應用型人才培養模式下物理教學模式改革

梁雄　賴國忠　呂晶

摘 要 隨著新升本科院校向工科轉型，原有大學物理教學模式缺乏內容的針對性和實用性，與專業課程銜接比較差，已經難以適應工科專業培養應用型人才的需要，必須進行相應的教學改革。本文主要對土木專業大學物理的內容設置以及成績評定系統如何完善和優化等問題進行一些探索，優化后的工科物理教學模式加強專業后續課程之間的銜接，課堂例題增加了生活中的實例和工程技術方面的例子，教學內容具有較強的實用性和針對性，能更好地調動學生學習大學物理的熱情和探究問題的積極性。

關鍵詞 工科物理 匹配 轉型

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.06.033

Reform of Physics Teaching Mode under the Model of

Fostering Application-oriented Talents

——Take Engineering Major as an example

LIANG Xiong， LAI Guozhong， LV Jing

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Longyan University， Longyan， Fujian 364000）

Abstract With the transformation of undergraduate colleges to the engineering university， the original model？of Physics teaching has been difficult to meet the needs of engineering specialty's development， and it must be carried on the corresponding reform. Based on mobilizing the enthusiasm of students' learning and strengthening the pertinence and practicability of engineering Physics， this paper emphatically probes into the optimization of the teaching content and the achievement evaluation system to better and explore the problem.

Keywords Engineering physics； matching； transformation

目前，制造業人才結構過剩與短缺并存，領軍人才和大國工匠緊缺，基礎制造、先進制造技術領域人才不足，只能通過短期速成班的培訓來勉強維持對技術人才的需求，造成的主要原因就是學校人才培養與企業實際需求脫節。[1]在 “技工荒”的這樣大背景下，部分地方本科院校向應用轉型才能更好滿足培養不同類型、不同層次的人才需求。[2]但是，隨著院校轉型和本科課程改革的深入發展，大學物理課程在各院系課程結構中的匹配性矛盾越來越突出，以及課時數的大幅度的擠壓，這些都迫使物理課程進行必要的內容整合和優化。

縱觀歷史，物理學在三次技術革命中都發揮著關鍵的作用，它的發展帶動了科學技術的創新。大學物理是整個自然科學的基礎性學科，對理工科學生的科學思維方法的培養和動手能力的鍛煉都起著舉足輕重的作用。因此，鑒于大學物理在人才培養中的重要性，不少專家學者對國內外大學物理教材特點進行了系統的比較分析，普遍認為國外教材章節銜接比較好，物理例題比較貼近生活。[3-5]同時，不少學者對國內大學物理教學內容和方法的改革進行了深入的研究和探索，提出了加強物理內容與專業之間銜接，編制大學物理習題冊、[6]側重基礎講解并突出應用實踐、[7]按照專業需求實施模塊化教學[8]和采用多樣化的教學手段優化教學效果[9，10]等改進措施。

本文以提高學生的自學能力、學以致用的本領為導向，從土木工程專業大學物理的課堂教學、實驗教學以及考查和評價系統三個方面探討大學物理如何在應用型人才培養下更好發揮它應有的作用。

1 教學內容及考試內容優化

1.1做好數學基礎知識與物理各章節之間的銜接

微積分是分析和求解物理問題的一把利器，在力學篇章開始前可花1個課時溫習一下高等數學中微分和積分，而應該應讓學生充分認識到兩數之差與微分之間的聯系，某個量的微分其實就是一個差值，并結合物理內容引導學生如何使用它分析物理問題，例如某個物體空間坐標x的微分dx可以理解為該物體由于運動導致空間坐標的增量，dx也可以代表x軸方向上任取一段線元長度； 讓學生導數就是兩個微分的比值。例如：

已知加速度，求速度與坐標位置x之間表達式

由此可以分子分母同乘以位置的微分，即可得：

分子中和分別代表兩個不同數值，兩者相乘，根據乘法交換律可將它們的位置對調：

再結合題意就可以列出下面這個方程：

分離變量并取積分：

容易求得：

兩邊同時取以e為底的指數函數即可得：

在機械振動、機械波這些內容開講前可以引導學生復習三角函數有關知識以及傅立葉級數等，這有助于分析機械振動和機械波方面相關問題。

1.2 教學內容模塊化及優化，提升學生能學會用的本領

理工類專業基本都會開設大學物理基礎課，涉及學生的物理基礎和應用能力層次都不盡相同，要解決好“羊羹雖美”與“眾口難調”之間的矛盾，就必須將大學物理的教學內容模塊化，使得不同層次的學生都能夠在應用物理知識解決問題的能力得到鍛煉和提高，這就需要物理教學工作者不斷鉆研大學物理與不同專業之間的聯系，才能將物理內容分成理工科的通識部分、專業銜接內容和專業發展所需的拓展部分等三大部分。

教材內容可以根據“重點突出專業聯系緊密的知識點和物理基礎知識”并結合專業培養方案里頭的課時數做合理取舍，土木專業應側重講授力學，力學部分在土木專業結構力學或建筑力學中出現關鍵詞可以作為核心詞，例如懸梁的受力分析、桁架受力分析中經常用到力、力矩、剛體等詞語，且必須讓學生掌握受力分析的方法，可將梁、桁、拱、懸索橋等典型結構引入課堂中作為例題來講解它們受力特點。熱學、電磁學、光學等篇章作為通識部分，而近現代物理作為拓展內容，可以講座的形式介紹一下其誕生的背景、核心概念和基本規律，以基本能滿足學生專業發展需求為度。

教學過程中還應讓每個學生不斷提升自學能力，只有這樣才讓學生畢業后更好適應社會。物理知識有些章節知識和所用的數學工具都比較類似，例如電磁學中靜電場的高斯定理與磁場中能的高斯定理以及靜電場中環路定理與磁場的中，可將這些知識比較接近的章節安排學生自學，所需用到的數學知識應提前給學生，并針對學生的知識結構設置一些小問題。當然也可以把上一講的內容銜接的比較緊湊的章節作為學生自學內容，所設置的問題應盡可能細致些，引導學生突破知識的難點。

1.3 加強大學物理內容的實用性，充分調動學生學習興趣

為了進一步加強教學內容的實用性，課堂教學過程可挑選一些其他領域里應用實例：結合參考系與坐標系這兩個知識點介紹機器人視覺中雙目攝像機標定方法以及測距原理；結合法拉第電磁感應定律說家中所用漏寶的工作原理、電磁爐的工作原理和工程高頻焊接技術；熱學部分可以結合我們生活中的冰箱、空氣能熱水器的工作原理等等。

將日常生活、工程技術中的應用引入物理課堂，可讓學生感觸到物理就在我們身邊，各種先進的科學技術都離開物理，從而更好激發同學們學物理的學習熱情和興趣。教學過程中應從“學會用定理公式解決課本例題”、“用知識分析工程技術”和“用知識巧解生活的問題”等三個層次逐步提高學生應用知識分析解決問題的能力。

1.4 實驗內容分層次，不斷提升學生探究和動手能力

實驗這一模塊盡可能采用探究式教學，實驗項目不必追求多而全，實驗個數少了并不意味著可以降低教學質量，不能像以往那樣實驗動手環節只是程序式重復安裝、調節和測試，蜻蜓點水，淺嘗輒止，而是要搞清楚為什么要這樣做，測量方案能否優化等等。相反，要求教師不斷鉆研現有物理實驗儀器設備，如何設置課堂內容來提升實驗內容的深度，還應針對不同專業設置不同的教學內容，拿出一部分學時出來由學生根據自己實際情況和興趣愛好選做實驗，這部分內容應增強學生實驗過程中的探索環節，進一步深化誤差理論在實驗分析以及測量方案優化中應用，利用實驗前講解時間循序漸進地教會學生設計較為優化的測量方案及步驟，讓學生去體會一下物理實驗大師的那種工匠精神。

實驗項目按照實驗難度劃分出基礎實驗和綜合性實驗或拓展型實驗等等兩大模塊，比如已做實驗加以改進，使得實驗結果測量更加精確，綜合性實驗或拓展實驗是在已經學過一定的物理實驗操作和實驗方法的基礎進行的，適合于動手能力和綜合分析能力強的學生進一步提升實驗探索能力。例如，學生做完示波器這一實驗后，可引導學生利用示波器的觀測李薩如圖怎么準確地判斷波線上兩點的相位差為，接著讓他們自行設計實驗測量方案測超聲波的波長及波速。

1.5 注重考查知識的實用性，評價方式多樣化

為了提高學生的考試通過率，不少老師專門上一次期末復習課圈定考查范圍，這種做法直接導致學生平時不努力，臨考將題目答案死記硬背，閉卷考時只會就全憑記憶一五一十的寫出來，期末考成績大幅度地提高了，但是學生各方面能力就得不到相應鍛煉，這就會完全偏離教學的目的——能學會用。期末考查方式方法一定程度決定學生平時的學習態度，一個好的考查方式可以起到很好的導向作用，因此改變期末考查的方法就顯得尤為重要。期末復習這堂課可給學生復習考查的知識點并說明相應考查要求，以及考試題型及分值比例情況。填空題和選擇題盡量不考查單純的識記類的知識，計算題不應該出書本上的原題，但可以在原題基礎進行適當改造，或將兩三題目綜合起來改編成一道題。為了減輕學生的機械記憶的負擔，期末考試可采用開卷考。

試卷命題時不宜追求高難度，而應注重考查學生基礎知識掌握程度和應用知識解決問題的能力。重在考查如何應用物理學中的定理或定律來解決比較貼近實際的物理問題，應盡可能體現出物理中常用分析思想——微元法，適當降低卷面的難度，設置一些誘導學生在如何將生活中的實際問題轉化成物理模型應用數學工具解決的試題，卷面上可適當提示，給予學生一定解決問題的思路和方法。建議將卷面分成兩大部分——基礎部分和綜合提高部分，其中基礎部分指的是與后續課程有著密切聯系的知識點或物理學中基礎知識，這部分的分值應占卷面75%，綜合部分約占25%。

成績評價體系的總評成績是平時成績、實驗成績、半期考成績和期末成績的綜合評價，其中平時成績評定方法可以借鑒市場經濟中員工的薪酬方法——保底工資+抽成工資+獎懲。保底部分可以根據平時學生的出勤情況、作業完成情況評定，“抽成+獎懲”這部分主要根據作業、實驗是否獨立完成，有無抄襲，課堂作答情況來評定，這樣可以比較調動學生平時學習和解決問題的積極性。另外可以增加考查方法的途徑，例如某一專業競賽涉及到物理某方面知識，他如果能靈活應用解決競賽中所出現的相應物理問題，可在期末總評成績予以適當的加分。雖然這樣考核方式比較復雜，但考核方法比較合理，能更好地將因材施教落到實處。

2 結束語

針對當前各工科專業大幅度壓縮大學物理教學時間以及專業課程內容與專業發展需求，工科物理教學過程中應注重理論的應用，適當簡化繁瑣的理論推導；內容要加強與后續專業課程的銜接，將工程技術和生活中例子引入課堂，增強課堂趣味性；實驗項目根據所教專業來設置，內容分層次以便讓每位學生動手能力得到有效鍛煉；期末考試側重考查學生知識的應用能力，降低識記類知識的比重。改革后大學物理教學與工科專業的人才培養方案的銜接更加緊密，以及具有更強的專業針對性，教學內容變得更加豐富多彩。

*通訊作者：梁雄

基金項目：2016年福建省中青年教師教育科研項目（JZ160194）資助

龍巖學院校級教育教學改革研究項目（2017JZ01）、福建省本科高校教育教學改革研究項目（FBJG20170102）

參考文獻

[1] 葉雨婷.中國制造2025來了 教育體系需向“新工科”方向調整[J].中國工人，2017（4）：28-29.

[2] 李凌艷.新升本科院校轉型發展問題探析[J].考試周刊，2015（23）：142.

[3] 王軼卓，李磊，仲海洋.中外大學物理教材的對比與分析[J].物理通報，2012（2）：114-116.

[4] 潘正權，鮑世寧，方本民，等.中外大學物理教學的比較研究[J].中國大學教學，2010（10）：91-93.

[5] 王雷，李春燕，齊立紅.中外大學物理教材習題選取思考與借鑒[J].科教導刊，2014（16）：66-67.

[6] 王松偉，張鑫，張彤，等.工科類大學物理課堂教學改革[J].現代商貿工業，2017（9）：166-167.

[7] 周曉燁，王玉杰，董可秀，等.工科類大學物理課程教學探索[J].科技資訊，2017（5）：154-155.

[8] 孫連亮，李春磊，崔乃毅，等.工科大學物理的模塊化教學探索[J].北方工業大學學報，2016（1）：68-72.

[9] 金桂，姚敏，黃家敏，等.工科大學物理的教學改革與實踐[J].湘南學院學報，2010（2）：43-45.

[10] 張志清.工科院校大學物理課程教學中若干問題的探討[J].教育教學論，2017（22）：179-180.