應(yīng)用型特色大學(xué)物理教材建設(shè)探索與實(shí)踐

吳海娜　于永芹　 張玉風(fēng)

［摘 要］高質(zhì)量的教材建設(shè)是落實(shí)新時(shí)代黨的教育方針的核心和基礎(chǔ)，也是加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化乃至國家現(xiàn)代化的重要支撐。大學(xué)物理課程是高校理工科各專業(yè)的重要必修基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的世界觀、創(chuàng)新意識(shí)及科技報(bào)國的家國情懷等方面具有其他課程不可替代的作用。文章對(duì)大學(xué)物理教材建設(shè)進(jìn)行了研究，對(duì)教材進(jìn)行多元化設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了以學(xué)生“學(xué)”為中心、具有應(yīng)用型特色的多形態(tài)教材建設(shè)，助力實(shí)現(xiàn)一流課程建設(shè)目標(biāo)。

［關(guān)鍵詞］大學(xué)物理；應(yīng)用型特色；教材建設(shè)

［中圖分類號(hào)］ G64 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）16-0018-05

教育是國之大計(jì)、黨之大計(jì)。黨的二十大報(bào)告中提出，要堅(jiān)持以人民為中心發(fā)展教育，加快建設(shè)高質(zhì)量教育體系，發(fā)展素質(zhì)教育，促進(jìn)教育公平。高質(zhì)量的教材體系建設(shè)是落實(shí)新時(shí)代黨的教育方針的核心和基礎(chǔ)。黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央高度重視和關(guān)心教材建設(shè)。2019年習(xí)近平總書記在給人民教育出版社老同志的回信中再次強(qiáng)調(diào)，要圍繞立德樹人根本任務(wù)，用心打造培根鑄魂、啟智增輝的精品教材[1]。2019年底教育部印發(fā)了教材管理辦法，把教材建設(shè)作為高校學(xué)科專業(yè)建設(shè)、教學(xué)質(zhì)量提升、人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容，納入“雙一流”建設(shè)和考核的重要指標(biāo)以及高校黨建和思想政治工作考核評(píng)估體系[2]。2021年教育部開展了首屆全國教材建設(shè)獎(jiǎng)評(píng)選工作，這也是落實(shí)新時(shí)代黨對(duì)教材建設(shè)新要求的具體體現(xiàn)[3]。大學(xué)物理是面向高校低年級(jí)學(xué)生開設(shè)的重要必修基礎(chǔ)課，教材作為學(xué)科知識(shí)的載體，在課程教學(xué)中起著重要作用。理論與應(yīng)用相結(jié)合的高質(zhì)量教材能為學(xué)生提供系統(tǒng)的物理學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才服務(wù)[4]。

本文根據(jù)筆者多年在大學(xué)物理教學(xué)一線的豐富經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合深圳技術(shù)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱我校）應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)及新時(shí)代建設(shè)高質(zhì)量教材的要求，提出了教材設(shè)計(jì)思路和具體舉措，充分發(fā)揮了數(shù)字化的優(yōu)勢(shì)，建設(shè)了具有應(yīng)用型特色的多形態(tài)教材，開拓了新時(shí)代精品教材建設(shè)助力高素質(zhì)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新思路。

一、問題提出

大學(xué)物理課程旨在介紹經(jīng)典物理、近代物理和物理學(xué)在科學(xué)技術(shù)應(yīng)用上的基礎(chǔ)知識(shí)，是理工科非物理專業(yè)學(xué)生的一門重要的公共必修通識(shí)課，是奠定專業(yè)學(xué)習(xí)的基石。高質(zhì)量的大學(xué)物理教材是實(shí)行基本科學(xué)素養(yǎng)教育、培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的重要保障。近年來，修讀大學(xué)物理課程的學(xué)生人數(shù)逐漸增多，應(yīng)用型本科院校普遍重視本科生教育質(zhì)量，加大了對(duì)公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督力度，開展了相應(yīng)的教學(xué)改革。筆者通過多年持續(xù)性的問卷調(diào)查、師生座談會(huì)、學(xué)生評(píng)教等方式總結(jié)出了我校大學(xué)物理課程的痛點(diǎn)：一是學(xué)生普遍反映物理課程內(nèi)容太多、難以理解和完全掌握；二是學(xué)生在課程中學(xué)習(xí)了物理學(xué)基本理論、基本知識(shí)和科學(xué)方法，但是不知道如何將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐或不知道真正能用來做什么；三是基礎(chǔ)不同的學(xué)生同班上課，如何保障學(xué)生在學(xué)期末都能達(dá)到良好的學(xué)習(xí)成效。當(dāng)今數(shù)字化教育使傳統(tǒng)的教育模式、理念、方式和方法發(fā)生了巨大的變化，如何將科技前沿應(yīng)用和大學(xué)物理課程有機(jī)結(jié)合起來，是當(dāng)前教材建設(shè)改革關(guān)注的熱點(diǎn)之一[5]。

二、 大學(xué)物理教材建設(shè)方案設(shè)計(jì)

（一）建設(shè)目標(biāo)

教材需滿足學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)要求、教師教學(xué)需求和學(xué)生自主學(xué)習(xí)需求。一是依據(jù)具有國際視野、工匠精神和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的高水平工程師及設(shè)計(jì)師等高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位，通過知識(shí)傳授，借助能力培養(yǎng)思維，在價(jià)值塑造中潛移默化激勵(lì)學(xué)生活學(xué)活用并勇于創(chuàng)新，最終實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。二是建設(shè)的教材能輔助教師進(jìn)行課程教學(xué)及管理，有助于教師完成理論教學(xué)、教學(xué)研究、教學(xué)資源庫建設(shè)、教學(xué)管理及學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量監(jiān)控等環(huán)節(jié)教學(xué)計(jì)劃。教材的核心功能是有效保障和支撐學(xué)生實(shí)現(xiàn)自主的個(gè)性化學(xué)習(xí)和系統(tǒng)化學(xué)習(xí)、實(shí)現(xiàn)知識(shí)拓展和創(chuàng)新應(yīng)用。

（二）現(xiàn)有教材反饋分析

筆者精心設(shè)計(jì)了調(diào)查問卷，并向我校2022級(jí)計(jì)算機(jī)與科學(xué)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、光源與照明、集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)、智能醫(yī)學(xué)工程、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)共332名學(xué)生（學(xué)生已在大一學(xué)期使用了現(xiàn)有教材，有真實(shí)的學(xué)習(xí)心得體會(huì)）發(fā)放了問卷，收回有效問卷332份。

課程配套教材使用頻率如圖1所示。根據(jù)調(diào)查，有近90%的學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中會(huì)使用教材輔助學(xué)習(xí)，其中有超過半數(shù)的學(xué)生會(huì)在大學(xué)物理上課前后利用教材輔助課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，該數(shù)據(jù)說明教材對(duì)輔助課程學(xué)習(xí)非常重要。

教材中復(fù)習(xí)思考題及帶星號(hào)拓展內(nèi)容的學(xué)習(xí)情況如圖3所示。有近50%的學(xué)生反饋由于內(nèi)容難度超過他們的理解程度，因而不會(huì)太關(guān)注這部分內(nèi)容。但有近15%的學(xué)生會(huì)詳細(xì)閱讀該部分的內(nèi)容，這說明教材中拓展內(nèi)容對(duì)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)好、自學(xué)能力強(qiáng)的學(xué)生有促進(jìn)作用。

學(xué)生對(duì)現(xiàn)行教材的改進(jìn)建議統(tǒng)計(jì)情況如圖4所示。超過80%的學(xué)生希望在教材中加入實(shí)際應(yīng)用案例，31.02%的學(xué)生希望通過掃描二維碼等方式來查看感興趣的拓展資料及小視頻。對(duì)教材的表現(xiàn)形式，有近20%的學(xué)生表示可以接受數(shù)字教材。

通過對(duì)學(xué)生心目中的好教材的文字?jǐn)⑹鎏釤挸鲈~云，分析情況如圖5所示。其中字體越大、越居中的詞表示出現(xiàn)頻次越多。大部分學(xué)生期望例題分析更加詳盡一些，著重在如何分析解題思路、如何一步步得到最終結(jié)果，這樣便于幫助自己不依賴教師或課堂講解，自學(xué)就能學(xué)懂。學(xué)生希望知識(shí)點(diǎn)能夠通俗易懂、教師能將重點(diǎn)內(nèi)容標(biāo)出，便于總結(jié)和歸納。還有學(xué)生希望能使用任課教師主編的教材，因?yàn)槿握n教師最了解學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、課程學(xué)習(xí)盲點(diǎn)、學(xué)生實(shí)際需求以及最新前沿動(dòng)態(tài)，編寫的教材能夠量體裁衣，可能更具針對(duì)性。

（三）大學(xué)物理教材建設(shè)設(shè)計(jì)框架

根據(jù)參與問卷調(diào)查的學(xué)生對(duì)教材使用的反饋情況、筆者多年教授大學(xué)物理課程的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)現(xiàn)行大學(xué)物理教材的調(diào)研分析，筆者提出了新形態(tài)大學(xué)物理教材建設(shè)框架，如圖6所示。紙板教材提供了本課程知識(shí)體系；教學(xué)平臺(tái)按照課程進(jìn)度、學(xué)生已有學(xué)習(xí)基礎(chǔ)提供個(gè)性化教學(xué)資源、學(xué)習(xí)質(zhì)量監(jiān)控和反饋；通過知識(shí)點(diǎn)微視頻動(dòng)態(tài)講解重點(diǎn)內(nèi)容；分層次設(shè)計(jì)習(xí)題，建立習(xí)題庫，方便學(xué)生根據(jù)自身情況進(jìn)行練習(xí)；應(yīng)用案例庫展現(xiàn)以物理學(xué)為基礎(chǔ)的新技術(shù)、新科技應(yīng)用，助力學(xué)生學(xué)以致用。

（四）大學(xué)物理教材具體建設(shè)實(shí)施

1.多形態(tài)立體化教材資源

教材資源包括紙板教材、電子講義及微視頻。資源平臺(tái)可以是出版社平臺(tái)、雨課堂、超星學(xué)習(xí)通和慕課等。教師引導(dǎo)學(xué)生課前根據(jù)自己的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)習(xí)，課上積極參與問題討論，課后通過思考題、題庫、拓展材料和知識(shí)圖譜等深化對(duì)物理知識(shí)的理解，提高創(chuàng)新能力。

2.添加思維導(dǎo)圖，歸納知識(shí)點(diǎn)，方便學(xué)生快速掌握主要內(nèi)容

在教材每個(gè)章節(jié)加入思維導(dǎo)圖及部分重點(diǎn)章節(jié)內(nèi)容截圖，如圖7所示，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中既能俯瞰森林，也能細(xì)看樹木。對(duì)初學(xué)者來說，可以在一定程度上解決看完整章內(nèi)容后自己捋不清邏輯、抓不到重點(diǎn)的實(shí)際困境。

3.融合生活常識(shí)、實(shí)際應(yīng)用案例、科技前沿及應(yīng)用拓展，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力

教材中各章節(jié)主要理論內(nèi)容以應(yīng)用為導(dǎo)向，以能力和素質(zhì)培養(yǎng)為目標(biāo)，旨在提高物理學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用效果。

例如，在熱學(xué)模塊中，熱力學(xué)第零定律實(shí)際上給出了溫度的測(cè)量方法。溫度測(cè)量對(duì)前沿科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)以及個(gè)人和家庭生活等許多方面起到重要作用。傳統(tǒng)測(cè)溫技術(shù)的測(cè)量精度、靈敏度及測(cè)溫范圍受限，無法滿足許多場(chǎng)合的需要。教師可在應(yīng)用案例講授中介紹由我校集成電路與光電芯片學(xué)院寧存政教授團(tuán)隊(duì)和清華聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)成功研制的納米尺度溫度計(jì)。團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種可按照不同測(cè)溫需求，對(duì)目標(biāo)測(cè)溫參數(shù)進(jìn)行自優(yōu)化的單根合金餌納米線溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)了4 K到500 K的寬溫區(qū)測(cè)量。這種納米線的尺度比普通溫度計(jì)小4個(gè)數(shù)量級(jí)，用單根納米線開展生物細(xì)胞內(nèi)窺測(cè)量的技術(shù)已被其他研究組所驗(yàn)證，因而這種單根納米線測(cè)溫辦法原則上可以用來測(cè)量單個(gè)生物細(xì)胞內(nèi)部的溫度。

在力學(xué)、波動(dòng)和電學(xué)模塊的綜合應(yīng)用案例講授中，教師可介紹我校健康與環(huán)境工程學(xué)院韓林波副教授團(tuán)隊(duì)成功研制的多功能有機(jī)水凝膠材料，其可精確監(jiān)測(cè)人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、手腕脈搏、微表情和聲音信號(hào)，在運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)矯正與康復(fù)領(lǐng)域等智能運(yùn)動(dòng)識(shí)別方面具有較大的應(yīng)用前景。

將我校教師及學(xué)生在本校實(shí)驗(yàn)室中的研究成果與課程教材相結(jié)合，讓學(xué)生切實(shí)感受前沿科技不再是觸不可及的，所學(xué)物理學(xué)理論也變得較易理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。

4.數(shù)字化教材平臺(tái)提供學(xué)習(xí)畫像

單一的紙板教材無法搜集學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、案例學(xué)習(xí)頻次及學(xué)習(xí)成效等。結(jié)合數(shù)字化教材平臺(tái)，能夠精準(zhǔn)把握學(xué)生（班級(jí)整體情況和個(gè)人具體情況）在課前的預(yù)習(xí)情況、課上的限時(shí)答題練習(xí)情況以及課后學(xué)習(xí)教材的情況，如圖8所示。教師可以通過這些學(xué)習(xí)軌跡生成的數(shù)據(jù)畫像來分析學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況，并據(jù)此提供精準(zhǔn)的個(gè)性化指導(dǎo)，制訂有針對(duì)性的教學(xué)改進(jìn)措施。

（五）教材建設(shè)評(píng)價(jià)與成效

筆者統(tǒng)計(jì)了修讀大學(xué)物理課程的學(xué)生在學(xué)校連續(xù)兩年的綜合表現(xiàn)，相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，通過開展大學(xué)物理教材建設(shè)，能夠推動(dòng)“三位一體”育人目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

第一，通過對(duì)線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)和期末考試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，近年來獲獎(jiǎng)人數(shù)增多，這在一定程度上體現(xiàn)出學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)增強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力得到了有效激發(fā)。

第二，通過對(duì)學(xué)生課堂表現(xiàn)數(shù)據(jù)、參加競(jìng)賽獲獎(jiǎng)情況等的跟蹤比對(duì)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)凸顯，在各類創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中屢獲佳績(jī)，綜合實(shí)力增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)具有物理學(xué)思維、建模能力及交叉學(xué)科分析能力的應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

第三，通過分析學(xué)生自評(píng)和競(jìng)賽情況發(fā)現(xiàn)，思政育人效果明顯。學(xué)生多次參加了青春奮斗主題征文大賽、繪青春芳華海報(bào)設(shè)計(jì)大賽及短視頻大賽，并獲得了獎(jiǎng)項(xiàng)，推動(dòng)了科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)思維、大國工匠精神及科技強(qiáng)國的家國情懷等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

三、結(jié)論

在大學(xué)物理的教學(xué)中，要堅(jiān)持第一時(shí)間將科研的創(chuàng)新成果及學(xué)科前沿應(yīng)用融入課程教材。以應(yīng)用為導(dǎo)向，從思想性、先進(jìn)性、科學(xué)性和適用性等方面不斷完善教材的內(nèi)容及形式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)思政教育，培育大國工匠，使得知識(shí)入眼、應(yīng)用入腦、思政入心，推進(jìn)新時(shí)代教材體系建設(shè)與推廣工作高質(zhì)量發(fā)展，為建設(shè)教育強(qiáng)國、數(shù)字中國提供堅(jiān)實(shí)有力的支撐。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

［1］ 習(xí)近平. 給人民教育出版社老同志的回信[EB/OL].（2020-11-30）[2023-03-10].https：//www.ccps.gov.cn/xxsxk/zyls/202011/t20201130_145361.shtml.

［2］ 中華人民共和國教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《中小學(xué)教材管理辦法》《職業(yè)院校教材管理辦法》和《普通高等學(xué)校教材管理辦法》的通知[EB/OL].[2023-03-10].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-01/07/content_5467235.htm.

［3］ 中華人民共和國教育部. 國家教材委員會(huì)關(guān)于首屆全國教材建設(shè)獎(jiǎng)獎(jiǎng)勵(lì)的決定[EB/OL].（2021-10-12）[2023-03-15].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202110/t20211012_571686.html？eqid=

d3e26e5900020b3100000003642ed9c6.

［4］ 吳王杰，楊軍.融合教學(xué)案例 建設(shè)一流大學(xué)物理教材[J].中國大學(xué)教學(xué)，2020（6）： 94-96．

［5］ 張琦瑋，馬天魁，趙陽.中外大學(xué)物理優(yōu)秀教材內(nèi)容比較研究[J].物理通報(bào)， 2022（8）：150-155．

［責(zé)任編輯：蘇祎穎］