新工科背景下建筑類高校“大學(xué)物理”課程改革探索

付沙威，陶薈春，滿玉春

當(dāng)今世界新一輪的科技和產(chǎn)業(yè)變革加速進(jìn)行，國家發(fā)展需要更多靈活和適應(yīng)性強(qiáng)的人才［1］.2016年，根據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略新思想、國際競(jìng)爭(zhēng)新經(jīng)濟(jì)格局和產(chǎn)業(yè)形勢(shì)以及立德育人新要求，“新工科”這一概念被提出，成為我國高等工程教育發(fā)展的新方向［2-3］.新工科強(qiáng)調(diào)應(yīng)對(duì)變化和塑造未來，需要繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)助與共享，其建設(shè)的精髓在于“新”，在于提升大學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力.適應(yīng)國家發(fā)展需要的新工科人才不僅要有精深的專業(yè)知識(shí)和良好的科學(xué)素養(yǎng)，更要具備多元化的認(rèn)知和創(chuàng)新能力.建筑類專業(yè)的課程內(nèi)容涵蓋巨大的知識(shí)框架，從自然科學(xué)、理論技術(shù)到人文、生態(tài)均有涉及，因此，融入新工科背景的課程建設(shè)是培養(yǎng)建筑類新工科人才的重要途徑.

物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，是工程技術(shù)發(fā)展的主要源泉.物理學(xué)的理論研究取得重大突破，必將為工程技術(shù)帶來巨大進(jìn)步.從牛頓力學(xué)和熱力學(xué)的發(fā)展推動(dòng)的第一次技術(shù)革命，到電磁學(xué)理論的發(fā)展推動(dòng)的第二次技術(shù)革命，再到相對(duì)論和量子力學(xué)的發(fā)展推動(dòng)的第三次技術(shù)革命，均已證明物理學(xué)的重要地位.“大學(xué)物理”課程作為一門重要的自然科學(xué)通識(shí)課，是理工科專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)應(yīng)用型人才的知識(shí)框架中具有基礎(chǔ)性作用，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力和科學(xué)素養(yǎng)均有十分重要的意義.對(duì)于地方建筑類高校來說，人才培養(yǎng)目標(biāo)主要定位于培養(yǎng)適應(yīng)建筑行業(yè)需求的應(yīng)用型高級(jí)專門人才，因此，“大學(xué)物理”課程建設(shè)與改革具有自身的特點(diǎn).本文結(jié)合多年課程改革實(shí)踐，探討了“大學(xué)物理”課程改革存在的關(guān)鍵問題，并提出改進(jìn)舉措，以期為新工科背景下建筑類高校課程建設(shè)研究提供參考和借鑒.

1 高校“大學(xué)物理”課程改革述評(píng)

1.1 課程改革取得的成果

自新工科概念提出以來，各大高校尤其是工科類高校積極探索新工科背景下的“大學(xué)物理”課程改革，并取得了很多可借鑒的研究成果［4-8］.

（1）課程內(nèi)容改革實(shí)行模塊化.目前“大學(xué)物理”課程在高校培養(yǎng)方案中的地位逐漸被弱化，尤其是在應(yīng)用型高校，重視專業(yè)課教學(xué)，而基礎(chǔ)課學(xué)時(shí)被大幅壓縮.很多理工科院校將“大學(xué)物理”課程內(nèi)容劃分成多個(gè)模塊，著重講授與專業(yè)相關(guān)的模塊，而專業(yè)不涉及的模塊作為一般講授或興趣閱讀，更加注重專業(yè)適用性.一方面緩解學(xué)時(shí)少而授課內(nèi)容多的矛盾，另一方面減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)強(qiáng)度.

（2）課堂教學(xué)創(chuàng)新探索多元化.通過引入物理學(xué)史、名人傳記或應(yīng)用實(shí)例等方式，把經(jīng)典的物理內(nèi)容講活，增強(qiáng)課堂趣味性；增加近現(xiàn)代物理的內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容更接地氣，更加“貼近生活、貼近現(xiàn)代、貼近社會(huì)”；通過與實(shí)驗(yàn)或競(jìng)賽相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與大學(xué)物理基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)的積極性.通過實(shí)現(xiàn)全方位、多元化的教學(xué)創(chuàng)新，改善基礎(chǔ)物理單一的教學(xué)樣態(tài)，使學(xué)生易于接受、樂于接受，在接受中受到熏陶、感染和鍛煉.

（3）教學(xué)手段應(yīng)用注重混合化.現(xiàn)代教育技術(shù)的飛速發(fā)展使基礎(chǔ)課的教學(xué)手段日益豐富，采用多媒體教學(xué)或動(dòng)畫演示等形式進(jìn)行教學(xué)手段創(chuàng)新，直觀形象地展現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)，易于學(xué)生理解.高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，教師可以實(shí)施線上線下混合式教學(xué)，利用慕課資源或翻轉(zhuǎn)課堂創(chuàng)新課堂教學(xué)模式，開闊學(xué)生視野，拓展學(xué)生知識(shí)面；通過線上預(yù)習(xí)、練習(xí)、復(fù)習(xí)、討論等環(huán)節(jié)擴(kuò)充教學(xué)時(shí)間，延伸教學(xué)空間，緩解課上壓力.

1.2 課程教學(xué)存在的問題

盡管“大學(xué)物理”課程改革一直在如火如荼地推進(jìn)，但距離新工科的目標(biāo)與要求還有很大的距離，在培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越建筑類工程人才的過程中存在明顯不足，服務(wù)于新工科人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)性和重要性地位發(fā)揮還不夠充分.解析主要原因如下：

（1）人才培養(yǎng)體系尚不完備，理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)方法浮于表面.教師仍過于強(qiáng)調(diào)物理理論教學(xué)，淡化了物理模型的構(gòu)建、思維方式的培養(yǎng)以及與其他后續(xù)課程或?qū)I(yè)技術(shù)的銜接，不利于培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力和工程應(yīng)用綜合能力，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程或是解決工程中實(shí)際問題的能力明顯欠缺.“大學(xué)物理”是理工科專業(yè)公認(rèn)的“硬課”，恰恰是“硬”在知識(shí)鏈長(zhǎng)、邏輯性強(qiáng)、涉及面廣、含金量大，其中有些內(nèi)容在后續(xù)課程中不再涉及，但對(duì)于培養(yǎng)“有用的人”而言又必不可少［9］.

（2）學(xué)生主體地位不夠突出，啟發(fā)式、討論式等教學(xué)手段仍流于形式.盡管教師在教學(xué)過程中采用動(dòng)畫視頻、演示實(shí)驗(yàn)及翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)手段，也只是為了讓學(xué)生更易理解知識(shí)點(diǎn)，根深蒂固重理論的教學(xué)思想必然導(dǎo)致以教師為主導(dǎo)的傳統(tǒng)教學(xué)模式.填鴨式灌輸理論知識(shí)使學(xué)生真正掌握學(xué)以致用的物理方法較少，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為“大學(xué)物理”課程對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)沒有幫助，學(xué)習(xí)態(tài)度不端正.

（3）學(xué)生學(xué)習(xí)意愿不強(qiáng)烈，基礎(chǔ)課教學(xué)改革賦能增效的作用發(fā)揮仍不充分.教學(xué)改革研究注重教學(xué)內(nèi)容和方法.開設(shè)線上教學(xué)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等增強(qiáng)教學(xué)靈活性和趣味性，學(xué)生也只是按照教師的要求完成瀏覽任務(wù)或機(jī)械地獲取數(shù)據(jù)，取得期末成績(jī)，而不愿深入思考理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的相互關(guān)系，缺乏探究意識(shí)和獨(dú)立解決問題的實(shí)踐能力.學(xué)生對(duì)課程沒有足夠的參與度和重視度，再好的教學(xué)手段都不能提高教學(xué)效果.

（4）網(wǎng)絡(luò)作用發(fā)揮不顯著，互聯(lián)網(wǎng)輔助教學(xué)缺乏監(jiān)管和融會(huì)貫通.線上教學(xué)給予學(xué)生很寬泛的學(xué)習(xí)時(shí)間和豐富的知識(shí)內(nèi)容，但那些主觀能動(dòng)性不強(qiáng)、自我學(xué)習(xí)意識(shí)差和學(xué)習(xí)興趣薄弱的學(xué)生并不會(huì)將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)作為有力的學(xué)習(xí)工具，受益較少.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)主要呈現(xiàn)課件、習(xí)題講解、討論和章節(jié)測(cè)試，與課上教學(xué)明顯脫離，而網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)監(jiān)管形式的局限也讓很多學(xué)生怠慢.

鑒于此，“大學(xué)物理”課程的創(chuàng)新改革仍然任重道遠(yuǎn)，“大學(xué)物理”教師應(yīng)尋求更為合適的課程革新途徑，力求在理念和方法上均有所突破，更加貼近新工科建筑類卓越人才培養(yǎng)的要求，為后續(xù)專業(yè)課程和實(shí)踐應(yīng)用提供知識(shí)和能力的鋪墊.

2 建筑類高校“大學(xué)物理”課程改革路徑探索

筆者結(jié)合所在的地方建筑類高校新工科人才培養(yǎng)新要求，以有效地培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、應(yīng)用和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，采用理論與實(shí)際教學(xué)相結(jié)合的方法，合理重構(gòu)“大學(xué)物理”課程的教學(xué)內(nèi)容，建立促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的評(píng)價(jià)體系，創(chuàng)設(shè)能夠有效引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與的教育環(huán)境，注重教學(xué)實(shí)際成效，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生掌握和運(yùn)用知識(shí)的態(tài)度和能力，使每一位學(xué)生都可以獲得充分的發(fā)展性成長(zhǎng).

2.1 以教學(xué)理念變革開拓課程改革思路

在實(shí)踐教學(xué)中，改變以往課程過于注重知識(shí)傳授的傾向，強(qiáng)調(diào)物理思想和方法的掌握，所有知識(shí)點(diǎn)的推論或解題可以歸結(jié)為幾類方法，如特殊性轉(zhuǎn)向普遍性的方法、矢量方向判斷的方法以及模型方法等，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)有了竅門，而不是機(jī)械地記憶知識(shí)點(diǎn)，解題也不會(huì)無從下手或不能舉一反三.授人以魚不如授人以漁，這樣的教學(xué)方法減輕了繁重的授課任務(wù)，最重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的物理思維，提高學(xué)生對(duì)“大學(xué)物理”課程的興趣和重視程度，積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，形成學(xué)習(xí)的良性循環(huán)，對(duì)培養(yǎng)具備發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力的新型建筑類人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).另外，采用小組學(xué)習(xí)的方法帶動(dòng)全體學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提升，每組不超過10人，物理成績(jī)較好的學(xué)生占三分之一，成績(jī)中等的學(xué)生占三分之一，厭學(xué)或棄學(xué)的學(xué)生占三分之一.每一小知識(shí)模塊講授完后，小組成員需要在一起總結(jié)復(fù)習(xí)，相互學(xué)習(xí)，每人提交一份知識(shí)點(diǎn)總結(jié)并必須掌握重點(diǎn)習(xí)題，每人擬出一道考題，匯總后與其他小組交換，相互考查，這樣可以避免學(xué)生因課上沒理解、落課、學(xué)習(xí)意識(shí)薄弱等因素造成的學(xué)習(xí)跟不上，甚至棄學(xué)，起到督促和幫助的作用，有效提高教學(xué)效果.

2.2 以課程體系重構(gòu)支撐課程改革落地

教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和現(xiàn)代化是課程改革的主旋律，針對(duì)地方高校建筑類專業(yè)的不同特點(diǎn)以及后繼相關(guān)課程的要求，全面優(yōu)化“大學(xué)物理”課程教學(xué)內(nèi)容，把內(nèi)容的硬核和專業(yè)需求有機(jī)結(jié)合，凸顯專業(yè)知識(shí)之下的物理基礎(chǔ)作用，特別是支撐專業(yè)新進(jìn)展、新技術(shù)發(fā)展的物理原理，進(jìn)而從底層加深對(duì)本專業(yè)進(jìn)步與創(chuàng)新的理解.“大學(xué)物理”課程可以劃分為多個(gè)模塊，包括力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)以及近代物理，在建筑類新工科人才培養(yǎng)的教學(xué)中，我們沒有將某一個(gè)模塊完全拋棄，而是重點(diǎn)講授與專業(yè)和后續(xù)課程相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，其余的知識(shí)弱化講授或作為自學(xué)內(nèi)容，這樣既可以讓學(xué)生把握重點(diǎn)，了解基礎(chǔ)學(xué)科與專業(yè)之間的聯(lián)系，又可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面和系統(tǒng)的培養(yǎng)，有利于學(xué)生的知識(shí)牽引.例如土木、道路等專業(yè)重點(diǎn)講授力學(xué)和光學(xué)，給排水、環(huán)境等專業(yè)重點(diǎn)講授熱學(xué)，電氣、計(jì)算機(jī)等專業(yè)重點(diǎn)講授電磁學(xué)和近代物理.此外，在教學(xué)過程中還引入與專業(yè)有關(guān)的工程知識(shí)，例如河流拐彎處堤壩的建設(shè)與力學(xué)的聯(lián)系、熱泵效能提高與熱學(xué)的聯(lián)系、地下金屬管線探測(cè)與電磁學(xué)的聯(lián)系、增透膜與光學(xué)的聯(lián)系以及量子傳輸與近代物理的聯(lián)系等.在夯實(shí)物理基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，拓寬知識(shí)內(nèi)容，探討物理原理與前沿科學(xué)或自然現(xiàn)象等的關(guān)聯(lián)，建立理論知識(shí)與工程實(shí)踐之間的相互關(guān)系.通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)際工程技術(shù)中的案例分析，培養(yǎng)其分析復(fù)雜工程問題的能力，提高解決問題的能力，從而為培養(yǎng)新型建筑類人才打下較好的理論和能力基礎(chǔ).

2.3 以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)融合延展課程改革鏈條

筆者所在高校引入的在線教育綜合平臺(tái)為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供有力的支持和保障，大力推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與課堂教學(xué)的融合.通過改進(jìn)和完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)內(nèi)容，從以往呈現(xiàn)概念、公式和習(xí)題轉(zhuǎn)向體現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)和教學(xué)邏輯思維，現(xiàn)已逐步實(shí)現(xiàn)教師教學(xué)方式、學(xué)生學(xué)習(xí)方式、師生互動(dòng)方式的變革，不是簡(jiǎn)單地將課件、講稿、習(xí)題講解和拓展知識(shí)上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)由學(xué)生自己查看，而是融合了課前預(yù)習(xí)提綱和小問答、課上教師提問檢驗(yàn)和練習(xí)題提交以及課后答疑、復(fù)習(xí)問答和測(cè)試，將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)真正與課堂教學(xué)融合.建立豐富的試題庫，單元測(cè)試題目隨機(jī)，學(xué)生需要在規(guī)定時(shí)間完成作答，有效防止抄襲.為充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，給學(xué)生提供豐富多彩的教育環(huán)境，成為有力的學(xué)習(xí)工具，我們還利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)設(shè)置與建筑類專業(yè)相關(guān)的研討題目，例如轉(zhuǎn)動(dòng)慣性對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，溫度傳感器的設(shè)計(jì)，霍爾效應(yīng)的應(yīng)用，干涉降噪等，加強(qiáng)基礎(chǔ)理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用的相互融合，有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理和運(yùn)用物理知識(shí)的積極性，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力.

2.4 以評(píng)價(jià)體系完善夯實(shí)課程改革成效

科學(xué)評(píng)價(jià)是教學(xué)改革的指揮棒，將課程評(píng)價(jià)融入教學(xué)全過程.改革評(píng)價(jià)體系，體現(xiàn)過程性評(píng)價(jià)，多方面、多角度地考察學(xué)生，合理評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn).期末成績(jī)?nèi)匀挥善綍r(shí)成績(jī)和試卷成績(jī)組成，平時(shí)成績(jī)占30%，試卷成績(jī)占70%.平時(shí)成績(jī)不再只以傳統(tǒng)的作業(yè)、出勤為考核依據(jù)，課前復(fù)習(xí)提問和授課提問是反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況的重要依據(jù)，將其納入平時(shí)成績(jī)的考核，對(duì)學(xué)生起到督促的作用.在授課過程中，教師發(fā)現(xiàn)有學(xué)生沒有認(rèn)真聽講，就一定會(huì)提問，如果學(xué)生回答不出，那么一定教會(huì)這個(gè)學(xué)生，長(zhǎng)此以往，不認(rèn)真聽講的學(xué)生一方面覺得不能再蒙混過關(guān)，另一方面覺得耽誤同班同學(xué)的正常授課而難為情，同樣也為平時(shí)成績(jī)而擔(dān)憂，從而主動(dòng)認(rèn)真地聽講.在教學(xué)實(shí)踐中，教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生上課聽講更認(rèn)真，筆記更詳細(xì)，學(xué)生給老師的反饋是“從未這么認(rèn)真地聽課”.平時(shí)成績(jī)也包含學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的訪問、教學(xué)資料的查閱、參與提問和討論的次數(shù)、單元測(cè)試的結(jié)果.此外，習(xí)題或者期末考試試卷的題目更側(cè)重對(duì)運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題能力的考核，并且不同專業(yè)的試卷題目也不相同.通過知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用解題的訓(xùn)練，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到“大學(xué)物理”課程的重要性和趣味性，逐步讓學(xué)生了解學(xué)習(xí)“大學(xué)物理”課程除了掌握考核知識(shí)，還應(yīng)體現(xiàn)獲取知識(shí)的能力、分析解決問題的能力和創(chuàng)新能力.

通過上述改革，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣顯著提高了，學(xué)生的課堂參與度從以往不足一半增加到近三分之二，并且全部學(xué)生都能夠運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái).從章節(jié)測(cè)試和期末考試結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握較扎實(shí)，運(yùn)用較靈活，期末考試及格率從以往不足65%提升到約75%.此外，學(xué)生參與學(xué)術(shù)或?qū)嶒?yàn)競(jìng)賽的積極性也增強(qiáng)，在這一過程中，學(xué)生的進(jìn)步是明顯可見的，對(duì)問題的分析和解決能力逐漸提高，研究報(bào)告的撰寫和答辯逐漸規(guī)范，學(xué)生已具備基本的科學(xué)素養(yǎng).

3 結(jié)語

基于不同建筑類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建多元化的“大學(xué)物理”課程體系和評(píng)價(jià)體系，提升基礎(chǔ)課教學(xué)與專業(yè)人才培養(yǎng)的契合度，有力扭轉(zhuǎn)物理基礎(chǔ)課和專業(yè)課銜接不緊密的兩張皮現(xiàn)象，有效改善學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)動(dòng)力不足、可有可無的現(xiàn)狀.通過實(shí)施與新工科相適應(yīng)的課程改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力得到提升，有望成為符合新時(shí)代要求的建筑類新型人才.

新工科背景下的“大學(xué)物理”課程改革既不能孤芳自賞、自我陶醉，也不能自暴自棄、隨波逐流，要真正做到知識(shí)、能力、素質(zhì)三位一體是需要花大力氣的，需要教師不斷“充電”，與時(shí)俱進(jìn)更新觀念、拓寬視野、持續(xù)發(fā)力，在“硬核”課程改革中成就“硬課”的口碑.