè)的大學物理課堂更活躍，學生注意力更集中，學習積極性相對較強。圖1所示為兩個班級的期末課程成績對比圖。如圖1所示，從期末成績來看，實施課程模式改革后20級的課程通過率提升約6.9%，平均分提高5.08分，說明，課堂模式改革后確實能夠提升課堂效率，提高學生的學習積極性。

圖1 課堂模式改革前后大學物理課程成績對比

（二）課堂效果更好，學生參與度提升

我們也對開展課堂模式改革的20級自動化專業(yè)學生的課堂感受進行了問卷調查，結果顯示，96.8%的同學感覺課堂模式改革后課堂效果更好，通過大學物理課程，學生們拓寬了知識面和科學視野，課程的參與度和活躍度更強，學生們覺得課程有意思，學習積極性也有所提升，這也是課程通過率提升的主要原因。總體上講，課堂模式改革后，學生對大學物理課堂的滿意度更高，授課效果更好。