新工科背景下獨立學院大學物理課程群教學策略研究

高德營 趙桂清 李 寧 王如坦

（1.聊城大學東昌學院，山東 聊城 252000；2.山東省聊城第三中學，山東 聊城 252000）

0 引言

大學物理課程是理工科非物理專業的一門重要必修課程，它對培養理工科專業學生的思維方式起著重要的作用，通過學習自然界物質的基本結構、基本運動形式及其相互作用規律等，為后續專業課的學習奠定基礎。 大學物理實驗是獨立于大學物理理論課程的一門必修課程，通常分為力、熱、光、電、近代物理實驗，通過對實驗現象的觀測，加深對現象背后物理原理的理解，進而培養和提高學生認識自然的科學實驗能力。 鑒于大學物理在高等學校人才培養中的重要性，專家學者從各個層面進行了大學物理教學改革的研究，如研究發現外文教材章節銜接比較好，物理例題比較貼近生活[1-3]。 同時，不少學者對國內大學物理教學內容和方法的改革進行了深入的研究和探索，提出了加強物理內容與專業之間的銜接、編制大學物理習題冊[4]、側重基礎講解并突出應用實踐[5]、按照專業需求實施模塊化教學[6]和采用多樣化的教學手段優化教學效果[7，8]等改進措施。

獨立學院是由于高等教育的快速發展而出現的一類高等院校，它的出現滿足了一部分人民對于接受高等教育的需求，提高了國民素質。 由于獨立學院自身的特性，一般定位為應用型大學，注重學生實踐能力的培養，為學生就業打下基礎。 各個專業在制訂培養方案時，實踐教學占比較大，為了完成培養計劃，一方面借助兄弟高校的實驗室完成實驗課程，另一方面建設虛擬實驗室或者購置演示實驗儀器，以完成培養計劃。 獨立學院等院校大學物理教學中仍存在一些問題，如分級的教學大綱不夠完善，各層次的教學目標仍需進一步優化，教學內容、教學要求與應用型人才的培養時有脫節。

1 大學物理類課程教學現狀

1.1 教學方法單一，過于依賴多媒體

得益于計算機技術的發展，教學手段從原來的課堂板書發展到現在的多媒體教學，現在的教室大都配置多媒體、電腦、投影儀、激光筆等，一應俱全。 多媒體教學有優勢，教師制作精良的多媒體教學課件，充分發揮多媒體的優勢，可以更加形象直觀地展示教學內容，吸引學生的注意力，提高學習效率。 但隨之帶來了諸多問題。 越來越多的教師離不開多媒體，一旦停電或多媒體出現問題， 就會出現不會教課的尷尬情形。板書內容寫得亂、不知道怎樣布置板書、板書公式推導不順利等。 長期的多媒體教學造成了教師離開多媒體不會上課的情況，教學形式單一。 多媒體教學的優勢不可否認，但作為一名合格教師，板書的訓練是必不可少的。

1.2 學生的物理基礎差異大，課時減少，難以做到因人施教

伴隨著國家高考改革的進行，不同的省份采用不同的高考模式，進入大學同一個工科專業的學生來自不同的省份，有的學生高考時物理是必考的，而有的學生則沒有考物理，這就造成了同一個班級學生的物理基礎差異很大，這給大學物理的教學工作帶來了新的挑戰。 以我校2020 級生物工程專業和食品質量與安全專業學生為例， 約一半的學生高考時沒有考物理，這一部分學生普遍基礎差，這就造成了大學物理教學進度慢，難以完成既定的教學計劃。

在建設應用型高校教育的大背景下，高校各專業的培養方案中理論教學課時大幅縮減， 實踐課時增加，作為公共基礎課的大學物理課時被大幅縮減。 以我校為例， 部分專業的大學物理課時由最開始的兩個學期128 課時縮減到一個學期72 課時，甚至個別專業減少到48 學時。 為了大學物理教學的完整性，即力、熱、光、電、原子物理這五大內容都要涉及，許多重要內容被迫刪去，對于只有48 學時的大學物理課程，甚至只剩下經典物理學的基本內容，這導致學生的大學物理知識缺乏系統性，因為課時少，與專業知識關聯度很大的物理內容沒有學習， 學生無緣接觸當前科技發展的前沿知識， 無法了解物理科技的最新進展。

1.3 理論知識的教授過于抽象化、數學化

物理學本質上是一個實驗學科，經過多個世紀的發展， 已成為一門有著嚴密的邏輯結構和科學體系的成熟學科。 物理中的很多定理或定律通過實驗得到了證實，在客觀世界中得到廣泛的應用。 但在教授物理定理或定律時，一般需要通過嚴格的數學推導，甚至有的數學推導過程很煩瑣， 造成學生在理解這些物理定理時，偏重于數學上的計算推導，難以與實際的應用聯系起來。 比如力學中的能量轉換和守恒定律， 通過質點系的動能定理和保守力做功推導出來，對于非保守內力做功這一知識點就難理解。 例如轉動慣量的理解，在數學上是一個積分式，對于給定的一個積分，學生很容易算出。 但對于一個給定的剛體轉動，通過積分式求解轉動慣量就做不到，是因為學生不會根據具體的剛體，列出轉動慣量的積分式。與同樣以實驗為基礎的學科（如化學、生物）相比，大學物理的課堂學習過分強調“邏輯性”，而忽略“實用性”，使得大學物理理論內容太過抽象，達不到良好的教學效果。

1.4 理論教學內容與專業內容不銜接

作為理工類專業必修的大學物理課程，其理論和實驗教學內容一般按照“力、熱、光、電、近代物理”來講授或做實驗， 這一套內容有著不變的知識體系結構， 包括理論教材和實驗教材也是按照這樣的內容架構來編寫的。 物理作為自然科學的基礎，是各個工科專業必修的公共基礎課，在后續的專業知識的學習中必然用到物理的知識， 并且不同的工科專業用的物理知識側重點不同。 同時，大部分高校開設的大學物理公共課程有著統一的教學大綱、一樣的培養方案，甚至考試大綱也一致。 這樣統一的設置造成理論教學內容與專業內容脫節， 不利于物理基礎知識在各工科專業的應用，起不到作為一門公共基礎課應有的作用。

1.5 大學物理實驗教學與理論教學聯系不緊密

根據教育部文件《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》中的要求，各高校的大學物理實驗課程獨立設課，系統地對理工科各專業學生就科學實驗的基本實驗方法、基本實驗技能和基本實驗理論進行系統的訓練。 通過分層次、分階段的實驗教學安排和實驗過程， 學生不僅可以加深對物理學基本原理的理解，還為全面培養學生的科學實驗能力、提高學生綜合科學素養打下了深厚的基礎。 由于大學物理和大學物理實驗是兩門獨立的課程，即使同一內容的安排也各成體系，互不干擾，導致物理原理內容在理論課和實驗課上分別講解，造成了不必要的資源浪費。

2 大學物理類課程教學策略

2.1 針對不同的工科專業，研究學時分配與課程內容的選擇，增強專業針對性

結合各理工科專業后續專業知識的需要，適當選擇大學物理基礎課程的教學內容，既要讓學生打好基礎還要有重點突出， 同時還要結合應用型培養目標，使物理課程的學時和內容設置更有利于服務于不同的學科專業。

2.2 研究將實例教學引入課堂， 加強實踐與理論聯系，突出應用性

結合理工科專業實際情況，多將與各專業有關的實際案例引入物理教學課堂中，進行與實例緊密結合的教學模式，如針對化學類、生物類專業的學生在講解電場內容時，對于電偶極子可以單獨作為實例教學進行講解，電偶極子在自然界無處不在，尤其是在化學、生物領域，無論是一個小的細胞還是一個大的生命體，電偶極子都發揮著不可替代的作用。 針對機電類、電子類專業的學生在講電磁感應定律時，把發電機和電動機作為一個實例教學引入課堂。 這樣的教學模式能夠充分激發學生的好奇心，并促進學生積極主動地去解決問題，達到較好的教學效果。

2.3 引入網絡課程平臺，優化課程教學模式

引入網絡課程平臺能有效地解決物理課程課時少內容多的矛盾，同時也能為不同專業的學生創造自主選擇學習內容的機會，培養學習的獨立性。 現在的網絡教學平臺發展很快， 出現了很多優秀的教學平臺，如中國大學慕課、學習通、智慧樹等，利用這些平臺可以拓寬課堂的空間，延長課堂的時間，學生在課下就可以學到物理知識。

2.4 將演示實驗引入課堂，增加理論與實驗的聯系

針對大學物理理論課和實驗課聯系不緊密，可以將演示實驗引入課堂， 大學物理理論課在講解內容時，把相應的演示實驗設備帶入課堂，一邊講一邊演示，講到什么內容就演示什么內容，而且演示實驗內容可以覆蓋理論課的全部內容。 例如，講到光的干涉、衍射時， 可以把便攜式波動光學演示儀帶入課堂，在課堂上就可以展示相應的光學現象；對于大學物理實驗課程，雖然它獨立設課，但應參照大學物理理論課的教學進度和內容， 調整實驗開出順序和實驗內容，使實驗內容與理論講解內容進度盡可能一致，達到理論和實驗相互補充、教學效果好的目的。

2.5 加強課程思政，實施思政案例

物理學是關于自然界最基本形態的科學，探究隱藏在自然界的萬事萬物中存在的規律， 它與馬克思主義的唯物史觀，對立統一規律，辯證思想等是一脈相通的，在講解物理知識點時，自然而然引入思政要素，培養學生的馬克思主義世界觀，人生觀，價值觀，增強學生的愛國情操。 比如在講到量子力學對能量的量子化認識時，可以引入辯證關系“連續與分立”，有意識地培養學生用辯證唯物主義觀點分析和認識物理現象、規律的能力, 提高辯證唯物主義水平。 在講到光學儀器分辨率這一部分內容時， 引入藏在深山中的國之重器—射電望遠鏡“中國天眼”，在講解為什么半徑大可以提高分辨率的同時， 使學生感受國家力量， 培養學生家國情懷和對學生進行愛國主義教育。 通過講解麥克斯韋方程組的對稱美，體會對稱在科學思維中的重要性。 通過對失事飛機波音“MH370” 尋找范圍依據的判定， 體會多普勒效應在其中發揮的重要作用。