新工科大學(xué)物理教學(xué)探究

劉 英，許 梁，陳 銅

（江西理工大學(xué)能源與機(jī)械工程學(xué)院 江西 南昌 330013）

隨著當(dāng)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，大量新興技術(shù)如5G、人工智能、量子科技等不斷涌現(xiàn)。作為工業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)支持力量，高等工科院校要順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，注重培養(yǎng)未來科技人才。因此，高等工科院校教育面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1-3]，各高校為培養(yǎng)新時(shí)代工科專業(yè)人才提出一系列建設(shè)思路，如“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”等[4-5]。教育部為面對未來發(fā)展的需要提出新工科建設(shè)。相對于傳統(tǒng)工科專業(yè)而言，“新工科”專業(yè)培養(yǎng)技術(shù)創(chuàng)造力強(qiáng)，且具有全球競爭力的復(fù)合型新工科人才，更注重學(xué)科間的交叉性、學(xué)科的可用性及綜合性，同時(shí)也注重對傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造。

大學(xué)物理作為一門以研究自然科學(xué)領(lǐng)域最基本、最普遍的關(guān)于物質(zhì)世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，是工科大學(xué)生必修的公共基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)文化素養(yǎng)的同時(shí)，大學(xué)物理課程的學(xué)習(xí)也為工科學(xué)生后期專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，對工科學(xué)生未來的長遠(yuǎn)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。教育部提出以“復(fù)旦共識(shí)、天大行動(dòng)”等新工科建設(shè)思路為新工科專業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)改革提供新的思路[6-8]。

本文結(jié)合傳統(tǒng)工科大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀，同時(shí)適應(yīng)新工科專業(yè)學(xué)生的人才培養(yǎng)，為國家培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代要求的“新工科”人才，分別從新理念、新質(zhì)量、新結(jié)構(gòu)、新模式、新體系五個(gè)方面，為工科學(xué)生的人才培養(yǎng)提供科學(xué)的物理教學(xué)改革方向。

1 大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)內(nèi)容

大學(xué)物理使用的教材內(nèi)容體系完整、論述嚴(yán)格，然而知識(shí)點(diǎn)的引入大多為陳舊的例題，教學(xué)中引入新概念顯得生硬，知識(shí)點(diǎn)顯得千篇一律，吸引不了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，對于復(fù)雜抽象的知識(shí)點(diǎn)無恰當(dāng)?shù)牟鍒D使之形象化，學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的把握顯得尤為困難。教材的總體框架都是包括經(jīng)典力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、振動(dòng)和波、光學(xué)、近代物理6 大塊，不同的工科專業(yè)選擇的教材基本相同，教學(xué)內(nèi)容相似，沒有根據(jù)專業(yè)本身的特點(diǎn)在深度和廣度上與學(xué)生的能力相匹配。教學(xué)內(nèi)容與高中所學(xué)內(nèi)容存在重復(fù)，學(xué)習(xí)存在不重視現(xiàn)象，同時(shí)傳統(tǒng)經(jīng)典物理理論部分占據(jù)大多課時(shí)量，忽略近代物理影響當(dāng)代社會(huì)高速發(fā)展的必要性。此外，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)是密不可分的，特別是對于理工類學(xué)生來說，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是必修的基礎(chǔ)課，但目前的大學(xué)物理教學(xué)在一定程度上仍與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)，大學(xué)物理課程與實(shí)驗(yàn)課程作為獨(dú)立設(shè)置的兩門課程，可能分兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行，由不同的老師講授，存在進(jìn)度上的脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果大打折扣。

1.2 教學(xué)模式

大學(xué)物理教學(xué)模式采用傳統(tǒng)的灌輸性講授，以教師為主體，學(xué)生被動(dòng)接受學(xué)習(xí)，由于學(xué)生個(gè)體差異及學(xué)習(xí)接受能力的不同，灌輸式教學(xué)模式制約了課堂學(xué)習(xí)效果，學(xué)生自主學(xué)習(xí)與探究的實(shí)踐機(jī)會(huì)少，導(dǎo)致課堂學(xué)習(xí)變成應(yīng)試學(xué)習(xí)，學(xué)生的創(chuàng)新思維能力得不到培養(yǎng)。課堂上教師大多依賴PPT 照搬照講，過于強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的部分，而忽視物理模型的構(gòu)建及物理思維的培養(yǎng)，與后續(xù)專業(yè)課的銜接性不夠。另外，課堂上大量嚴(yán)密而煩瑣的理論公式的推導(dǎo)，導(dǎo)致課堂氣氛低沉，學(xué)生參與度不高，師生互動(dòng)性不強(qiáng)，學(xué)習(xí)效率欠佳。課后學(xué)生依舊遵循高中的題海戰(zhàn)術(shù)，刷完練習(xí)題，期末考試不掛科是當(dāng)前學(xué)生普遍追求的。因此高校教師也在積極探索新的教學(xué)方式，以適應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)改革發(fā)展趨勢，培養(yǎng)優(yōu)秀的新工科人才。

1.3 教學(xué)方式

現(xiàn)在的大學(xué)物理教學(xué)大多采用PPT 上課，課堂板書正在慢慢被淘汰，但是時(shí)間長了，老師很容易忘記公式的書寫和推導(dǎo)過程，同時(shí)學(xué)生的注意力也不能很好地集中。由于現(xiàn)在工科的大學(xué)物理教學(xué)安排學(xué)時(shí)少、教學(xué)內(nèi)容多，老師授課的速度也比較快，PPT 的翻頁使得學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的把握能力比較差，對于一筆帶過的課件中公式的推導(dǎo)和例題的解釋不能很好地掌握。傳統(tǒng)教學(xué)法的特點(diǎn)是教師傳遞知識(shí)、學(xué)生接受知識(shí)，形式比較單一，教師照本宣科，學(xué)生的思維得不到拓展，學(xué)生就成了被動(dòng)接受學(xué)習(xí)的人，學(xué)習(xí)效果就大大降低了。而在課前預(yù)習(xí)以及課后練習(xí)題的布置等方面，教師在運(yùn)用學(xué)習(xí)通、慕課等現(xiàn)代化教學(xué)手段上取得的效果還不是很理想，還需要做進(jìn)一步的思考和探索。

1.4 教學(xué)評價(jià)

現(xiàn)在很多高校對大學(xué)物理的考核辦法仍然是，期末成績占70%，平時(shí)成績占30%。對學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力給予有效評價(jià)的教學(xué)考核辦法過于簡單、單一。學(xué)生過于注重期末考試成績，僅僅采用題海戰(zhàn)術(shù)提高卷面成績，在一定程度上限制了學(xué)生的發(fā)散思維及創(chuàng)新能力。平時(shí)成績一般由平時(shí)的考勤和平時(shí)的作業(yè)構(gòu)成，這樣的考核方式很容易造成學(xué)生在考前不注意平時(shí)的學(xué)習(xí)，突擊應(yīng)考的現(xiàn)象出現(xiàn)。一方面，教師在給學(xué)生平時(shí)成績打分時(shí)帶有主觀情緒，為了及格率，偶爾出現(xiàn)卷面成績低、平時(shí)成績高的現(xiàn)象，影響了學(xué)生成績評定的公正性，對學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性是不利的。另一方面，期末考試內(nèi)容大多考察教材基本概念、基礎(chǔ)理論等，能否客觀體現(xiàn)教學(xué)水平，能否考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力素質(zhì)等無法確定。

2 大學(xué)物理教學(xué)“五新”理念

2.1 工科教育新理念

工科院校大學(xué)物理教師在教育理念上要明確傳統(tǒng)物理知識(shí)的灌輸已不適應(yīng)當(dāng)前新工科專業(yè)學(xué)生的人才培養(yǎng)方案，要轉(zhuǎn)變工程教育新理念。對于新工科人才，注重的是培養(yǎng)思維創(chuàng)新能力、分析能力、持續(xù)學(xué)習(xí)能力高效的復(fù)合應(yīng)用型人才。在課堂教學(xué)中插入課程思政因素，教師借助物理科學(xué)家鍥而不舍的創(chuàng)新精神和獻(xiàn)身科學(xué)的高尚情操來感染學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生良好的人文素養(yǎng)。在教學(xué)中，教師介紹物理前沿知識(shí)及發(fā)展動(dòng)態(tài)，例如超導(dǎo)、量子科技等新技術(shù)，開闊學(xué)生視野和知識(shí)面。在教材的選擇和內(nèi)容的難易程度上因材施教，注重以學(xué)生為本的教育理念，課堂上教師通過物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的演示或展示物理現(xiàn)象來激發(fā)學(xué)生興趣，從而使得學(xué)生樂于主動(dòng)思考，有助于開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

2.2 學(xué)科專業(yè)新結(jié)構(gòu)

明確了大學(xué)物理作為基礎(chǔ)科學(xué)的重要性后，在教學(xué)內(nèi)容上要注意與專業(yè)課的銜接，應(yīng)該以工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、內(nèi)燃機(jī)等熱力學(xué)方面的學(xué)習(xí)為主。在課堂教學(xué)中，教師可以引入相關(guān)物理知識(shí)在現(xiàn)代高科技中的應(yīng)用，例如比亞迪新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)。對于土木工程專業(yè)的學(xué)生，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該側(cè)重于力學(xué)和熱學(xué)，在講解力學(xué)知識(shí)時(shí)穿插土木工程相關(guān)專業(yè)涉及的機(jī)械部件，為學(xué)生后期專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2.3 人才培養(yǎng)新模式

當(dāng)代物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等多媒體信息技術(shù)快速發(fā)展，新工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式也發(fā)生著巨大的變化，改變了傳統(tǒng)課堂的照本宣科，MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、雨課堂等多種教學(xué)模式出現(xiàn)在大學(xué)物理教學(xué)課堂，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和主動(dòng)性得到了很大的提高。例如學(xué)習(xí)通，這款移動(dòng)教學(xué)APP 擁有資源推送、學(xué)員簽到、作業(yè)討論、測試等功能，對教師的教學(xué)工作高效化起到了極大的促進(jìn)作用。物理理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩者密不可分，實(shí)驗(yàn)的開展可以更好地幫助學(xué)生理解理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及動(dòng)手能力等。將實(shí)驗(yàn)課融入理論課程教學(xué)中，由同一位教師講授，在理論課中加入演示實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)操作來證實(shí)理論知識(shí)，可加深學(xué)生對理論知識(shí)的理解；用所學(xué)理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作，使實(shí)驗(yàn)操作更加清晰明了，使大學(xué)物理理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)操作協(xié)調(diào)統(tǒng)一，達(dá)到良好的教學(xué)效果；通過實(shí)驗(yàn)操作，使學(xué)生實(shí)際運(yùn)用理論知識(shí)。同時(shí)，大學(xué)物理教師要鼓勵(lì)學(xué)生在新的工科背景下進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，積極參加物理創(chuàng)新大賽，真正做到吸收理解物理知識(shí)，夯實(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)工科技術(shù)的基礎(chǔ)。

2.4 教育教學(xué)新質(zhì)量

人才培養(yǎng)重在保證教育教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)質(zhì)量有助于促進(jìn)高校教育教學(xué)工作水平的提高。新工科背景下提升教學(xué)質(zhì)量一方面要注重對學(xué)生的專業(yè)知識(shí)和技能的培養(yǎng)，要培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力。要避免唯分?jǐn)?shù)論的傾向，重點(diǎn)提高學(xué)生選修課程的自主選擇能力，加強(qiáng)對學(xué)生學(xué)習(xí)、生活、職業(yè)發(fā)展等方面的指導(dǎo)。全面推進(jìn)大學(xué)生素質(zhì)教育，把大學(xué)生成才作為育人的根本標(biāo)準(zhǔn)，牢固樹立以人為本的教育理念，堅(jiān)持學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的思想，以培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高的復(fù)合型新型工科人才為重點(diǎn)。另一方面，加強(qiáng)師德師風(fēng)建設(shè)，重視教師的專業(yè)化成長和完善教師激勵(lì)機(jī)制，避免出現(xiàn)教師重科研輕教學(xué)的現(xiàn)象；要求大學(xué)物理教師在傳授物理知識(shí)的同時(shí)，結(jié)合新工科特點(diǎn)，具備與物理相關(guān)的邊緣學(xué)科交叉的知識(shí)、前沿科學(xué)的知識(shí)、科學(xué)的教學(xué)手段，貼近生活，貼近工科應(yīng)用，從而優(yōu)化教學(xué)流程。

2.5 分類發(fā)展新體系

新工科建設(shè)在課程體系和課程內(nèi)容的選擇上，根據(jù)不同專業(yè)對物理知識(shí)的不同要求，按多學(xué)科交叉融合的內(nèi)涵和特點(diǎn)，兼顧新工科專業(yè)的特點(diǎn)，有組織、有系統(tǒng)地開展工作。傳統(tǒng)大學(xué)物理課程體系過分強(qiáng)調(diào)完整性和系統(tǒng)性，不能充分體現(xiàn)各知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，明顯與當(dāng)代科學(xué)發(fā)展總趨勢不適應(yīng)。大學(xué)物理教材為保證工科專業(yè)學(xué)生對物理知識(shí)的初步了解，滿足各專業(yè)對大學(xué)物理課程最基本的要求，還應(yīng)符合“以學(xué)生為主體”，突出實(shí)用性，體現(xiàn)整體優(yōu)化的現(xiàn)代性課程內(nèi)容和體系。一方面，課程可將近現(xiàn)代物理知識(shí)與經(jīng)典物理內(nèi)容相互滲透，穿插介紹現(xiàn)代物理學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際相關(guān)的技術(shù)。另一方面，在大學(xué)物理課程體系內(nèi)容中，適當(dāng)增加物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容，融入人文思想，增強(qiáng)課程趣味性。此外，還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力。

3 結(jié)語

大學(xué)物理作為一門基礎(chǔ)自然科學(xué)與時(shí)代的發(fā)展密切相關(guān)，新工科專業(yè)大學(xué)物理課程改革的探究不僅有助于高等學(xué)校物理學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展，也影響著未來社會(huì)的專業(yè)技術(shù)人才的供給。本文分別從新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系五個(gè)角度，結(jié)合傳統(tǒng)工科大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀，與時(shí)俱進(jìn)、有的放矢地探索大學(xué)物理教學(xué)改革的新方向，為進(jìn)一步培養(yǎng)具有較強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)造力、較強(qiáng)創(chuàng)新能力和全球競爭力的復(fù)合型新工科人才提供大學(xué)物理課程教學(xué)改革的借鑒和參考。