新工科大学物理课程教学改革措施与实践

时间：2024-06-19

江锡顺

大学物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本最普遍的运动形式及其相互规律的学科[1-2]。其基本理论渗透在自然科学的许多领域，应用于生产技术的各个部门，它是自然科学的许多领域和工程技术的基础。大学物理课是高等院校理工科各专业学生的一门重要的必修基础课。大学物理课程教学使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，养成良好的思维习惯，激发求知欲和学习兴趣，培养实事求是的科学态度，为后续课程的学习打下坚实的基础。在各个教学环节中，在传授知识的同时，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重学生探索精神和创新意识的培养，努力实现学生知识、能力、素质的协调发展，培养“高素质的应用型人才”。

但是，对于新工科学生来说，他们的物理基础相对薄弱，而且大学物理课程还需要较扎实的高等数学知识，这样必然会引起学生心理负担过重，以致学生出勤不高和教师积极性下降等现象，使大学物理教学很难达到预期效果[3-4]。为了更好的讲授大学物理课程，让学生对相关物理知识的理解和掌握达到教学要求，就成为授课教师必须经常研究和探讨的问题，笔者结合所在学校大学物理教学实际，针对在大学物理课程教学实践中发现的问题进行研究。

1 目前大学物理教学的问题

1.1 大学物理学习现状堪忧

根据笔者近年来的教学实际，发现对大学物理课程非常感兴趣的同学较少，绝大多数同学对大学物理课程的学习兴趣一般。这直接导致学生学习大学物理的积极性和主动性较差，虽然平时课堂教学中学生的出勤率较高，但不少同学基本上是为了应付教师考勤和期末考试。造成这种情况的原因主要包括以下几个方面：①大学物理课程理论性较强，不少内容又较为抽象，并且还需要一定的高等数学基础。因此不少同学就觉得大学物理这门课程很难学，造成畏惧心理，直接影响这门课程的教学效果。②学生对大学物理课程的认识不足。很多同学以对将来学习和工作是否有用来判定某门课程的重要性。他们对以后工作有帮助的专业课程会有一定兴趣，并且也比较认真的学习，而对于像大学物理这样的基础课程就不够重视。很多同学在大学物理的学习中花的时间都很少，基本上都是被迫应付去完成相关学习任务，这样必然达不到应有的学习效果。③目前不少高校特别是新建本科高校注重应用型专业建设，开设了很多与生产实际相结合的专业课程，而对大学物理课程一直在压缩。教师很难在较少的课时内完成大学物理中必要的知识讲授，直接影响教学效果。另外，正因为课时少，不少学生就觉得大学物理这门课程不重要，不会在这门课程上花精力和时间。

1.2 教学内容和形式不够全面

目前多数高校使用的大学物理教材中的教学内容多为经典物理知识，近代物理内容相对较少。在现行多数大学物理教材中存在不少问题，如：与高中物理课程中有很大程度的重复；教材中涉及到的很多内容缺乏必要联系；近现代物理相关知识篇幅较少等[5]。另外教学模式过于单一，未能与实践进行有效的结合。课堂上基本上还是才用传统的填鸭式教学方式，而为了保证教学进度和完成教学任务，授课教师绝大多数时间都在讲授课程内容，这样与学生交流讨论的机会相对减少。

1.3 实验教学效果不明显

大学物理实验是一门实用型很强的理工科专业学生基础课程，旨在培养学生独立实验技能与分析解决实际问题的能力，从而在一定程度上提高学生的自身素质与实践能力[6-7]。大学物理实验主要内容包含力学、热学、光学、电磁学和原子物理等五大部分，涵盖了物理学的所有内容。目前不少理工科专业大学物理实验的教学内容仍以验证性实验为主，而综合性和设计性实验所占比例较少，实验项目和内容比较陈旧。不少高校在实验课程中按照内容、目的、原理和步骤等都进行相应讲解，要求学生根据实验操作规范进行相应实验数据记录，然后由学生用规定的方法完成实验数据处理分析。这种传统的教学方式在很大程度上限制了学生的创造性，并且也难以激发学生的学习兴趣，造成上课效果不佳。

1.4 教学资源相对短缺

近些年来多数高校仍在不断扩大招生规模，但现有的大学物理教学条件却很难满足当前教学要求的需要。首先不少高校专职承担大学物理实验的教师数量严重不足，工作负荷过重。其次一些学校的物理实验器材过于陈旧，设备老化，并且常用器材损坏严重，一定程度上影响了物理实验的高质量开展。这些因素直接导致学生的实验操作能力难以提高，对相关物理知识的掌握不够扎实。

1.5 课程考核评价方式单一

目前不少高校大学物理课程考核评价缺少现代教育理论指导，改革实践活动缺乏，主要仍以考试和考查两种形式进行总结评价[8]。教师在有限的课时内无明显依据给出合适的平时成绩，并且存在一定的主观性，必然无法客观反应学生的学生情况。更多的学生关心期末考试，重视考试结果，造成考核评价方式比较单一。这在很大程度上无法激发学生的学习积极性和主动性，致使大学物理课程成绩合格率一直偏低。

2 课程教学改革措施与实践

2.1 构建大学物理课程体系模块化

理工科各个专业具有不同的需求，在制定教学大纲时根据各专业培养方案要求将大学物理课程体系划分成了三大模块。首先是模块A，主要针对电子科学与技术、电子信息工程、电气工程及其自动化等对物理基础知识要求高的电子类专业。该模块大纲中适当压缩力学部分内容，保留电磁学方面知识，适当增加近代物理和固体物理等基础知识，做到与后续课程的知识衔接。然后是B模块，适用于土木工程、机械电子工程、车辆工程和机械设计制造及其自动化等多个专业，这些专业对物理基础知识的要求也比较高。针对该类专业的学生，教学重点主要侧重于在力学部分,如刚体转动。最后是模块C，适用于物联网工程、应用化学等专业，对基础物理知识要求较低，大纲制定中将部分知识排除在外，增加一定的物理学史的介绍，减少难度较大的物理知识讲授，减轻学生负担。

2.3 实验教学改革

首先，根据各专业培养方向将物理实验项目分为必修和选修两类，同时增设专业综合性、设计性及科研创新性实验内容。其次，通过虚拟的实验课程教学可完成一些具有综合性、探索性和创新性实验。由于大学物理部分实验仪器较为精密，一些实验参数不允许学生自行调整，这必然难以满足学生综合性和设计性实验的开展。而通过虚拟实验课程教学可提供给学生一个展示实验原理和验证设计思路的实验平台，鼓励学生自主操作，而且对实验器材和实验室环境没有硬性要求。最后要充分利用现有的实验仪器和教学资源，聘请专业设备维修人员及时维护实验设备，切实加强实验教师队伍建设和管理。

2.4 适当增加物理学史知识介绍

物理学史中的很多科学思维和科学精神在培养学生多方面能力中能够起着非常重要的作用[9-10]。增加物理学史教学有助于学生科学人生观的树立，激发其学习主动性和创造性思维的培养。通过了解和学习物理学史，学生可以加深对物理学的理解，更重要的是从中得到教益和启迪。而目前很多教师主要是传授学生专业知识，对物理学史的教学基本忽视了。所以在大学物理教学过程中，在保留传统大学物理教学内容的同时，适当引入近现代物理学内容，增加物理前沿成果介绍。应该把物理基础知识教学与物理学发展简史有机结合，要让学生对伟大的科学家发现物理现象和规律的历史过程加以了解，同时借鉴物理大师对物理现象和知识独特的思维方法，指导今后的学习和工作。

2.5 改进成绩评定

针对目前大学物理课程考核形式单一，无法准确反应学生学习情况的实际，需要对原有的评价方式做深入改革，完善考核评价体系。改进措施主要包括：①将平时成绩进一步细化为课堂作业、出勤情况、课堂提问和课堂测试等多个环节，授课教师根据教学实际情况选择至少三种形式给出最终的平时成绩，并要求平时成绩占总评成绩的比重不低于40%。②对大学物理实验考核形式进行调整。将每个实验项目评定成绩的平均分作为实验考核成绩的一部分。同时引入实验操作和数据分析处理考核，让学生随机抽取相关实验，并在规定时间内完成实验操作和数据处理分析，教师当堂给出成绩。③增加学生互评环节，提高学习效果。在每学期课程结束后，要求所有同学针对所学内容，在讲台上向班级同学汇报。经教师逐一点评后，最后由班级成立评委组对每个同学的汇报给出评分。