新升格應用型本科院校的大學物理課程教學改革

陳超

【摘 要】闡述了在新升格應用型本科院校中大學物理課程教學改革的必要性，從教學內容和教學方式兩方面展開課程的教學改革探究，討論大學物理課程教學內容如何取舍、優化的問題，提出實驗和理論結合以及數值計算與合作課堂相結合的多種教學模式。

【關鍵詞】大學物理 教學模式 可視化

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）09C-0150-02

大學物理課程是一門面向理工科各專業學生的重要的必修基礎課。該課程既可以為學生進行專業知識的學習打好必要的物理基礎，又可以培養學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的探索精神和創新意識，樹立科學的世界觀。高質量的課程教學對培養高素質人才是極為重要的一個環節。

一、大學物理課程教學改革的必要性

目前，在新升格的應用型本科院校中，大學物理課程教學仍然普遍著重理論講授、演算推理，實物、動畫和圖片演示少，忽視理論在具體工程中的應用介紹，許多物理現象和物理過程都無法得到很好的呈現，無法引起學生的學習興趣。演算推理對數學技能要求較高，且最終的理論結果抽象，難于在實際應用中獲得實體感受。另外繁雜的數學過程也增加了學習難度，多數學生的求知欲望受到抑制，進而導致學習效率低下甚至完全放棄。

新升本科的應用型高校與研究型高校不同，對物理課程的需求注重于物理概念理解和規律應用，對定律建立的繁雜計算過程要求不高。在這類高校中，如何重新組合和優化教學內容，采用先進有效的教學方式，改變學生難學、厭學的現狀，提高教學效果，使課程高質量地服務于應用型人才培養目標，是目前亟待解決的重要問題。

二、大學物理課程的教學和改革現狀

物理學是研究物質結構、相互作用和運動規律的學科，它既是自然科學的基礎，也是科學技術，尤其是高新技術的理論重要基礎。物理學的知識體系建立已經歷了幾百年的時間，大學物理課程開設也有一百多年的時間，已經形成了成熟的整套體系。

隨著大學教育逐步轉入大眾化教育，高校各個專業對物理知識的需求和側重愈發細化，大學物理課程的教學內容和方式與現代科學技術的發展已經不相適應。在此背景下，美國高校從20世紀60年代開始掀起了大學物理課程教學改革的浪潮，改革的思路是普通物理應當盡可能反映當代物理科學的最新成果，應當以現代化的研究方法去組織和傳授普通物理的內容，目前取得了矚目的成就。在國內，已經有許多高校開始了課程改革的探索，比如東南大學、北大等高校在課程內容、教學方式等方面都做了許多工作，編寫了一系列新的教材，建設精品課程，開通網絡教學等。由于學校和學生都具有差異性，在實踐當中，發現這些先行高校的改革成果還是不太適應新升格應用型本科院校的教學需要，為此有必要結合自身實際情況，進行課程改革。

三、大學物理課程教學內容改革

根據教育部的部署，新升本的高等院校應當向應用型學校轉型，在這指導方針下，各個應用型本科院校結合自身的發展層次以及各專業培養目標對大學物理課程的需求情況，對大學物理的教學內容適當地取舍整合，科學優化，側重專業需求。既要貼合教學實際，滿足各專業培養的需要，又要反映物理科學的發展新成果，逐漸形成符合本校實際的完整課程教學內容。

（一）課程教學內容的重組優化

大學物理課程的內容十分豐富，涵蓋了力、熱、光、電和近代物理整個普物體系。以我校為例，目前我校的本科工科專業有電子、機械、能源、通信、汽車等專業，還沒有集成電路制造等與量子力學密切相關的專業，考慮到教學內容的相對完整性，節選了力、熱、光、電這四塊內容作為主要講授內容，不同專業各有側重。例如，對電子科學與技術專業應適當加強麥克斯韋方程組的介紹；對車輛專業應適當加強質心、轉動慣量、熱機循環的介紹，對通信專業應適當加強電磁理論的介紹等，基本上滿足各專業的實際需求。近代物理部分內容以專題方式融合在一起，適當地進行擴展介紹，并羅列參考資料，做到點到為止。這種專題內容既能解決部分學生對大學物理的特殊要求，又能進一步介紹物理科學的新成就，給學生留下思考空間。

（二）高等數學內容的補充

大學物理課程的教學進度比高等數學的教學進度快些，會出現部分基礎內容的脫節現象，即物理中的一些概念定律，用到某些數學知識概念來表示，而學生還沒有學習到這些數學知識。為此有必要通過補充少量的數學內容，這些補充內容不求深入、全面，能達到理解物理概念即可，目的在于克服學生面對新概念和新方法時的恐懼心理，解決進度不一帶來的問題。國內一些教材提供了很好的示范。此外，數學和物理教師之間可以打破壁壘，加強溝通與合作，比如數學教師在講解定積分時，能盡量結合物理問題講解。

（三）精選例題和練習題

例題是學生模仿的范本，練習是加深理解物理概念規律的手段。教師通過講解精選的典型例子，能夠舉一反三解決類似的問題。對于非物理專業的學生，設置難度中等偏易、覆蓋面較寬的練習題，就能滿足實際的教學需要。從心理學的角度看，當學生能夠獨立完成一道習題時，獲得的成就感也會成為其進一步努力學習課程的動力。

（四）大學物理與中學物理的銜接

物理現象觀察和分析以及物理演算是物理學的兩大重要部分，中學時期的物理教育著重于演算。大學階段的大學物理應該強調物理思想、物理方法和啟發的講授和引導，培養學生獨立思考和嚴謹的科學態度。中學物理一般講授的都是簡單的物理問題，大學物理關注的是一般規律。教學內容上要注意中學和大學兩個階段的銜接。講授的內容應當以中學的簡單問題出發，經過逐步延伸從而得出一般規律，不能完全丟棄中學階段打下的物理基礎。

四、大學物理課程教學方式探究

新升格的應用型本科院校中，大學物理課程的課時安排一般是64～80個課時，總體上較少。在這樣的情況下，可以從教學方式的轉變方面著手，通過形式多樣的教學方式刺激學生的求知欲望，增強學生學習興趣，提高教學效率，提升教學效果。

（一）聯系實際，結合多媒體技術和仿真技術，激發學習興趣

圍繞課堂講授內容，借助多媒體技術和仿真技術，引起學生的學習興趣，豐富課堂的教學內容。例如在講授質點運動學中運動方程的內容時，通過介紹當前廣泛應用的衛星定位技術，向學生提出如何對質點精確定位的問題，啟發學生思考，把學生的注意力集中在課堂中，進行啟發式教學。然后引出了空間位置的定量化，即建立坐標，進而建立描述質點運動的運動方程。利用多媒體技術，結合衛星在低軌道上的空中分布，展示地球上任意位置都能接收到最少四顆衛星信號的情形，在此基礎之上，利用不同衛星的信號建立四個運動方程，求解質點任意時刻的空間位置。通過這樣的教學，學生不僅僅學習到了基本的物理知識，還體會到了物理在高科技衛星定位技術中的重要應用。又比如在講解位移電流時，先用Electronics workbench仿真軟件建立一階RC電路，觀察電容的“隔直流，通交流”特性，呈現電容器的充放電過程，既直觀演示了在穩恒電流和非穩恒電流兩者中磁場的安培環路定律的矛盾，又為引出位移電流假設做好準備，這樣學生就能更直觀、更深刻了解麥克斯韋的電磁理論。深入挖掘物理知識在生活中或科學前沿中的應用，以及多媒體和仿真技術的合理應用，將會在教學中起到事半功倍的作用。

（二）實驗與理論相結合

實驗物理也是物理學中極為重要的部分。把物理實驗從實驗室搬入課堂，或者利用計算機進行物理實驗，把物理實驗現象在課堂上重現。例如在講授系統動量守恒的內容時，演示反沖運動，讓一名學生坐在光滑地面的滑板車上，手里抱著滅火器，當向后噴出泡沫時，學生和滑板車向前運動。以此為基礎，引導學生分析系統受力和運動特點，總結出動量守恒的條件和守恒定律，進而延伸到反沖運動的應用——火箭的發射。從現象到規律，符合物理的認知過程，在學習相關知識點時，學生就比較容易掌握。

（三）開展合作課堂

通過開展合作課堂，改變知識從教師到學生，知識單方向流動，學生參與度較低的局面。教師把知識內容合理拆分成不同的問題，然后按照某種方式將學生分組，提前給不同組別的同學布置不同的問題，要求他們使用Matlab、Mathematica、Origin等工具將物理規律可視化，并在課堂中講解。例如在機械波的內容中，將波的疊加和干涉兩個知識點分成兩組，A組別的學生使用Matlab重現疊加現象，B組別的學生使用Matlab重現干涉現象，并且在課堂中各自介紹疊加和干涉的規律。這種教學方式，不僅讓學生發揮出學習的自主性和主動性，也讓學生學會了科研工具的初步使用，了解科學研究的過程，而且課堂中學生與學生、學生與教師之間互相學習討論，學生和老師互相之間有了更多的互動和思想的碰撞，知識的流動變成了雙向或者多向流動。在開展合作課堂時，要注意兩個問題，一是目標主線要明確，二是設置的問題要考慮學生層次，不能夠太難。

當前，物理學在不斷地發展，前沿領域也不斷取得新成果，在大學物理課程的教學中也會不斷涌現新的問題，這就要求我們及時跟蹤分析新問題，及時調整改變教學內容、教學模式和教學思維，更好地傳授物理學知識，培養學生較強的知識應用能力和科學求真精神，又不斷地向學生介紹物理學的新成果和新應用。

【參考文獻】

[1] 李元杰，孫威娜.大學物理教學改革應關注的幾個重要問題[J].中國大學教學，2009（2）

[2] 趙凱華，羅蔚茵.新概念物理教程學[M].北京： 高等教育出版社，1995

【作者簡介】陳 超（1978- ），男，廣西玉林人，桂林航天工業學院講師，碩士，研究方向：計算物理。

（責編 丁 夢）