應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探索

李萍 秦彥軍 尹偉

摘??要：為了服務(wù)學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，做好大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程服務(wù)各專業(yè)發(fā)展的任務(wù)，本文首先分析了大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、儀器使用率、課程思政建設(shè)等方面存在的問(wèn)題，針對(duì)教學(xué)中存在的問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整各專業(yè)理論教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、創(chuàng)新線上+線下教學(xué)模式、增設(shè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)等四個(gè)方面的教學(xué)改革探索，完善了大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系，調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)課程思政的滿意率最高，對(duì)教學(xué)模式的滿意率最低，其他各項(xiàng)滿意率均在90%以上，平均滿意率為93.30%。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)改革

1??概述

新疆理工學(xué)院是一所應(yīng)用型本科院校，學(xué)校的辦學(xué)定位是培養(yǎng)服務(wù)當(dāng)?shù)貐^(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的應(yīng)用型人才。大學(xué)物理課程是各理工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，具有受眾面廣的特點(diǎn)，開(kāi)設(shè)學(xué)期為大一第二學(xué)期，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接觸比較早的一門課程，物理實(shí)驗(yàn)更是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接觸的首門實(shí)驗(yàn)課，因此本課程在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)、工程思維、創(chuàng)新實(shí)踐、行為養(yǎng)成等方面具有不可替代的作用[1]，大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程總學(xué)時(shí)為80，包含16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，理論教學(xué)使用教材為趙近芳、王登龍主編的《大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程》，實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用教學(xué)團(tuán)隊(duì)自編的實(shí)驗(yàn)講義。大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程是我校最早建設(shè)的課程之一，在課程建設(shè)方面教研室積極推進(jìn)課程教學(xué)創(chuàng)新和改革，分別立項(xiàng)了2019、2022年2次校級(jí)一流課程，立項(xiàng)了2023年校級(jí)課程思政示范課程，并獲得了2022年校級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室是學(xué)校最早建設(shè)完成的一批實(shí)驗(yàn)室，包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理實(shí)驗(yàn)儀器，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)用房8間，面積約678平方米，設(shè)備臺(tái)（件）數(shù)：767臺(tái)（件），近幾年未購(gòu)置新的儀器設(shè)備，2022年12月由于線上教學(xué)需要，購(gòu)買10項(xiàng)科大奧銳公司的仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了線下實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)合。為積極探索如何提高應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量，順應(yīng)學(xué)校的發(fā)展方向，教學(xué)團(tuán)隊(duì)嘗試對(duì)大學(xué)物理課程的教學(xué)內(nèi)容、課程思政、教學(xué)模式等進(jìn)行改革探索[2]。

2??大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

2.1?理論教學(xué)體系不合理

大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，沒(méi)有深度挖掘物理知識(shí)點(diǎn)與專業(yè)知識(shí)的聯(lián)系，導(dǎo)致對(duì)學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)的支撐作用嚴(yán)重不足；其次大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容存在講解知識(shí)點(diǎn)少的問(wèn)題，作為一門包含力、熱、光、電等知識(shí)的課程，我們只給學(xué)生講授力學(xué)和電磁學(xué)的知識(shí)，使得學(xué)生不能完整的學(xué)習(xí)全部的物理知識(shí)，也不利于完成課程教學(xué)目標(biāo)；另外團(tuán)隊(duì)教師上課基本采用PPT+板書的傳統(tǒng)教學(xué)模式，上課過(guò)程通常是教師在講臺(tái)上講，學(xué)生在下面被動(dòng)聽(tīng)，更注重定理的推導(dǎo)和證明，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生“畏難”情緒，提不起學(xué)習(xí)大學(xué)物理課程的興趣。

2.2?實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系不健全

一是開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)數(shù)目嚴(yán)重不足；二是上課方式為老師先講解實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)處理等，然后給同學(xué)們演示一遍實(shí)驗(yàn)操作，最后由學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)授課方式使得學(xué)生只是機(jī)械的完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)思考較少，更談不上思維能力的鍛煉；三是實(shí)驗(yàn)室儀器使用率較低，我校可開(kāi)設(shè)線下實(shí)驗(yàn)數(shù)目為20個(gè)，根據(jù)教學(xué)安排課程團(tuán)隊(duì)每學(xué)期開(kāi)設(shè)6個(gè)線下實(shí)驗(yàn)和1個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)，使得線下實(shí)驗(yàn)儀器使用率僅為30%；四是我校物理實(shí)驗(yàn)是近55名學(xué)生集中在一間84平米的實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，除掉損壞的實(shí)驗(yàn)儀器，平均每個(gè)實(shí)驗(yàn)大概有17臺(tái)儀器可用，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)3～4名學(xué)生一組，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室人員較為密集及環(huán)境嘈雜，大部分學(xué)生不能動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的塑造有一定影響[3]。

2.3?課程思政建設(shè)質(zhì)量低

大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程知識(shí)點(diǎn)涉及能源、量子計(jì)算機(jī)、航空工程、導(dǎo)航等方面，貼近生活，可挖掘的思政元素多，課程團(tuán)隊(duì)從2019年開(kāi)始建設(shè)課程思政案例，雖然思政案例個(gè)數(shù)較多，但是案例質(zhì)量較低，案例只是根據(jù)知識(shí)點(diǎn)挖掘，未對(duì)其進(jìn)行分類；教師是開(kāi)展課程思政的關(guān)鍵，大學(xué)物理課程思政團(tuán)隊(duì)由任課教師組成，結(jié)構(gòu)單一，教師課程思政能力較低，課堂上可以對(duì)案例進(jìn)行講解，但對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)啟發(fā)能力較弱；案例庫(kù)沒(méi)有隨著社會(huì)的變化而進(jìn)行更新和補(bǔ)充，案例內(nèi)容存在老舊的現(xiàn)象，達(dá)不到潤(rùn)物無(wú)聲的效果[4]。

3??大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革內(nèi)容

3.1??優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

大學(xué)物理課程有比較公認(rèn)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，即力學(xué)（運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、剛體力學(xué)、振動(dòng)與波），熱學(xué)，電磁學(xué)，波動(dòng)光學(xué)，近代物理學(xué)基礎(chǔ)，因此，需修訂教學(xué)大綱增加課程知識(shí)點(diǎn)，再根據(jù)各專業(yè)對(duì)物理知識(shí)的要求，制定不同的授課計(jì)劃，分專業(yè)進(jìn)行模塊化教學(xué)；同時(shí)，盡量固定每個(gè)專業(yè)物理課程授課教師，授課教師定期協(xié)同專業(yè)教師展開(kāi)交流，以深度挖掘物理知識(shí)對(duì)專業(yè)知識(shí)的支撐，學(xué)習(xí)到相關(guān)內(nèi)容時(shí)給學(xué)生講清楚該知識(shí)與專業(yè)課程的哪個(gè)知識(shí)點(diǎn)相關(guān)，專業(yè)課程對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的要求是什么；為確保模塊化教學(xué)內(nèi)容的合理性，團(tuán)隊(duì)通過(guò)其他高校官網(wǎng)、知網(wǎng)等平臺(tái)調(diào)研了大量資料，在此基礎(chǔ)上完成了各專業(yè)模塊化教學(xué)內(nèi)容初稿，其次向兄弟院校吸取經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)學(xué)習(xí)到的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整內(nèi)容，最后邀請(qǐng)了3位專家進(jìn)行論證。以通信工程專業(yè)教學(xué)內(nèi)容為例，通信行業(yè)的5G、Wi-Fi?6等前沿技術(shù)都離不開(kāi)電磁理論，故在教學(xué)內(nèi)容上刪減了剛體力學(xué)基礎(chǔ)，增加了與電磁理論相關(guān)的波動(dòng)光學(xué)及近代物理學(xué)知識(shí)。表1為通信工程專業(yè)調(diào)整前后學(xué)習(xí)內(nèi)容的對(duì)比。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和實(shí)踐能力，為此我們?cè)黾恿嗽O(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)數(shù)目，讓同學(xué)們根據(jù)所學(xué)知識(shí)和現(xiàn)有儀器獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，改革后開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)為4個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和3個(gè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)包括3個(gè)線下實(shí)驗(yàn)和1個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)根據(jù)學(xué)生專業(yè)設(shè)定，沒(méi)有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟等，教師只給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)原理提示，由學(xué)生獨(dú)立提出設(shè)計(jì)方案，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案完成后提交教師審核，審核后學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室儀器完成實(shí)驗(yàn)，這樣即做到了因材施教又提高了學(xué)校實(shí)驗(yàn)儀器的利用率，同時(shí)為學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目等奠定基礎(chǔ)；其次，將全班學(xué)生同做一個(gè)實(shí)驗(yàn)改革為全班學(xué)生分成兩大組，每組人數(shù)大概為27人，上課時(shí)，第一大組做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，第二大組做另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)，下次上課時(shí)，兩組互換實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這樣可以確保1-2人一組，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的參與度。

3.2?引入多樣化教學(xué)模式

嘗試線上+線下、課堂內(nèi)+課堂外相結(jié)合的教學(xué)模式，期初在智慧樹平臺(tái)完成建班，理論教學(xué)方面，課前通過(guò)智慧樹平臺(tái)發(fā)布預(yù)習(xí)視頻和前測(cè)試題，根據(jù)學(xué)生答題統(tǒng)計(jì)情況，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整教學(xué)內(nèi)容，做到“對(duì)癥下藥”。課中將問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式學(xué)習(xí)引入課堂進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)，教師根據(jù)與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的生活現(xiàn)象進(jìn)行循序漸進(jìn)的提問(wèn)，引發(fā)學(xué)生思考并逐步回答問(wèn)題，對(duì)于復(fù)雜的問(wèn)題學(xué)生可以查閱文獻(xiàn)資料或者分組討論，如在講解機(jī)械能守恒定律時(shí)，找一位同學(xué)演示拍籃球的過(guò)程，提出籃球拍打過(guò)程中會(huì)受到哪些力，根據(jù)學(xué)生的答案，再次提出籃球上升和下降過(guò)程能量是如何變化的，最后引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)機(jī)械能守恒定律的條件；針對(duì)大學(xué)物理學(xué)習(xí)內(nèi)容抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在畏難情緒的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)利用課程建設(shè)經(jīng)費(fèi)購(gòu)買和自制兩種方式制作了教學(xué)用具，在上課時(shí)給同學(xué)們演示，如在講角動(dòng)量守恒時(shí)將團(tuán)隊(duì)自制的角動(dòng)量?jī)x帶到教室給同學(xué)們演示，對(duì)于可以用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或者測(cè)量的內(nèi)容則運(yùn)用九斗課堂虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)理解；另一方面，教研室通過(guò)集體備課，將抽象的物理模型利用多媒體技術(shù)制作成動(dòng)畫演示，方便學(xué)生理解，如在講解參考系時(shí)，放運(yùn)動(dòng)的火車在地面上行駛的動(dòng)圖，講解剛體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)放一張商場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)門動(dòng)圖和一輛行駛的汽車動(dòng)圖，講解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)時(shí)放一張電子繞原子核旋轉(zhuǎn)的動(dòng)圖等。通過(guò)教具演示和課件內(nèi)的動(dòng)圖，學(xué)生可以對(duì)抽象的概念和知識(shí)有一定直觀的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生直觀感受物理原理，變抽象為直觀。

3.3?增設(shè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)

為提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的輻射作用，給學(xué)生提供一個(gè)獨(dú)立思考、自由探索、勇于創(chuàng)新的環(huán)境，單獨(dú)設(shè)立一間實(shí)驗(yàn)室作為開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展啟發(fā)式、研究性的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，構(gòu)建一種“內(nèi)容豐富、層次分明、自主設(shè)計(jì)、自主探究、開(kāi)放創(chuàng)新”的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室內(nèi)包括我校所有可開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)的儀器和兩臺(tái)可聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)配備1套儀器，聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)用于完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)根據(jù)學(xué)生認(rèn)識(shí)的規(guī)律性，分為前導(dǎo)、設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)三部分，每學(xué)期第四周開(kāi)始第十四周結(jié)束，兩周一次，每次周四全天開(kāi)放，每學(xué)期共6次開(kāi)放實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)，配有指導(dǎo)教師值班，負(fù)責(zé)教學(xué)秩序、器材供應(yīng)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)室安全等工作。

3.4完善課程思政建設(shè)

隨著課程思政的持續(xù)推進(jìn)，組建由課程教師、思政教師、援疆教師共同組成的課程思政團(tuán)隊(duì)，通過(guò)組織團(tuán)隊(duì)教師參加課程思政建設(shè)培訓(xùn)、邀請(qǐng)專家指導(dǎo)思政建設(shè)和定期召開(kāi)集體研討會(huì)等形式提升團(tuán)隊(duì)課程思政教學(xué)能力；團(tuán)隊(duì)基于立德樹人的根本任務(wù)，從大國(guó)重器、物理學(xué)史、物理學(xué)家、物理與哲學(xué)、物理與藝術(shù)、科學(xué)前沿六個(gè)方面對(duì)案例進(jìn)行分類，其次將與知識(shí)點(diǎn)結(jié)合不夠緊密的案例進(jìn)行了替換或者刪除，將近期國(guó)家取得的新技術(shù)、新成果、新產(chǎn)品、社會(huì)熱點(diǎn)事件等作為思政內(nèi)容納入到案例庫(kù)，如在講動(dòng)量定理時(shí)，將2022年7月19日，沈東奮不顧身，伸手接住不慎從6樓墜落小孩的案例納入案例庫(kù)，已知：，，，，運(yùn)用動(dòng)量定理分析：得出沈東托舉瞬間手臂受到的平均沖力，可以看出手臂受到的平均沖力很大，本案例與動(dòng)量定理知識(shí)點(diǎn)緊密結(jié)合，也是近期轟動(dòng)全國(guó)的見(jiàn)義勇為事件，旨在弘揚(yáng)見(jiàn)義勇為，大愛(ài)至善的優(yōu)秀品質(zhì)，激發(fā)學(xué)生對(duì)人生價(jià)值觀的思考。

4??大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革效果

經(jīng)過(guò)1年的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)手段、課程思政幾個(gè)方面的探索，學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理興趣不高的問(wèn)題得到有效改善，能夠積極主動(dòng)的進(jìn)行預(yù)習(xí)和完成課前自測(cè)題；團(tuán)隊(duì)教師的學(xué)生評(píng)教成績(jī)由89.72增長(zhǎng)到92.81分，說(shuō)明團(tuán)隊(duì)的教學(xué)改革效果較好。通過(guò)向電氣22-1、電氣22-2兩個(gè)班學(xué)生發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷的方式，調(diào)查了學(xué)生對(duì)大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)滿意度，本次共發(fā)放問(wèn)卷115份，收回問(wèn)卷112份，調(diào)查結(jié)果如表2所示，由表2可以看出，學(xué)生對(duì)課程教學(xué)各項(xiàng)內(nèi)容的滿意率均在90%以上，平均滿意率為93.30%，課程思政的滿意率最高，為96.43%，興趣提升方面的滿意率排在第二，滿意率最低的是教學(xué)模式，為90.18%，表明學(xué)生對(duì)大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的滿意度較高，教學(xué)改革取得了一定的效果，但是團(tuán)隊(duì)在后續(xù)的教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)教學(xué)模式的研討與改進(jìn)，注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)的先進(jìn)性和實(shí)效性，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、課程思政等方面進(jìn)行了改革探索。通過(guò)改革豐富了物理知識(shí)體系，將現(xiàn)代化信息技術(shù)教學(xué)運(yùn)用到理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，把教學(xué)道具帶進(jìn)課堂，完善了課程思政體系建設(shè)，改革后學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程的積極性有一定程度的提高，更多地學(xué)生能參與到課堂互動(dòng)中，同時(shí)能夠獨(dú)立自主的完成實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理。鑒于教學(xué)改革時(shí)間較短，教學(xué)過(guò)程中還存在一些問(wèn)題，如實(shí)驗(yàn)操作視頻錄制還沒(méi)有做到全覆蓋，同時(shí)近代物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較少，需要增加近代物理實(shí)驗(yàn)儀器，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)涉及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)次數(shù)較少，不能為不同興趣愛(ài)好的同學(xué)提供服務(wù)，應(yīng)增加開(kāi)放實(shí)驗(yàn)數(shù)目并爭(zhēng)取長(zhǎng)期開(kāi)放；未對(duì)課程考核方式進(jìn)行系統(tǒng)性的探索，課程團(tuán)隊(duì)將在后續(xù)的教學(xué)中增加過(guò)程化考核比例，并爭(zhēng)取將大學(xué)物理理論課和實(shí)驗(yàn)課分開(kāi)開(kāi)課。

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