新工科背景下大學物理及實驗一體化教學改革實踐

史林興 李志國 劉學東 王 勇 黃增光

（江蘇海洋大學理學院，江蘇 連云港 222005）

2017年，教育部啟動了“新工科”建設，提出要探索建立工科發展的新范式［1］，“新工科”是中國高等工程教育“由大到強”轉變的關鍵舉措之一［2］。“新工科”對工程教育理念、學科專業結構、人才培養模式、教育教學質量和課程教學體系都提出了革新要求。在新工科建設體系中，課程建設是最重要的一環，也是培養未來多元化、創新型工程人才的重要途徑。大學物理及大學物理實驗是工科專業的重要基礎通識課程，在自然科學和工程技術應用中處于先導地位，在培養創新人才方面具有獨特的作用。為了國家戰略發展新需求、國際競爭新優勢和立德樹人新要求而提出的新工科建設的開展，給物理基礎教學提出了新的要求。因此，如何將大學物理與大學物理實驗課程相結合，進行一體化改革，使之適應“新工科”建設要求，從而激發學生的創新意識、創新思維，并逐步形成有潛力的創新能力，是物理教育工作者應該長期關注、不斷思考的課題。

一、教學現狀

（一）教學模式與“新工科”理念矛盾

傳統的大學物理教學，更偏重于“灌輸式”向學生傳授知識，更關注于學生的考試成績，而單純的物理理論知識學習枯燥無味，常常導致學生產生厭學心理，認為大學物理課程所涉及的知識與今后專業課學習無關，對未來發展用處小，以致學生工作之后沒有足夠的知識支撐所從事的工作，后勁不足。“新工科”建設改革則更加注重對學生實踐能力、創新能力的培養，在課堂教學活動中重視學生的課堂參與度，學生是課堂教學活動的核心組成部分。兩種教學理念的矛盾導致現在工科大學生進行“新工科”式大學物理學習時獲取知識的效率降低，不能有效達成“新工科”人才培養目標。

（二）教學內容對專業發展支撐不足

2015年國家明確提出“關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的決策部署”，深化人才培養方案和課程體系改革，加強學生的技術應用能力［3］。隨著應用型人才培養目標的確立，各專業開設的專業課程越來越貼切應用型人才培養，然而，受專業人才培養方案總學分數的影響，大學物理以及實驗課程的課堂教學學時嚴重縮減，在此情況下，一方面為實現教學內容的完整性而忽視知識點的深度，另一方面為保證教學效果而舍棄部分章節。不管采用哪種方式都難以培養學生的物理思維，不能形成完整的大學物理課程框架體系，不能強化學生扎實的物理基礎，導致大學物理提升學生綜合應用能力的作用發揮大打折扣。同時，多采用大班授課形式，聽課人數較多，難免進行填鴨式的講授。綜上多種原因，現行教學過程中，面向不同學科專業，采用相同物理教材，同一教學大綱重復上課，整個教學過程重灌輸理論而輕探究和應用，與學生所學專業沒有建立密切聯系，致使學生認為大學物理“又難又沒有用”，學習積極性不高、主動性不強。

（三）大學物理實驗與大學物理脫節

目前，在大部分高校，大學物理與大學物理實驗以獨立的兩門課程開設，但是兩門課程之間是相輔相成的，學生必須具備一定的基礎物理理論知識，才能保證物理實驗的教學效果。為滿足學生學習興趣以及與專業的吻合度，大學物理實驗采用開放式選修模式，這在一定程度上激發了學生的學習主動性和創造性。然而，在大學時的物理教學模式下，學生所選實驗項目所對應的基礎理論知識在大學物理課程中未能重點講授或未涉及，將嚴重影響該實驗項目的學習效果，也不能起到輔助學生理解對應物理理論的目的。

二、教學改革實踐

（一）結合專業特點進行分層次教學

大學物理課程具有自成邏輯的模塊化知識體系，以“力學、熱學、電磁學、光學、相對論、現代物理”為基本知識單元。由于種種原因，改革前江蘇海洋大學理學院（以下簡稱“我校”）各專業的大學物理教學內容完全一致，專業針對性不強。但從當前社會科技發展中可以發現，新興產業往往是結合了物理、化學等學科領域的技術成果。“新工科”建設啟動后，課堂教學的主要方向就是創新，但大學物理教材是固定的，理論知識教學無法進行大幅度更改，針對這一問題，很多高校有目的性地重新編寫了適應本校特點的新教材、建設了極具特色的精品課程及網絡資源。所以為突出大學物理課程在專業領域的應用性，我們針對不同的專業在大學物理教學過程中對各章節進行模塊分類，采取了分層次教學，側重點不同，不同專業根據需求進行選擇。同時，通過網絡資源自學與線上答疑等多種形式，增加現代物理部分的量子力學簡明知識，使得大學物理課程的系統性更強、更具通識化，將科學、技術與專業發展結合起來，滿足“新工科”培養多元化、創新型工程人才的要求。

（二）基于超星泛雅平臺進行線上線下混合式教學

當今，“互聯網+”技術日趨完善，線上教學、網絡資源共享已成為大學教學中必不可少的支撐［4］。依據本校的人才培養計劃并結合學生所學專業的特點，基于超星泛雅學習平臺，進行了教學模式的改革，以突破傳統教學的時空限制，使學生能夠隨時隨地學習，提高課程質量。

全校物理任課教師組成教學團隊，借助超星泛雅平臺創建適合本校大學物理課程，共同建設網絡資源，在教師端首頁根據章節建立資源庫，課前上傳教學大綱、章節內容、自制微視頻、PPT課件及其他教學資源，為學生課前預習、課上師生互動提供豐富的教學資源。教師在課前通過學習平臺發布學習任務，學生在課前進行自主預習，通過手機、電腦學習通APP登錄進入“大學物理”課程學習頁面，查看課程簡介、課程特色，觀看教師錄制的大學物理課堂內容講課視頻，提前預習老師即將講授的主要內容，通過QQ、微信等工具與老師同學就有疑問的地方進行交流或者在平臺上給老師留言。在課堂教學過程中教師仍主要采用傳統的教學方式，借助多媒體技術對教學重難點進行講解，或者根據教學實際隨時發布簽到、問卷、測試、討論、分組活動等，豐富課堂師生互動形式，并專門設置一定課時，結合各專業特點擴充教學內容、講解學生感興趣的物理內容以及解答學習平臺上的問題，做到真正的傳道、授業、解惑。課后學生利用平臺進行自學，多次練習復習，以徹底掌握未完全理解消化的知識點。學習完一章后，教師在平臺上發布單元作業對課堂學習的重點、難點問題進行訓練，設置提交作業提醒及作業提交截止時間，到期后平臺自動關閉作業提交功能，主要通過單項選擇題、判斷題、填空題、計算題等方式對學生的掌握情況進行考查，鞏固學生的基礎知識，以檢測學生的學習效果。為鞏固知識、及時復習，在每章教學結束后均設置一節復習課，教師采用概念圖或思維導圖的形式總結本章知識點和物理方法，并按習題難度安排習題的講解順序。這種混合式教學模式引起了本校學生的學習興趣，滿足不同層次學生的學習需要。

同時，利用大學物理學習平臺，秉持以學生自主學習為中心的教學理念，鼓勵學生利用課外時間獨立自主進行新知識的學習，課堂上利用一定時間實施翻轉課堂教學，對學生課外學習遇到的疑難問題進行解決，改變沉默的課堂氣氛，使學生的學習熱情得到激發，滿足現代社會對人才培養的需要。

（三）大學物理實驗配套改革

本校大學物理實驗課程共開出37個線下實驗項目、10個虛擬仿真實驗項目，學生需完成15個實驗項目。為使學生更好地掌握大學物理基礎理論知識，滿足學生專業課程需求，對大學物理實驗課程進行配套改革，由全開放式選修改為半開放式選修，制定“訂單式”大學物理實驗教學大綱，即根據學科專業特點以及各專業大學物理教學大綱，為同一專業類專業指定11個必修線下實驗項目、2個虛擬仿真實驗項目，學生根據個人興趣和自身專業特點選修2個線下實驗項目。同時，根據專業特點調整教學模式，增強大學物理實驗課程對大學物理理論課程的支撐和專業課程的先導作用。

（四）基于混合式教學構建多元化課程考核體系

以往大學物理（實驗）的考核成績主要通過期末統一閉卷（操作）考試與平時成績按照一定比例給出，平時成績為課后作業（實驗報告）與課堂考勤。但目前網上各物理教材答案詳解應有盡有，課后作業相互抄襲現象嚴重，作業不能真實反映學生的學習情況，課前簽到中途逃課難以發現。在教學改革實踐中引入學習通平臺實施混合式教學，加大對學生的過程性考核，設置平時成績占40%，期末考試成績占60%，綜合得出學生的總評成績。其中平時成績包括作業、課堂互動、簽到、課程視頻、期中考試、章節學習次數，分別占平時成績的20%、5%、5%、25%、25%、20%。學習通平臺可以對學生的學習過程進行全方位記錄，最終生成報表，老師可以很輕松地對學生學習全過程進行評價。在后續教學中還將加大平時成績的比例，將平時成績細化到多方面，增加課堂互動、課堂測驗和網絡學習質量的量化評價，從知識、能力和素養三方面對學生的學習情況進行全方位統計。

三、結語

“新工科”提出的新理念對大學物理（實驗）課程提出了新要求，應著眼于培養多元化創新型工程人才。為此，我們結合我校應用型人才培養目標對大學物理課程進行了改革實踐，針對不同專業進行分層次教學，基于超星泛雅平臺進行混合式教學并在此基礎上實施多元化課程考核方式，加強學生知識、能力和素養的培養，全方位對學生的學習情況進行統計分析。培養學生進行科學思維、科學分析和科學計算的基本能力，為專業課程學習打下堅實的基礎。