新工科背景下的民族高校大學物理教學改革

孔鵬 楊紅 王小云 黃勇剛 鄧科 吉首大學物理與機電工程學院 湖南 吉首 416000

一、引 言

為了主動應對新一輪科技革命與產業革命，根據黨和國家的人才總體戰略，教育部積極推進了新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并由教育部多次發布新工科建設的通知，最近又決定在高等學校培育一批未來技術學院。由此可見新工科的建設是當代人才培養的主旋律，是工程教育改革的新路徑。

新工科專業主要以互聯網和工業智能為核心，一方面是新建包括大數據、云計算、人工智能、區塊鏈、虛擬現實、智能科學與技術等領域的新工科專業，另一方面是以智能制造、云計算、人工智能、機器人、智能醫學等新技術驅動傳統工科專業升級改造。前者指一個全新的領域，后者指傳統工科專業的理念、內容、標準、方法技術都需要更新改造。對于新工科的建設需要從理論上創新、政策上完善，并在實踐中推進與落實完善[1]。

作為高等學校各理工科專業學生通識性教育必修課的大學物理課程，通過課程的學習，使學生逐步掌握物理學研究問題的思路和方法，在獲取知識的同時，使學生擁有建立物理模型的能力，定性分析、估算與定量計算的能力，獨立獲取知識的能力，理論聯系實際的能力等。開闊思路，激發探索和創新精神，增強適應能力，提升其科學技術的整體素養。通過課程的學習，使學生掌握科學的學習方法和形成良好的學習習慣，形成辯證唯物主義的世界觀和方法論，其教育目標是培養學生的科學思維、科學素養、探索精神和創新意識。由此可見，在新工科的建設與探究階段，大學物理作為新工科的基礎課程，必須要緊跟新理念、新的人才培養戰略，及時的、理性的開展大學物理教學改革，以適應新工科建設發展的新要求。

二、大學物理教學現狀

首先依據目前國內所用的大學物理教材內容來看，主要是以經典物理學為主，力學、熱學、電磁學、光學、近代物理基礎[2]，知識體系依照中學物理布局，只是將物理知識拓展到一般的體系當中，所以整個知識體系較為陳舊，導致很多學生會先入為主，還是利用中學物理的學習思路來進行學習，不能很好的利用高等數學的知識去理解物理模型，誤以為大學物理很難學習。又因為大學物理的課時在專業培養方案中不斷的壓縮，導致學生無法對知識點進行深入的學習和理解，同時也導致學生對于大學物理的知識學習興趣很低，態度不積極主動，認為大學物理與本專業知識無銜接、無聯系，使得學生更加不想學習大學物理，從而陷入了一種惡性的循環當中。

其次，大學物理教學模式比較單一，都是講授與簡單的PPT制作結合的“滿堂灌”，導致課堂趣味性較低，而且由于是大班授課，與專業知識的結合度太低，學生的與老師的互動性也大大降低；

第三，教學理念也過于陳舊，在教學過程中，教師應該以教學質量作為教學過程中的核心內容，因為這些才是新工科復合型創新人才培養的發展目標。但是，對于教學質量的評價又轉變到傳統的教學質量觀上，以學生的考試分數來進行分析與評價。教師在教學的過程中要學會更新教學理念，對于傳統的教學理念，不能完全地摒棄，要學會取其精華、去其糟粕，這樣才能促進大學物理教育的發展和進步。

再者，考核方式的單一性也是導致大學物理教學質量較低一個因素。傳統的期末考試加上平時考勤、作業，這種模式導致學生認為大學物理只是一門記憶公式的課程，無法真實客觀的反映大學物理的創新精神，完全忽略了創新型思維能力的培養和解決實際問題的能力。

三、大學物理教學內容改革

新工科背景下大學物理教學需要體現時代性和前沿性，要不斷優化教學內容，逐步實現教學內容的現代化。傳統的大學物理教學內容主要包括力學、熱學、電磁學以及光學和近代物理的知識，但是現在新工科的基礎已經轉變為近代物理知識，尤其是新能源、新材料，航天航空探索、電子信息技術等都與量子理論息息相關，但是在實際的教學中近代物理部分的授課出現課時少 、選修內容較多、演示實驗少、重點不突出的缺點，導致傳統的重點知識與現代新工科的關聯度較低。因此，要通過教學改革提升彼此間的關聯度，大學物理課程知識之間要打破界限、融會貫通，注重經典和近代物理之間的關聯性和知識結構的傳承[3]。

教師需要通過調整知識結構，增刪教學內容，適應新工科專業的培養目標，形成以學為中心、目標為導向的教育模式。注重自然科學前沿進展、工程實際和其他相關學科知識的有機結合，可以有效的激發創新性。例如，在大學物理中的理論課程中增設實驗模塊，指導學生利用開源的軟件（python）建模、分析和解決物理問題，既可以豐富課堂學習的樂趣，又可以在這個過程中得到理論知識的提升[4]。

四、大學物理教學方法的改革

(一)學生為主體

新工科的新理念、新的人才培養目標促使著大學物理的教學方式方法也要進行改革。首先是教學理念的改革，傳統的“教”要轉變為現在的“學”，也就是說教師的角色要從傳統的講授知識者切換到現在的引導學生自己獲取消化知識。教師應當回歸本職，傳道授業解惑，把“滿堂灌”的課堂變成引導學生“主動吸”的模式，積極的利用實際問題和科學前沿培育學生的主動解決問題的能力，教學過程中突出學生的主體作用[5]。

(二)信息技術為載體

信息技術與互聯網的發展為大學物理的教學提供了更多、更優的資源，雖然信息化的手段已經在大學得到推廣，但是目前階段大部分的教師還只是局限于簡單的多媒體課件。物理學的思想就是將復雜的實際問題簡化為簡單的物理模型，從而來分析與求解，所以在學生進行物理學習的時候，如果可以將物理圖像深深印入腦海中，那么學習效率將會大大的提高。借助先進的信息技術，將物理模型以圖片或者動畫的形式進行展現，還原模型建立的全部過程，在這個過程中培養學生的模型簡化能力、邏輯推理能力、分析建模能力與數據處理能力，為今后的工科的學習提供物理的思維模式。

(三)問題導向，探究式學習

面對新工科提出的新理念、新標準，大學物理的教學要突出問題導向，重視學生立論和辯論能力的培養，鼓勵學生探究問題，分組討論并相互辯論，提高課題的興趣氛圍。然后由教師來總結分組討論的觀點，認清正確的觀點，及時扭轉錯誤的思維觀點。這樣使得課題充滿樂趣，并且可以使得學生的記憶點更加深刻。尤其是在引入Python之后，老師提出問題，除了分組討論之外，還可以加入模擬仿真，驗證各自的觀點，在探究的過程中修正錯誤。

五、結 論

在國家戰略部署下，新工科的發展與建設是勢在必行的，而大學物理作為工科學習的基礎知識，必須要緊跟新工科的發展要求和趨勢，將新工科的理念融入到大學物理的教學當中去。新工科專業的升級與改造對于物理知識的深度與廣度、物理手段和方法的先進性以及物理思維的創新性都提出了更多的要求和標準。尤其是在民族高校之中，傳統的理工科專業都沒有十分突出的優勢與資源，物理專業與學科發展為新工科的發展助力前行，而新工科的發展也恰好為物理的發展提供了機遇與平臺。