大學物理模塊化教學改革探究

崔海瑛+崔蓮

摘 要：文章結合地方本科院校特點，在學生的知識結構以及專業需求的基礎上，提出了“大學物理”課程力學部分模塊化改革方案，將“大學物理”力學教學內容分為基礎模塊和提高模塊，考慮到各專業方向不同、學時差異，教學中采用三個類型的教學培養方案，針對每一類型的教學培養方案，開展不同的模塊化式教學，實施不同層次的教學，使學生物理應用能力得到發展，以此提高教學質量。“大學物理”教學內容模塊化改革是在長期教學實踐基礎上提出的，對其他本科院校“大學物理”課程改革具有一定的參考價值。

關鍵詞：大學物理；力學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）09-0026-02

“大學物理”是以物理學基礎知識為內容的課程，是高等學校理工類專業學生的一門重要的基礎課。各個專業的專業課學時增加，導致“大學物理”課程的學時一再壓縮，而理工類各專業使用的 “大學物理”教材[1-4]，一般所需要教學時數都在140學時左右，所以在當前，學時少，內容多，在有限的學時內完成規定的教學內容，致使教學質量很難保證。這就使得高校對“大學物理”實行模塊化建設迫在眉睫。近年來，隨著地方本科高校向應用技術型高校轉型改革的發展，地方普通本科院校出現了“大學物理”改革的熱潮，也取得一定效果[5-8]。大慶師范學院在開展培養應用型人才轉型工作下，對教育教學提出了新的要求，要重視學生實際操作能力的發展，“大學物理”作為一門專業基礎課，首先要進行教學改革。本文結合大慶師范學院的特點，在不同專業學生的知識結構需求的基礎上，提出“大學物理”模塊化其中力學部分的教學改革，將“大學物理”力學部分教學內容分為基礎模塊和提高模塊，又將教學培養方案分為三個類型，針對每一類型的教學培養方案，開展不同的模塊化式教學，進行層次化教學，使學生在各自的專業內得到最充分的能力鍛煉，提高大學生整體的物理知識水平，增強大學生實際物理技術的運用能力，“大學物理”課程模塊化改革是在長期教學實踐基礎上提出的，對其他本科院校教學課程改革具有一定的借鑒價值。

一、“大學物理”模塊教學計劃

（一）理論模塊教學計劃

考慮到各專業方向不同、學時差異，教學中采用三個層次的教學培養方案。全校“大學物理”教學計劃分為 A、B、C三個類型。A類型針對機電學院材料科學與工程專業，B類型針對機電學院電子和自動化專業學生，C類型針對化學與化工、數學及生物技術等專業學生。“大學物理”的內容包含力學、熱學、電磁學、光學及近代物理等方面。這里我們僅介紹“大學物理”當中力學部分內容，“大學物理”力學部分可分為基礎模塊和提高模塊，基礎模塊包含質點運動學和質點動力學，提高模塊包含質點組、剛體、相對論、機械振動、機械波等。

A類型是針對機電學院材料科學與工程專業的課程類型，材料科學與工程專業主要研究材料的組成結構、性能、設計、合成、加工、分析及應用的專業，培養目標是造就同時具備理科基礎和分析應用綜合能力，能夠適應社會主義市場經濟的有競爭力的應用型人才。而“大學物理”是材料科學與工程必修的一門專業基礎課，是培養學生的科學素質和創新精神、提高學生分析問題和解決問題能力的重要學科，對材料科學與工程專業發展建設尤為重要，對于材料科學與工程專業的學生來說，要求學生掌握“大學物理”的基本內容、基本概念、基本理論等，并有一定的推理能力，會用物理工具解決材料問題。因此，在課程設置上，其包含基礎模塊和提高模塊的所有內容，力學課程教學安排通常在第二學期。大學物理的總學時為160學時，其中力學部分教學時數為54學時。

B類型是針對機電學院自動化和電子專業設置的課程類型，電子專業注重培養有從事電子設備和信息系統的設計或應用的實際應用能力、繼承和創新創業能力的技術應用型人才。自動化專業注重培養具有較強的工業自動化及傳感網行業實際應用能力、繼承和創新創業能力的技術應用型人才。而大學物理里的基本概念、基本理論和基本方法都是鍛煉學生素養所必需的。課程設置包含基礎模塊和提高模塊的部分內容（質點組、剛體、機械振動、機械波），力學課程教學安排通常在第二學期。大學物理總學時數為108學時，其中力學部分占54學時。

C類型是針對化學與化工專業，數學、生物技術專業開設的課程類型，開設目的是為學生打好必要的物理基礎，同時使學生學會運用辯證唯物主義思維來研究問題。激發學生的探索和創新精神，對提高學生科學研究能力起到重要的作用。對于化學與化工專業，“大學物理”總學時為66學時，其中力學部分占有26學時。對于數學及生物技術專業，“大學物理”總學時為30學時，其中力學部分占10學時。課程安排在第三學期。因為學時較少，對于化學與化工專業，包含基礎模塊和提高模塊中部分內容（機械振動及機械波），對于數學及生物技術專業，“大學物理”力學部分僅包含基礎模塊知識，就可以滿足學生專業的實際需求。

綜上，對于基礎模塊和提高模塊，我們會結合專業特點制定教學大綱，編寫教案及講稿。針對每一模塊，每一章節，要拆分開來，劃分不同的知識點，找出核心知識點，圍繞知識點制作微課視頻及網絡平臺，形成網絡課程輔助教學，網絡化建設也是“大學物理”模塊化建設的重要組成部分。

（二）實驗模塊化建設

為了全面推進“大學物理”課程模塊化改革，提高教學的效果，使“大學物理”更貼近專業實際，應把力學實驗也納入到模塊化教學改革中。實驗內容分成基礎實驗模塊和提高實驗模塊。基礎實驗模塊包含長度測量、單擺、密度測量、自由落體運動等，而提高模塊部分（綜合設計型實驗）包含碰撞規律的研究、弦振動的研究、聲速測定等[9]。基礎模塊的實驗是必須完成的。而提高模塊部分：A類專業學生至少選修3個實驗，B類專業學生至少選修2個實驗，C類專業學生至少選修1個實驗。

二、大學物理力學內容模塊化改革策略

在“大學物理”力學部分知識體系框架的構建過程中，按照基礎模塊和提高模塊分別構建，基礎模塊中，質點運動學的相應物理量，比如加速度、速度、位矢等需要介紹，還有在不同參照系下，加速度、速度以及位矢的不同表達形式，對于這一章來說，核心知識點是加速度，由加速度可以推導出速度以及位矢。質點動力學部分重點要掌握動量定理、動能定理、動量守恒定律及機械能守恒定律，這兩個定理及兩個守恒定律都離不開對力的討論，因為此章的核心知識點是力，由力推導出沖量，進而得到動量定理，而物體在力的作用下，由運動產生位移，導致力做功，由此得到動能定理。由牛頓第二定律可知力和加速度的關系，由此可以把質點運動學和質點動力學兩章聯系起來。

提高模塊知識包含質點系力學、剛體力學、流體力學、機械振動、機械波及相對論等，本模塊涵蓋的知識量較大，知識面也廣，對于不同專業的學生，要選擇性地學習。相對論中闡述了牛頓時空觀以及愛因斯坦時空觀，洛倫茲變化以及狹義相對論，這部分知識可以拓展學生的知識面。而對本模塊的其他章節內容的研究都是在牛頓時空觀的基礎上來完成的，質點系力學中，注意內力的作用，質點系中質心的運用，要重點掌握質點系動量定理及動能定理，所以核心知識點還是力，圍繞力來討論兩大定理。剛體力學是特殊的質點系，不發生形變的理想固體，重點掌握角動量定理、動能定理，以及平動時的運動規律，而這些討論離不開力矩的作用，本章核心知識點為力矩，圍繞力矩展開學習。流體力學是研究空氣和液體的運動規律的一章，流體力學是涵蓋了固體、液體、氣體三種形態物質的運動規律的學科，對于流體力學研究內部應力、內部壓強、表面張力、毛細現象等，還有對于理想流體，伯努利提出了伯努利方程，這是把機械能守恒定律表述適用于流體力學的應用形式。機械能守恒定律把質點系、剛體、理想流體連接起來。機械振動和機械波部分，機械振動是物質普遍運動的一種形式，是物體在某一位置所做的周期性運動，這里主要討論簡諧振動，即物體在線性回復力的作用下產生的運動，是一種特殊的力學運動，運動方程形式一致，本章重點放在運動方程中基本物理量的理解上，物理量有頻率、周期、振幅、相位等，對于孤立的簡諧系統來說，本章還要注意兩個簡諧振動的合成問題。機械振動在介質中傳播產生了機械波，機械波有橫波和縱波之分，注意波面、波速、周期等物理量的理解。對于能量部分注意能流和能流密度的理解，注意理解機械波的特征干涉和衍射。機械振動和機械波的核心知識點是運動方程部分，圍繞運動方程展開討論等。

三、結論

本文結合大慶師范學院的實際情況以及多年“大學物理”教學經驗，在地方本科院校教育轉型的背景下，考慮到學生知識結構特點，著手于教學內容，提出了“大學物理”模塊化教學之力學部分的改革方案及探索。“大學物理”模塊化教學是在長期教學實踐基礎上提出的，隨著教學的深入，以后還需要不斷完善，同時，該教學模式對其他本科院校在大學物理教學改革方面具有一定的借鑒參考價值。

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