大學物理課程的教學內容構建與教學模式創新

朱家昆 周中漢 吳維寧 陳 勇

（湖北大學物理與電子科學學院 湖北·武漢 430062）

0 引言

2017 年以來，教育部圍繞高校工程教育發展戰略進行了多次研討活動，先后提出“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，由此來確定新工科建設的具體方向，形成了“工科優勢要對工程科技創新和產業創新發揮主體作用”[1]等共識。工程認證背景下要讓學生將物理規律和物理特性與有關科技創新進展相結合，使學生從被動學習轉變為主動學習，同時在教學實踐中汲取課程創新案例，培養學生的批判性思維及自我拓展知識結構，特別是結合新工科、新科技方面的相關典型案例的教學創新。我校也針對即將開展的工程教育專業認證，對相關工科專業的大學物理教學展開探索、創新與改。

1 通信工程專業大學物理課程的教學內容構建

1.1 通信工程的專業特點

通信工程專業尤其對物理的要求較高，其中電路基礎、模擬電路等專業課程的學習都與物理有著千絲萬縷的聯系，所以公共必修課“大學物理”的開設，是通信工程專業學生學習后續專業課程的基礎。如何將“大學物理”中的物理知識同通信工程的學科特點和專業知識有效地結合在一起，也成了授課教師所要重點研究和探討的問題。

1.2 我校通信工程專業大學物理課程的開設現狀

我校的“大學物理”按不同需求分為A、B、C 三個等次的教學方案。通信工程專業此前一直選的是A 方案，分成大一下和大二上兩個學期來展開教學，每學期48 學時，共96 學時，學習內容包括力學、電磁學、振動與波和光學、熱學四個篇章，近代物理學作為自學內容。然而根據通信工程的學科特點，專業課的學習中并不涉及到力學中的剛體力學和熱學中的氣體動理論知識，所以在做新版教學方案的時候將其刪減掉，使其教學方案等次由A變為B，依然分為大一下和大二上兩個學期來講授，第一學期48 學時，第二學期32 學時，共80 學時。由于電磁場篇章中運用到大量高等數學中的微積分知識，所以為了與高等數學的學習進度保持同步，并盡量平衡兩個學期的課程難度，特將振動與波的內容放到第一學期的靜電場之前講授，而將電磁學中的恒定磁場、電磁感應與電磁場這兩章內容放到第二學期講授。

1.3 對通信工程專業大學物理課程的進一步優化

由于大學物理的教學方案是面對全校理工科專業的，往往有多個專業選擇同一等次的教學方案，在教學過程中如果全都按部就班地按照教學方案的框架來進行的話，無法體現其學科差異性。所以針對通信工程專業的學科特點，我們還需對其課程結構和教學內容進行進一步的優化，適當增大某些學科相關內容的比重，并盡量減少那些關系不大內容的比重。

1.3.1 增加與電路有關的知識學習

在通信工程的整個專業課學習中，“電路”是最為基礎的一門課，涉及到電阻、電容、電感等基本電子元件和基爾霍夫定律、戴維南定理等電路基本規律。而在大學物理的電磁學部分學習中，我們更多是從電場和磁場本身的性質來深入研究電磁現象，涉及到的高斯定理、環路定理、電場強度和電勢疊加原理、畢奧-薩伐爾定律等重要知識點都著重于“場”的數學計算，關于“路”方面的知識反倒被弱化了。所以在如今的學習過程中，我們不僅要講“場”，也要講“路”，做到“場路”結合，將原本教學方案中沒有的6-6 節《電容器的充放電》融入到6-4 節《電容 電容器》中學習，再將8-4 節《RL 電路》融入到8-3 節《自感和互感》的自感電動勢的學習之中，讓學生對電容和電感兩大基本電子元件的自身物理特性和在具體電路中的實際應用得以更為有機的融會貫通。

1.3.2 加強與后續專業課之間的關聯

“電磁場與電磁波”是通信工程專業的一門重要專業基礎理論課，而“大學物理”中的電磁學部分則為該課程的學習打下了堅實的基礎。所以我們要加強電磁學中某些章節的學習，比如7-1 節《恒定電流》中，電流的連續性方程，恒定電流條件，恒定電場與靜電場的比較等內容拓寬了電場概念的認知。而6-5節《靜電場的能量，能量密度》和8-5 節《磁場的能量，磁場能量密度》則對電磁場的能量進行了較為系統的概述，而8-6 節《位移電流，電磁場基本方程的積分形式》更是對麥克斯韋電磁理論的思想形成和麥克斯韋方程組的積分形式有了一個全面的講述，有助于學生日后進一步學習麥克斯韋方程組的微分形式。而下冊書中的9-7 節《電磁振蕩》和10-7 節《平面電磁波》則讓學生對平面電磁波的形成與傳播有了一個基本的認識，同樣有助于將來對電磁波理論的深入學習。

1.3.3 強化理論知識的實際應用，弱化過于理論化的知識點

通信工程專業講述中要盡量強化其在生活實際中的應用。于是我們增加6-7 節《靜電的應用》的學習，旨在讓學生了解范德格拉夫靜電起電機、靜電除塵、靜電分離等實用裝置，從而更加形象直觀地理解導體的靜電平衡。而對7-7 節《帶電粒子在電場和磁場中的運動》中霍耳效應的學習中，我們也加入了霍耳效應在控制電動車行進速度的轉把，測量汽車發動機和車輪的轉速等方面的實際應用介紹。而太過理論化的知識也不利于工科學生的消化掌握，所以我們直接去除了質點運動學中的1-3 節《相對運動》，2-5 節《非慣性系 慣性力》，3-9 節《質心 質心運動定律》等理論化較強的知識點，并且由于第三章《動量守恒定律和能量守恒定律》中的許多內容重復了高中物理的學習，故將其從原來的8 學時降為如今的6 學時。

2 通信工程專業大學物理課程的教學模式創新

面對大學物理課程眾多的知識信息量，盡管大部分授課教師都嘗試采用參與式、討論式、滲透式等多種教學方法，并利用電子教案、錄像和演示實驗等一系列教學手段來提升教學效果，但總體上仍主要以“灌輸式”教學模式為主，教學效果并不理想。所以我們必須結合更為先進的現代化信息教學手段，對通信工程專業大學物理課程進行教學模式上的創新。

2.1 建設“大學物理”慕課網站，嘗試“翻轉課堂”教學

首先我們完成了“大學物理”課程的慕課網站建設，將教師準備的教學視頻、多媒體課件、課后習題和其他學習資料及時上傳到網站中并根據實際教學情況不斷更新完善。嘗試著采用線上學習與線下討論的混合式教學模式，以學生課下看視頻，學課件為基礎，以課堂上老師針對教學內容的重難點知識進行深入剖析，對學生在線學習中所反饋的主要問題進行集中討論為過程，嘗試著全新的“翻轉課堂”教學模式。

2.2 講授式教學模式向互動式教學模式的轉變

如何培養學生的學習興趣也是教學模式創新的關鍵所在。所以我們必須轉變“教師是課堂主角”的傳統教學理念，變講授式教學模式為互動式教學模式，讓學生逐漸成為學習的主角。再通過課前布置思考題，課堂分組討論，課后單元檢測的方式，不斷提升學生的學習興趣，促進其學習積極性，建立物理思想，開拓物理思維，并將其應用于實際工程問題的解決中，從而實現對工程認證背景下通信工程專業大學物理教學全方位立體式的促進與深化。

3 結語

我校大學物理教育主動適應此前“復旦共識”“天大行動”等所確立的方向、原則和要求，在總體設計上必須更加具有實際性和應用性。在教學內容和方法上，更加注重物理思想的滲透，物理方法的運用。教學方案的實施也更具針對性，更加適應通信工程專業的發展需求。同時，采用“翻轉課堂”的教學模式，豐富教學形式和內容，使抽象的物理知識、物理原理和物理思想，通過當今先進的網絡技術得以更好地傳播，充分發揮學生的主體作用，使之更為個性化，泛在化，人文化，從而適應新工科背景下工程技術人才培養的需要。