理工科《大學物理》有效教學探究

張科智 陳 艷 王 帥 熊 麗 馬保宏

（河西學院物理與機電工程學院，甘肅 張掖 734000）

引言

《大學物理》是理工科院校開展的基礎課程和必修課程，目前在我國高校已經形成了獨立的教學體系.在20世紀80年代，我國興起了物理熱，物理教學在理工科院校得到了快速發展［1-2］.隨著經濟社會的發展和信息化程度的進一步提高，社會對高校人才培養提出了新的要求.在此基礎上，教育部印發《高等學校人工智能創新行動計劃》，提出了“新工科”建設目標，以期培養基礎扎實、創新能力強的新時代復合型人才.作為在大學人才培養中通識必修課大學物理課程，在培養學生科學思維、探索精神、創新能力等方面承擔著舉足輕重的作用.然而，縱觀當前大學物理課程教學中普遍存在教學內容陳舊、教學理念落后、教學與當前研究銜接不好、教學模式和考試模式單一等諸多不足［3］.尤其近幾年，在應用型人才培養模式下，人們對物理教學的認知發生了一定變化，部分高校減少物理課程課時，甚至將其作為選修課，并且還存在教師對大學物理教學的目的偏差、認識不明確以及學生學習興趣不高等現象，影響《大學物理》教學開展質量的同時，也降低了工科院校人才培養質量［4］.這些現象降低了大學物理教學在教學體系中的地位，遠遠不能滿足教育部提出的創新型卓越工程人才培養.

目前，隨著智能化程度的進一步提升，大學生就業形勢越發嚴峻.盡管如此，仍然存在企業招不到合適的人以及學生找不到工作的情況，導致這一現象的原因為理工科人才實際培養與社會發展以及企業需求之間存在一定的差距［5-6］.因此，在新工科背景下，如何發揮大學物理課程在人才培養方面的優勢，就要對教學的主體教師和學生、教學模式、教學效果等進行深入調查和研究，根據社會和時代需求，科學施教、精準施策，通過有效教學手段培養具有良好創新思維、科學素養的應用型人才，實現大學物理在“新工科”人才培養中的指導作用.

本文通過設計調查問卷對教學的兩個主體老師和學生，從教學內容、教學方法、考核方式、思維訓練、知識拓展、學習目標理解、學習興趣培養、課程研習等方面進行分析研討，立足于理工科大學物理教學和學習中存在的問題，從大學物理教學和學習的角度出發，對當前的教學進行反思，積極探索理工科大學物理教學改革策略，通過轉變教學理念、優化教學設計、多元化進行課程考核等實現教與學的有效結合，探索有效教學方式，實現大學高質量人才培養，為“新工科”背景下大學物理教學與改革提供必要的參考.

1 問題調查與方法

為研究《大學物理》教學在理工科人才培養中的地位和作用，探索有效的教學方式，從教師教學現狀、學生學習目標理解情況、學生學習興趣現狀和學生研究性學習開展現狀四個方面在師生中進行調查，探索當前教學中存在的問題和不足.

1.1 對教師教學現狀的調查

本次調查采取分層整群抽樣的方法，參加調查的對象共有五個理工類專業大一到大四不同專業、不同年級的學生共250人，其中關于教師教學現狀的調查中，為了調查結果具有普適性，特別對不同理工科院校從事大學物理教學工作的教師發放調查問卷50份，以統計圖表的形式呈現.

調查問卷主要從大學物理教學內容的選取、教學方法的適應度、課程考核情況、物理學思想和方法與課堂教學結合情況等方面著手，了解各類學生對當前大學物理教學的認知.調查問卷主要采用單項選擇題和開放性選擇題，通過網絡qq或微信發放給學生和相關老師，厘清此次調查的目的、意義、方法和注意事項.本次調查共收回有效問卷250份.具體結果如下.

1.1.1 教學內容選擇

表1 教學內容選擇情況

1.1.2 教學方法

“以教師為中心”的傳道、授業、解惑課堂教學理念是當前大學物理教學的主體.該問題設置主要調查一線教師對教學方法的選擇情況.調查結果如下：

表2 教學方法使用情況

1.1.3 考核方式

課堂出勤、期中考試、期末考試是當前課程考核的主要方面，部分學校甚至取消期中考試部分，使得課程考核方式相對單一.能否在考核中加入隨堂考試、月考等考核手段，是該問題設計的主要目的.

表3 考核方式使用情況

1.1.4 物理學思想和方法與課堂教學結合情況

在柳州市的“十三五”規劃綱中，提出的“一江兩岸、一主三新、多點支撐”的城市發展格局，未來的柳州市，將形成市中心城區（主城區），柳東新區、柳江新區和北部生態新區構成的全新城區，同時，憑借水運的傳統優勢以及鐵路公路的工業優勢，繼續大力發展多式聯運，繼續發揮西南地區工業重鎮、綜合交通樞紐、商貿物流中心的重要作用。

在物理學課程教學中注重物理學思想和方法的培養，是培養學生嚴謹個性、邏輯思維能力的關鍵.該問題主要調查教師在教學中對物理思想和思維方法的培養情況.

表4 物理學思想和方法與課堂教學結合情況

1.1.5 課外知識拓展情況

大學物理課程教學內容多、課時少，教師為完成基本教學任務，課外知識的拓展成了最容易被忽視的板塊.問題設置對楊振寧、李政道等杰出科學家成就和物理學方面獲獎科學家的情況介紹，了解對物理學課外知識拓展的重要性的認知.

表5 楊振寧、李政道等科學家的成就介紹情況

表6 物理學獎項獲得者成就介紹情況

1.1.6 思維方式培養情況

物理學課程是實踐性較強的課程之一.把理論知識運用到解決實際問題中是我們學習的最終目的.該問題反饋教師在教學中對物理思維的培養方面的執行情況.

表7 學生思維方式培養情況

綜合上面7個題目我們發現，在教學內容選擇方面，82%的教師認為經典理論和近代理論同樣重要，在實際教學中，采用講授法的教師較多占48%.這表明教師在實際教學中需要增加啟發法、互動法等多種教學手段的使用頻率，實現各種教學方法的靈活應用.在考核方式中，72%的教師選擇期末考試法，其次為選擇隨堂考試的教師，所占比例為26%，這種方法無法對學生各個學習階段進行科學的評價考核.

另外，在物理思想與教學結合方面，92%的教師表示在課堂中能夠將二者相互結合，因此物理學思想滲透效果良好.在課外拓展方面，80%的教師表示能夠為學生介紹物理學獎項獲獎者情況，以及著名物理學家取得的成績.并且84%的教師在實際教學中能夠經常對學生的思維方式進行，16%的教師偶爾培養.整體上看，教師在教學內容、教學方法以及考核選擇等方面需要進行進一步完善.

1.2 對學生學習目標理解現狀的調查

學習目標是學生學習和努力的方向.該問題主要考查學生對學習目標重要性的理解情況.根據學生的學習特點和現狀制定準確、適宜的學習目標有利于培養良好的學習興趣，而讓學生正確理解學習目標，能夠很好地建立學生的學習態度并達到教學實效.

表8 學生目標理解情況

從調查結果看學生對學習目標進行理解的過程中，57.5%的學生認為學習目標在理解和掌握物理知識的同時，培養物理學思想和方法，并提高自己的科學素養.在認識方面，多數學生認知較為全面，但是在今后教學中教師需要在該方面展開進一步引導，使越來越多的學生能夠認識到物理學習的正確價值.

1.3 對學生學習興趣現狀的調查

學生的學習興趣在課程成績的提升上至關重要.通過調查學生對大學物理課的學習興趣，可以很好地反映課堂教學的成效，進而調整教學方法，以提高學生學習興趣.

表9 學生學習興趣情況

在學生學習興趣調查中，55%的學生表示對物理學習一般感興趣，12%的學生表示學習興趣較為淡薄，整體上看，學生對物理學習興趣的水平并不高，因此在今后教學中教師需要從學習興趣培養方面入手進行教學.

1.4 對學生研究性學習開展現狀的調查

研究性學習是傳統的認知學習的重要補充，注重學生個人素質的提高.通過研究性學習可以提高學生分析問題和解決問題的能力.該問題通過調查學生學習態度、對課堂知識的認知、知識結構的建立和對知識的質疑情況，可以有效了解學生的學習能力，從而發現教學過程中存在的問題.從教師和學生兩個方面深入分析問題產生的原因，制定相應的對策.

表10 學生學習態度

表11 學生課堂研究認知情況

表12 知識建立過程了解情況

表13 質疑情況

表14 學生課堂研討情況

從上面的調查看到，在學習態度方面，50.5%的學生表示能夠認真對待整個物理學習過程，44%的學生表示自己的學習態度一般，整體上看學生學習態度仍然有待提升.在回答“你認為大學物理的學習是不是就是高中物理的學習加上微積分的運用”這一問題的過程中，45%的學生表示在大學物理學習中除了更加全面和系統的內容外，還有物理學思想和科學方法的培養.33.5%的學生表示大學物理的內容更加全面系統，通過以上數據能夠看出，學生對大學物理的認識處于中等認知水平，在今后學習中需要進一步完善.在知識建立過程了解情況調查中，63.5%的學生表示自己的了解程度一般，只有12%的學生表示比較了解，所以學生對知識建立過程的了解程度并不高.在質疑教師方面，65%的學生表示自己偶爾有質疑教師的情況，但是并不確定，其次為從來沒有質疑過教師，選擇人數為22%，整體上看，學生在學習物理中的質疑精神并不高，需要教師進一步培養和引導.在課堂研討頻率調查中，52%的學生表示自己偶爾與同學進行課堂研討，27.5%的學生表示很少進行知識研討，這也說明學生目前課堂研討情況開展情況并不理想，并沒有養成深入進行課堂研討的習慣.

2 針對大學物理課程的改革方案

大學物理作為理工科類專業的一門理論基礎課，理論學習內容較多，而公式、定理、數學知識的應用較多，學生能在數學理論的指導下解決力熱光電中的實際問題才是關鍵.隨著教學要求的變革和教學改革的進行，對教師提出了更高的要求.通過上述問卷調查的結果我們發現，在實際的教學過程中，教師要不斷凝練教學內容，教學過程中要不斷融入新的教學方法.作為教師，需要在學生學習目標理解現狀方面展開進一步引導，使越來越多的學生能夠認識到物理學習的正確價值以期培養學生多方面的學習興趣，養成深入進行課堂研討的習慣，培養學生的自學能力與工程實踐能力.

2.1 大學物理基礎課程的現狀

近年來，根據對大學物理課程的實際教學研究狀況，結合自身的教學感受和學生對該課程的教學反饋，進行了相應的歸納總結.

（1）大學物理是基礎課，方法種類繁多，重在強調學生對大學物理課程中所涉及的基本定理和不同分析方法的掌握和使用，教師著重培養了學生針對大學物理的分析計算能力，卻忽略了部分學生的接受能力和學習的積極性.

（2）大學物理課程的教學內容相對較成熟，但教學內容涉及力、熱、光、電等多方面的內容，相應的教學要求也高.教師如何在有限的教學學時范圍內，把握對大學物理的基本概念、重要定理和分析方法的講解，并力求精煉，注重分析方法和歸納總結，如何把握好這個度，仍然是該課程教學過程中存在的不可避免的問題.

（3）師生對大學物理課程的重要性存在一定的誤區.以河西學院為例，除物理與機電工程學院外，其他理工科各專業都存在大量刪減大學物理課程時數的現象，其課時數遠遠達不到教育部大學物理課程標準中的規定.部分專業僅僅設置32個理論教學時數，12個實驗教學時數，甚至部分專業不設置大學物理課程，讓廣大物理教學工作者感覺到尷尬和無奈.

（4）多數情況下，學生在學完該課程后，都有一些疑惑，感到迷茫，甚至不清楚要把所學的大學物理理論知識應用到什么地方？部分學生感覺大學物理對今后的工作沒有作用.

2.2 大學物理基礎課程改革的方向

針對上述大學物理教學的現狀，結合當前河西學院大學物理教學的實際情況，我們需要充分利用分塊教學、分層教學、產教結合和教賽結合等途徑強化教學的實施效果，突出實踐性教學的地位，完善質量評價體從而拓展教學的內涵和空間.為此，需從以下兩個方面對大學物理基礎課程進行改革.

（1）實行教學科研互促的教學模式

依據我校對理工科專業采取通識教育，厚基礎，寬口徑，分類培養專業教學管理模式的要求，結合大學物理課程以及工科專業學生的特點，提出教學科研互促的教學模式，將教學、科研有機的結合.科研促進教學，結合科研，教師給出推進的具體問題，激發學生興趣和學習的積極性.例如，對于理工科專業學生學習大學物理，教師可以結合理工科專業的最新科研成果，提出具有物理學相關的問題.

（2）依據理工科專業學生基礎，合理安排教學內容和教學時數

課堂教學內容是否具有吸引力，能否激發學習興趣和積極性，是決定教師能否教好學生能否學好一門課的前提.教學內容主要源自教師選擇的教材.因此，選擇一本適合我校理工科專業學生基礎的教材非常重要.目前大學物理教材內容過于陳舊，在大學物理課程教學中，需要依據不同專業教學的特點進行專業化教學；其次，結合我校理工科專業學生的專業特點、大學物理教學大綱以及課時安排，要對教學內容進行合理的取舍.例如對于能源與動力工程專業的同學，要加強熱學方面的講解同時附后講解半導體物理和量子力學的基礎知識；對于化學和生物類的專業，要注重物質結構理論、熱學和量子力學等方面的知識；最后，注重理論與專業實踐相結合，最終達到使理工科專業學生能掌握該門課程的基本知識和基本原理.

2.3 采用啟發式教學方法

將學生被動學習的方式轉變為主動學習，將傳統的上課、作業、復習的學習方法轉變成以問題為主導式的啟發式教學，即采用提問、反問、設問等方式，提示、啟發、引導學生對所講授內容做由淺入深、由表及里思考，激發學生的學習興趣，拓展學生的思考空間.根據不同專業學生特點，采取多樣的教學方式，讓學生掌握基礎知識點，理解重點內容，并將所學的知識融會貫通；在授課過程中，提前做好充分的課前準備，依據專業特點，通過設問引起學生的興趣，課中引入理工科專業的技術前言，課后布置調研或者科技小論文等，以期充分調動學生學習大學物理課程的積極性和主動性，培養學生的分析能力和溝通交流能力.

2.4 采用多管齊下的教學手段

大學物理課程的特點是知識面廣而多、涉及各行各業，如何讓理工科專業的學生在有限的時間里掌握基本內容，有效的教學手段可以達到事半功倍的效果.在大學物理教學過程中，我們可采取三種教學手段：首先，采用傳統課堂教學與多媒體教學相結合的手段教學，例如，涉及理論公式推導等可以配上傳統的板書方式，使學生充分地理解公式原理.第二，結合理工科專業技術前言及大學物理的教學內容，開展小組討論學習.以大學物理教學內容為基礎，提出理工科專業相關的前沿技術問題，開展對應的討論學習.這給學生也提出了較高的要求，學生不僅需要結合已有的知識結構理解問題，還需調研與本專業相關的前沿技術，提出解決問題的思路和辦法，從而總結出自己的調研結果進行相關匯報.第三，充分利用網絡資源，通過微信、QQ 等方式與學生保持互動，充分利用網絡資源、圖書、多媒體課件等，為學生提供優化教學內容與教學方法，激發學生學習潛力與興趣.

3 結束語

為了適應社會發展對人才的需求，教育教學改革勢在必行.本文利用相關的調查問卷，針對大學物理課程教學中存在的問題，提出了理工科專業大學物理教學改革思路.分別從教學模式、教學內容、教學方法、教學手段等多方面做了相關的探索和實踐，對高校大學物理課程教學具有實際參考意義.但由于大學物理課程教學改革是一項長期的系統工程，需要在今后的教學中不斷地探索教學方法和模式，實現理工科專業大學物理教學改革的轉型.