面向工程能力培養的大學物理教學模式創新

王秀珍 張瑞瑞

（鄭州科技學院基礎部 河南·鄭州 450064）

0 引言

大學物理是以高中物理作為基礎進行的深入研究，是各個工程類技術人員必須要掌控的一門學科，在培養大學生工程能力的過程中，需要教師有嚴謹的教學態度和不斷創新的精神理念。伴隨大學教育體系不斷改革的情況下，大學教師需要適應以培養工程能力人才為主的教學改革，從而為國家培養出更多的工程人才。

1 傳統大學物理教學的問題

1.1 教學內容過時

一直以來，大學物理工程類課程的教學模式給人的印象多是理論為主，缺乏實踐課程，其次教學內容脫離社會的實際應用，這會讓許多學生以應付式學習為主，能通過考試拿到學分為主導，從本質上對大學物理工程課程產生厭惡感。而且有一部分教師在講課過程中注重理論的推導和講解，缺乏實踐性，過于理論化的大學物理工程課程教學內容枯燥乏味，這勢必使學生對物理課程失去興趣。

1.2 大學物理教學方法單一

以大學物理教學模式而言主要是“課件+PPT”的教學模式，與傳承的板書而言有一定的優勢，但是這樣的教學會使學生缺乏實踐能力，在PPT的教學模式中，教師會以圖片、視頻等對學生進行講解，雖然能給學生帶來視覺沖擊的效果，但是會使學生缺乏實踐能力，使學生的工程能力得不到合理的培養，再好的理念不進行實踐也很難使學生把握理論的重點，這將不利于應用型物理工程能力人才的培養。

1.3 大學物理考核方式簡單

大學的物理考核形式主要是以期末試卷加平時課堂表現兩部分組成，各個學校在根據自己的教學理念和模式進行細微化的調整。但是這一考核方式過于簡單，忽視了學生的物理應用能力和工程創新能力，使學生對物理課程產生較大的誤解，認為大學物理只是基礎知識課程，不具備實踐性，只要考試前記住公式和題目，考試到達60的及格標準從而拿到學分就行，這種教學模式會導致學生的不良學習風氣的產生，進而出現學習態度松散、逃課等現象。

2 搭建多樣化的教學模式

2.1 教學內容的加深與廣闊

目前，我國大多數大學的理工科的物理教學時間較短，一周約3節大課，教學內容廣泛且淺顯，做不到與時俱進，所選用的教材以電學、熱學、力學、光學、原子學等5個方面進行綜合教學。具體教學內容在根據專業的不同而進行分類，如：機械專業以力學電學為主，開設工程力學、流體力學、工程熱力學等。在西方的工程人才培養體系中，物理預科教學至關重要，第一學年開設的課程分 PTSI、PCSI、MPSI，第二年以 MP、PT、PC、PSI。在這些課程中，M代表數學，P代表物理，C代表化學，T代表技術，SI代表工程科學。在中西學院中采用西方的精英預科教學模式，按照西方教學大綱進行教學，但是教學內容不能很好地融入中國本土，其中大一大二采用物理化學工程學為主的教學大綱，在大三的教學中使用物理工程科學的教學大綱，由此可以看出西方的教學偏向于物理和化學，這能為學生提供一個良好的物理知識基礎，從而為學生提供具有系統化的知識網，使學生能有效地解決物理工程問題。表一為中西方教學內容與課時的對比。

從表1可以看出，中國科技大學物理教學時間為170學時，南京大學物理基礎教學時間為161學時，中歐學院物理教學時間為456學時，此外還有200學時的作業問題指導課。學生學時差過大，反映了大學物理教學內容在廣度和深度上的差距。教師在大量的學時基礎上，給學生灌輸了大量的知識，使學生掌握了充分的基礎知識，養成了高強度的學習習慣，進一步形成系統的知識網絡，奠定了工科基礎。

表1：工科專業大學物理教學內容及課時對比匯總表學時

物理學預科教學分三年進行，具體教學內容見表2。大一的課程包括質點運動學、動力學基本原理、功和能量的關系、自由諧振子和相圖等，從力學的角度講，共28課時。第二個是動量矩定理，諧振子相圖，非慣性系力學等，共48學時。本課程包括流體運動學、流體動力學及守恒定律的應用等，共40課時。機械式模組的內容每年都有涉及，教授的深度也逐年增加。這是物理預科教學的又一特點，有利于學生接受新知識，鞏固已學知識。

表2：物理教學內容表

不同的教學目標，決定了教學的深度和對學生學習的要求。就教學目的而言，工科大學物理在教學過程中注重基礎知識的學習和應用，并將基礎知識運用到不同專業的問題中去。中歐學院物理學科主要培養學生對物理問題的建模、定律/定理的推導及方法的掌握。在教學內容安排和深度上，部分模塊與國內大學物理專業的普通物理課程相近，有的模塊力學、熱學、電子等課程甚至高于物理專業的普通物理課程。舉例來說，在物理的力學模塊教學中，非慣性參照系中的運動研究是我國理論力學課程的一部分，流體力學是某些專業的專業基礎課程的一部分，熱力學模塊中的非平衡態開放系統是工程力學的一部分，電子基礎課程和幾何光學課程是不涉及大學物理的，而僅僅是通過電子和光學等相關專業的專業基礎課來完成相關知識的學習。另外，中歐學院預科物理在習題輔導、課后作業和考試等方面大多是從復雜的實際問題中選取題目，難度比普通物理要高。在學習過程中，學生必須能準確地推導出物理的基本定律，在具備深厚物理基礎的同時，還可以初步培養學生在未來專業領域中應該具備的科學嚴謹的態度。

2.2 傳統與現代結合的教學模式

西方對物理教學內容和要求與物理專業的基礎課程接近，注重培養學生的物理思維和應用能力，并根據具體的教學需求進行不同的教學方法。而國內的理工大學以多媒體PPT加板書為主，很少進行實踐教學，大部分理論基礎知識都是借助PPT講解的，但是學生在接受所學知識時不能形成相應的知識網，并不具備工程實踐能力。西方的教學模式以PPT加實驗演示，加深學生的基礎知識理論，幫助學生理解抽象概念，激發學生的創新能力和應用能力，這對工程能力培養具有很大的幫助。以國內外的大學教學組織而言，國內采用大班制的授課形式，一般一節課都會有120人以上的學生，教師采用理論加習題的教學模式，然而在國外的教學中，除了理論課外，還有與理論配套的實踐和習題，習題指的都是小班制教學講解，小班制的教學能使學生與教師進行良好的互動，從而調動學生的積極性，提高學生的學習狀態。例如：關于繩索振動模型，在大課堂中有很多假設，其中之一就是忽略繩索的引力。我們將驗證這個問題，當只考慮繩索的垂直運動方向時，是否合理。線繩的質量密度是，線繩具有拉力T使它張開。（1）首先，這里所說的重力并非在所有情況下都可以忽略。當考慮到重力影響時，通過受力分析得出繩子的一小段長度微元dx，列出了運動方程；（2）在什么情況下，重力可以被忽略？我們考慮以下兩種情況：a繩子的線密度1=3.1Ч10-4kg.m-1，繩子的端點系有100g的砝碼。B金屬繩1=6.0，Ч103kg.m-3截面半徑為0.5mm的圓，T為3000N。在繩子一端振動為100Hz，當振幅滿足一定條件時可以忽略重力。同動力學的基礎原理列出運動方程，可以得到朗貝爾方程，這個基礎是建立在滿足條件的基礎上。在此基礎上，進一步推導出，在一定簡諧行波頻率下，若要忽略重力影響，振幅必須大于一定值。也就是說，在水平方向上靜止的繩索，其重力是否可以被忽略，取決于與其他物理量無關的振動頻率和振幅。通過這種教學方式用以考查學生對知識的掌握情況，從而得到有效的信息反饋，這對中外結合的教學模式有促進作用。

2.3 采用多種形式的考核制度

為了保證學生的學習規律，應采用多種考核標準，而不是單純期末考試60及格。最好采用加權平均法來考核，以平時成績+實踐成績+創新概念+考試成績來計算，這樣能良好地培養學生的工程實踐能力和理論基礎，從而端正學生的學習態度，培養學生堅持不懈的學習習慣。

3 結束語

在我國工程人員急需的情況下，采用中外結合的教學理念，創新式的教學模式來培養學生高效率的學習能力，可為工科類人才的持續發展奠定基礎，為學生在工程師階段打下堅實的物理基礎。