新工科背景下應(yīng)用型高校物理教學(xué)改革實踐

鄭 麗 劉玉潔 石 瑛 王雅紅 熊 力 黃 艷 鄒愛玲 王 琳 趙璐璐 呂桓林 王午登 丁明嵩

(大連工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)部 遼寧 大連 116034)

自2017年“復(fù)旦共識”[1]、“天大行動”[2]、“北京指南”[3],國家教育部提出了“新工科”建設(shè)以及“新工科”建設(shè)的愿景與行動路線[4-7],到2018年全國教育大會的召開,國家教育部先后發(fā)布了一系列如《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實施方案(2018—2022年)》、全面實施一流專業(yè)建設(shè)“雙萬計劃”、一流課程建設(shè)“雙萬計劃”、基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)一流基地建設(shè)的要求等文件和指示精神,進(jìn)一步對高校人才培養(yǎng)質(zhì)量和服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展能力提出了新時代的要求.為貫徹落實教育部以及高等學(xué)校大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會關(guān)于切實提升高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的最新精神,面對新的高等教育大勢,大學(xué)物理教學(xué)需要準(zhǔn)確識變,積極應(yīng)變,主動求變.

自2017年以來,結(jié)合我校應(yīng)用型大學(xué)的辦學(xué)定位,我們進(jìn)行了全方位課程改革,改革目標(biāo)主要是以圍繞智能時代應(yīng)用型大學(xué)物理基礎(chǔ)教學(xué)改革開展教學(xué)研究和實踐,全面提升大學(xué)物理課程對人才培養(yǎng)質(zhì)量的支撐力度.以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)開展大學(xué)物理課程內(nèi)涵建設(shè)和教學(xué)方式方法改革融合實施,將德育教育、能力培養(yǎng)貫穿教學(xué)過程.以創(chuàng)新性、開放性要求打造大學(xué)物理“金課”.

改革過程中,結(jié)合上級指示精神和新工科建設(shè)要求,我們主要更新了大學(xué)物理教學(xué)定位、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)思路,優(yōu)化教學(xué)安排、改革創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)模式,努力創(chuàng)造和建立一個適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)的良好環(huán)境.多年的教學(xué)摸索和改革發(fā)現(xiàn),我校學(xué)生對大學(xué)物理的學(xué)習(xí)興趣明顯提升,學(xué)習(xí)主動性明顯增強,大學(xué)物理課程教學(xué)質(zhì)量得到了切實提高.

本文主要介紹我們教學(xué)團(tuán)隊多年的大學(xué)物理教學(xué)改革內(nèi)容和取得的效果.內(nèi)容安排如下:首先,我們對原有的大學(xué)物理教學(xué)中存在的問題進(jìn)行分析;其次,給出教學(xué)改革的研究和實踐內(nèi)容;再次,介紹我們進(jìn)行教學(xué)改革的實施方法和路徑;最后,對改革的效果進(jìn)行介紹和總結(jié).

1 原有大學(xué)物理教學(xué)中存在的問題

通過對我校原大學(xué)物理課程教學(xué)的實際情況進(jìn)行分析和討論,我們發(fā)現(xiàn)主要存在如下問題:

(1)結(jié)合新時代背景下新工科人才培養(yǎng)目標(biāo),大學(xué)物理課程的教學(xué)定位和教學(xué)目標(biāo)需要與時俱進(jìn).

物理學(xué)是工科技術(shù)的基礎(chǔ)與源泉.基礎(chǔ)物理課程不僅是工科學(xué)生掌握知識的平臺,而且是培育應(yīng)用技術(shù)類人才的主要途徑.但目前,大學(xué)物理以掌握課本上的基礎(chǔ)知識點為主,強調(diào)牢記公式,會做題,會考試.所以作為應(yīng)用型的本科學(xué)校,我們目前對本科物理課的設(shè)置,過分注重理論性.把課程重心置于學(xué)科的基本理論知識框架、嚴(yán)密的邏輯推理與解題技巧上,教學(xué)內(nèi)容抽象,偏離了對能力的培養(yǎng)這一應(yīng)用型培養(yǎng)的教育宗旨.

新時代背景下,結(jié)合“新工科”人才培養(yǎng)目標(biāo),即有能力學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù),有能力解決未來發(fā)展中出現(xiàn)的問題,對未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)起到引領(lǐng)作用的人才.大學(xué)物理課程教學(xué)也需要更新觀念和意識,以培養(yǎng)應(yīng)用型人才、推動我校向應(yīng)用型本科大學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)定位,并建立起以德育引領(lǐng)、以知識傳授為載體,實現(xiàn)價值引領(lǐng)和能力培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo).

(2)結(jié)合學(xué)校應(yīng)用型大學(xué)的辦學(xué)定位,大學(xué)物理的教學(xué)思路和課程內(nèi)涵有待加強.

因為各專業(yè)培養(yǎng)方案大大壓縮大學(xué)物理課程學(xué)時,原有的教學(xué)大綱只是把所有內(nèi)容與要求簡單化,沒有按照應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求對教材內(nèi)容進(jìn)行取舍.大學(xué)物理課教學(xué)內(nèi)容仍然是從理論到理論,不能體現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求.如物理學(xué)中光的干涉、衍射只講現(xiàn)象不講其與工程應(yīng)用的聯(lián)系.教學(xué)內(nèi)容脫離原有的知識體系和工程實際.

結(jié)合教育部和我校對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求,大學(xué)物理教學(xué)需要更新教學(xué)思路,做到拓展、增量、提質(zhì)和創(chuàng)新,實現(xiàn)大學(xué)物理課程內(nèi)涵式發(fā)展.拓展課程內(nèi)容,加強學(xué)科融合;增加實踐訓(xùn)練、應(yīng)用案例、物理建模等內(nèi)容,補充和完善課程內(nèi)容;做到難起來、實起來、忙起來,切實提升大學(xué)物理對本科生的工程素養(yǎng)和應(yīng)用理論解決實際問題的能力的支撐質(zhì)量.

(3)信息化技術(shù)沒有切實融合到教育教學(xué)過程中.

隨著教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善,現(xiàn)代教育技術(shù)在課堂中的應(yīng)用日趨廣泛和成熟.盡管如此,大多數(shù)教師對于信息技術(shù)的應(yīng)用只停留在表面的認(rèn)識和簡單的應(yīng)用上,對于如何運用信息技術(shù)優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)、把現(xiàn)代教育技術(shù)靈活地融入到課堂教學(xué)中,還只處于探索與起步階段.

(4)教學(xué)過程和學(xué)習(xí)過程中存在的問題.

教師的觀念意識過于陳舊,教學(xué)內(nèi)容過于陳舊、缺乏與時俱進(jìn),教學(xué)內(nèi)容需要改革.教學(xué)模式雖然有所改革,但是沒有切實實現(xiàn)以學(xué)生為中心,提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性,還有待于進(jìn)一步的探索、改革和實踐.學(xué)生學(xué)習(xí)目的不夠端正,功利性太強,學(xué)習(xí)方法習(xí)慣于填鴨式學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)習(xí)慣上缺少批判性思維.

因此,大學(xué)物理課程體系建設(shè)勢在必行,除了課程的教學(xué)條件建設(shè)、各主要教學(xué)環(huán)節(jié)的規(guī)范要求等常規(guī)建設(shè)內(nèi)容以外,根據(jù)工程教育的理念,針對存在的問題,以培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)為主線,加強和完善課程體系建設(shè),優(yōu)化教學(xué)安排、改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法,探索新時代背景下的新型教學(xué)模式,提高物理課程教學(xué)質(zhì)量.創(chuàng)造和建立一個適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)的良好環(huán)境.

2 教學(xué)改革的研究和實踐內(nèi)容

(1)信息化技術(shù)與教學(xué)深度融合進(jìn)行教學(xué)模式改革.物理教研室給每位課組教師共享了泛雅網(wǎng)絡(luò)平臺的資源,包括每一章節(jié)的課前課后檢測題、課程內(nèi)容、相關(guān)的視頻資料、閱讀資料等.每位教師均使用網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行了大學(xué)物理課程的輔助教學(xué),進(jìn)行了網(wǎng)上測驗、網(wǎng)上考勤、問卷調(diào)查等教學(xué)活動.但效果一般,還需要在已有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步探索研究如何更加合理有效地發(fā)揮信息化技術(shù)在教學(xué)中的作用.完善和豐富網(wǎng)絡(luò)資源,有效利用網(wǎng)絡(luò)慕課等精品線上資源,分析學(xué)生在線學(xué)習(xí)情況,制定線下教學(xué)方式,切實開展線上線下混合式教學(xué).

(2)對學(xué)生平時學(xué)習(xí)過程的評價建立了多維度的考核評價方案.考核方式主要有課堂表現(xiàn)、測驗、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、小論文、作業(yè)和小制作等.小論文和小制作環(huán)節(jié)可以培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實踐能力,提升學(xué)生的工程素養(yǎng),但由于缺乏教師的合理引導(dǎo)和示范環(huán)節(jié),學(xué)生不知道如何選題和如何開展研究實踐工作,因此效果甚微,要想體現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色,還需要進(jìn)一步改善.需要建立實時、精確、客觀和全面的多維度成績評價體系.

(3)根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律和專業(yè)需求,更新了教學(xué)大綱內(nèi)容.針對72學(xué)時的教學(xué)大綱,刪減了剛體力學(xué)內(nèi)容共6個學(xué)時,增加了駐波內(nèi)容.56學(xué)時的教學(xué)大綱刪減了電磁學(xué)內(nèi)容,增加了量子理論基礎(chǔ).88學(xué)時的教學(xué)大綱增加了駐波、多普勒效應(yīng)等內(nèi)容.改革教學(xué)內(nèi)容,體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和挑戰(zhàn)度.融入物理學(xué)史,聯(lián)系科技前沿,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.添加日常案例,提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力.補充演示實驗,使理論知識更形象化.

(4)課堂教學(xué)中加入案例分析、實驗演示等.課堂中,針對理論知識點,盡量用實際的物理模型來舉例進(jìn)行定量分析,啟發(fā)學(xué)生的工程應(yīng)用思維.可以進(jìn)行物理演示的知識點,盡量利用網(wǎng)絡(luò)視頻或圖片或現(xiàn)場演示來輔助教學(xué),增強學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力.但是目前案例和演示實驗不夠系統(tǒng),有的知識點缺乏合理的案例支撐和實驗演示.

3 教學(xué)改革的實施方案

結(jié)合學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo),首先我們明確大學(xué)物理課程目標(biāo),按照教學(xué)大綱梳理知識點,完善網(wǎng)絡(luò)資源.主要包括課后復(fù)習(xí)題庫建設(shè)、知識點思維導(dǎo)圖、知識點簡史、前沿科技、案例、演示、微課錄像、物理建模案例等;同時采取助課制、試講制、聽課制提高青年教師的教學(xué)水平;定期組織教學(xué)研討會,對專題、難題、經(jīng)典案例等展開交流;加強校際間的合作交流.開展課程組研討會,討論決定實施方案.方案確定后,根據(jù)教師專長,針對實施方案中的每一項任務(wù)各安排牽頭人2名,負(fù)責(zé)分解任務(wù)并梳理匯總.每一項任務(wù)需確定實施計劃和具體工作方案,并經(jīng)課程組討論通過方可執(zhí)行.

其次我們利用實驗室資源和學(xué)校資源錄制演示實驗視頻和微課視頻.完善網(wǎng)絡(luò)資源,包括前沿技術(shù)、簡史、物理建模案例、案例庫建設(shè).根據(jù)建設(shè)和運行情況,征集教師和學(xué)生反饋,論證評價成果,調(diào)整和完善項目建設(shè)內(nèi)容.

4 教學(xué)改革的效果和經(jīng)驗

通過教改方案的實施,我們利用學(xué)校提供的網(wǎng)絡(luò)平臺,自建了課程資源,并將所有建設(shè)資源放到平臺公開使用.建設(shè)資源和成果面向全校所有學(xué)習(xí)大學(xué)物理課程的學(xué)生開放,每屆學(xué)生近2 000人.所有教授大學(xué)物理課程的教師均可免費使用.包括系統(tǒng)的工程應(yīng)用案例庫、演示視頻庫、知識點微課庫、習(xí)題講解視頻、擴(kuò)展資源等內(nèi)容.購置了部分教學(xué)演示實驗設(shè)備,供教師課堂演示.

課堂教學(xué)中,我們有效利用教學(xué)資源,改革教學(xué)模式,如在課前利用網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行新知識點概念檢測,摸查學(xué)生對新知識的了解情況,并據(jù)此適當(dāng)調(diào)整教學(xué)方案.課中采用以多媒體教學(xué)為主,黑板教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)手段相結(jié)合的教學(xué)方法.課后在網(wǎng)絡(luò)上布置知識點檢測題,考查學(xué)生對課堂知識的理解和掌握情況.并據(jù)此調(diào)整下次課教學(xué)方案.組織單元測驗.提供復(fù)習(xí)課資源和習(xí)題講解視頻等幫助學(xué)生熟練解題思路.鼓勵學(xué)生課后討論.形成了教學(xué)反饋的閉環(huán)運行,大大提升了教學(xué)效果.

成績評價體系方面,主要包括平時成績和期末考試成績,其中平時成績占比是40%,期末考試成績占比是60%.平時成績主要包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)、平時測驗、小論文(小制作)、線上學(xué)習(xí)等.利用線上已經(jīng)建立完畢的資源,通過題庫隨機組卷、選項亂序、題目亂序等,采取線上測驗?zāi)Ｊ?效果很好,與以往的課堂測驗?zāi)Ｊ较啾?大幅度地提升了測驗的實時性、精確性、客觀性.

我們利用建設(shè)的題庫進(jìn)行了2020年全校范圍內(nèi)的近2 000名學(xué)生的同步線上期末考試,測試結(jié)果反饋良好.錄制的知識點視頻講解和習(xí)題講解視頻已經(jīng)連續(xù)兩個學(xué)期用于課堂教學(xué).應(yīng)用案例挑戰(zhàn)度較高,教師們已經(jīng)逐步在課堂中推廣使用.錄制的知識點講解微課視頻和習(xí)題講解視頻,為開展線上線下混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方式方法的改革提供了重要資源保障.

以上一系列的改革內(nèi)容和措施以及改革成果,可以說大幅提高了我校學(xué)生的及格率和優(yōu)良率,圖1是我校機械、信息學(xué)院2020級和2018級學(xué)生考核情況對比圖.通過對比可以發(fā)現(xiàn),優(yōu)良率由2019年的5.32%提升到了2021年的19.83%,不及格率由2019年的39.78%降到了2021年的20.93%,平均分由2019年的59.98分提升到了2021年的68.21分,優(yōu)良率大幅提升.可見取得了非常明顯的改革效果.

(a)

(b)圖1 我校機械、信息學(xué)院2018級和2020級學(xué)生期末考核情況對比圖

5 總結(jié)

新時代下,“復(fù)旦共識”和“天大行動”提出的對工程人才知識和能力的要求與工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中對工科專業(yè)畢業(yè)生的知識和能力要求相統(tǒng)一,為工程教育如何培養(yǎng)適應(yīng)社會需要的人才指明了方向.自2017年以來,依據(jù)國家對新工科人才培養(yǎng)指導(dǎo)精神和要求,我校大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊積極進(jìn)行了教學(xué)改革和實踐.通過教學(xué)大綱內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)模式革新等方式,逐漸提高了學(xué)生對物理課的重視程度,學(xué)習(xí)興趣也得到了很大的提高,學(xué)生成績穩(wěn)步提升,不及格率逐年遞減,優(yōu)良率大大提升.

目前已獲批兩門省級一流課程,為了進(jìn)一步提升我們的教學(xué)質(zhì)量、課程質(zhì)量、教學(xué)氛圍、師資隊伍實力、教研能力、科研創(chuàng)新能力、綜合實力等,展望2035,我們會繼續(xù)完善和提升我們的課程建設(shè)方案.希望大學(xué)物理在培養(yǎng)工程人才中發(fā)揮應(yīng)有的重要作用.