應用型本科院校大學物理及實驗課程教學改革探索

李萍 秦彥軍 尹偉

摘??要：為了服務學校應用型人才培養目標，做好大學物理及實驗課程服務各專業發展的任務，本文首先分析了大學物理及實驗課程在教學內容、教學模式、實驗項目、儀器使用率、課程思政建設等方面存在的問題，針對教學中存在的問題，通過調整各專業理論教學內容和實驗內容、創新線上+線下教學模式、增設開放實驗等四個方面的教學改革探索，完善了大學物理及實驗課程教學體系，調查問卷結果表明，學生對課程思政的滿意率最高，對教學模式的滿意率最低，其他各項滿意率均在90%以上，平均滿意率為93.30%。

關鍵詞：大學物理及實驗；教學內容；教學改革

1??概述

新疆理工學院是一所應用型本科院校，學校的辦學定位是培養服務當地區域經濟發展的應用型人才。大學物理課程是各理工科專業的專業基礎課，為學生后續專業課學習奠定基礎，具有受眾面廣的特點，開設學期為大一第二學期，是學生進入大學后接觸比較早的一門課程，物理實驗更是學生進入大學后接觸的首門實驗課，因此本課程在培養學生獨立學習、工程思維、創新實踐、行為養成等方面具有不可替代的作用[1]，大學物理及實驗課程總學時為80，包含16學時的實驗課，理論教學使用教材為趙近芳、王登龍主編的《大學物理簡明教程》，實驗教學使用教學團隊自編的實驗講義。大學物理及實驗課程是我校最早建設的課程之一，在課程建設方面教研室積極推進課程教學創新和改革，分別立項了2019、2022年2次校級一流課程，立項了2023年校級課程思政示范課程，并獲得了2022年校級教學成果獎二等獎。在實驗室建設方面，大學物理實驗室是學校最早建設完成的一批實驗室，包括力學、熱學、電磁學、光學、近代物理實驗儀器，現有實驗教學用房8間，面積約678平方米，設備臺（件）數：767臺（件），近幾年未購置新的儀器設備，2022年12月由于線上教學需要，購買10項科大奧銳公司的仿真實驗，實現了線下實驗與仿真實驗的結合。為積極探索如何提高應用型本科院校大學物理及實驗課程教學質量，順應學校的發展方向，教學團隊嘗試對大學物理課程的教學內容、課程思政、教學模式等進行改革探索[2]。

2??大學物理及實驗課程教學中存在的問題

2.1?理論教學體系不合理

大學物理及實驗課程作為一門專業基礎課，沒有深度挖掘物理知識點與專業知識的聯系，導致對學生專業課學習的支撐作用嚴重不足；其次大學物理教學內容存在講解知識點少的問題，作為一門包含力、熱、光、電等知識的課程，我們只給學生講授力學和電磁學的知識，使得學生不能完整的學習全部的物理知識，也不利于完成課程教學目標；另外團隊教師上課基本采用PPT+板書的傳統教學模式，上課過程通常是教師在講臺上講，學生在下面被動聽，更注重定理的推導和證明，導致學生產生“畏難”情緒，提不起學習大學物理課程的興趣。

2.2?實驗教學體系不健全

一是開設的實驗多為驗證性實驗，設計類實驗數目嚴重不足；二是上課方式為老師先講解實驗原理、數據處理等，然后給同學們演示一遍實驗操作，最后由學生完成實驗，這種實驗授課方式使得學生只是機械的完成實驗任務，對實驗思考較少，更談不上思維能力的鍛煉；三是實驗室儀器使用率較低，我?？砷_設線下實驗數目為20個，根據教學安排課程團隊每學期開設6個線下實驗和1個仿真實驗，使得線下實驗儀器使用率僅為30%；四是我校物理實驗是近55名學生集中在一間84平米的實驗室完成實驗，除掉損壞的實驗儀器，平均每個實驗大概有17臺儀器可用，因此實驗時3～4名學生一組，導致實驗室人員較為密集及環境嘈雜，大部分學生不能動手操作實驗，對學生動手能力的塑造有一定影響[3]。

2.3?課程思政建設質量低

大學物理及實驗課程知識點涉及能源、量子計算機、航空工程、導航等方面，貼近生活，可挖掘的思政元素多，課程團隊從2019年開始建設課程思政案例，雖然思政案例個數較多，但是案例質量較低，案例只是根據知識點挖掘，未對其進行分類；教師是開展課程思政的關鍵，大學物理課程思政團隊由任課教師組成，結構單一，教師課程思政能力較低，課堂上可以對案例進行講解，但對學生的引導啟發能力較弱；案例庫沒有隨著社會的變化而進行更新和補充，案例內容存在老舊的現象，達不到潤物無聲的效果[4]。

3??大學物理及實驗課程教學改革內容

3.1??優化教學內容

大學物理課程有比較公認的知識結構，即力學（運動學、動力學、剛體力學、振動與波），熱學，電磁學，波動光學，近代物理學基礎，因此，需修訂教學大綱增加課程知識點，再根據各專業對物理知識的要求，制定不同的授課計劃，分專業進行模塊化教學；同時，盡量固定每個專業物理課程授課教師，授課教師定期協同專業教師展開交流，以深度挖掘物理知識對專業知識的支撐，學習到相關內容時給學生講清楚該知識與專業課程的哪個知識點相關，專業課程對該知識點的要求是什么；為確保模塊化教學內容的合理性，團隊通過其他高校官網、知網等平臺調研了大量資料，在此基礎上完成了各專業模塊化教學內容初稿，其次向兄弟院校吸取經驗，根據學習到的經驗進行調整內容，最后邀請了3位專家進行論證。以通信工程專業教學內容為例，通信行業的5G、Wi-Fi?6等前沿技術都離不開電磁理論，故在教學內容上刪減了剛體力學基礎，增加了與電磁理論相關的波動光學及近代物理學知識。表1為通信工程專業調整前后學習內容的對比。

大學物理實驗通過實驗操作，培養學生的科學思維能力和實踐能力，為此我們增加了設計性實驗數目，讓同學們根據所學知識和現有儀器獨立設計實驗，改革后開設實驗為4個基礎性實驗和3個綜合設計性實驗，基礎性實驗包括3個線下實驗和1個仿真實驗，綜合設計性實驗根據學生專業設定，沒有詳細的實驗原理、實驗內容、實驗步驟等，教師只給出實驗目的、實驗要求、實驗原理提示，由學生獨立提出設計方案，將實驗設計方案完成后提交教師審核，審核后學生利用實驗室儀器完成實驗，這樣即做到了因材施教又提高了學校實驗儀器的利用率，同時為學生參加全國大學生物理實驗競賽、大學生創新創業計劃項目等奠定基礎；其次，將全班學生同做一個實驗改革為全班學生分成兩大組，每組人數大概為27人，上課時，第一大組做一個實驗，第二大組做另外一個實驗，下次上課時，兩組互換實驗項目，這樣可以確保1-2人一組，提高學生實驗操作的參與度。

3.2?引入多樣化教學模式

嘗試線上+線下、課堂內+課堂外相結合的教學模式，期初在智慧樹平臺完成建班，理論教學方面，課前通過智慧樹平臺發布預習視頻和前測試題，根據學生答題統計情況，適當地調整教學內容，做到“對癥下藥”。課中將問題驅動式學習引入課堂進行啟發式教學，教師根據與知識點相關的生活現象進行循序漸進的提問，引發學生思考并逐步回答問題，對于復雜的問題學生可以查閱文獻資料或者分組討論，如在講解機械能守恒定律時，找一位同學演示拍籃球的過程，提出籃球拍打過程中會受到哪些力，根據學生的答案，再次提出籃球上升和下降過程能量是如何變化的，最后引導學生總結機械能守恒定律的條件；針對大學物理學習內容抽象，學生在學習過程中存在畏難情緒的問題，團隊利用課程建設經費購買和自制兩種方式制作了教學用具，在上課時給同學們演示，如在講角動量守恒時將團隊自制的角動量儀帶到教室給同學們演示，對于可以用實驗驗證或者測量的內容則運用九斗課堂虛擬實驗來強化知識點理解；另一方面，教研室通過集體備課，將抽象的物理模型利用多媒體技術制作成動畫演示，方便學生理解，如在講解參考系時，放運動的火車在地面上行駛的動圖，講解剛體轉動時放一張商場的旋轉門動圖和一輛行駛的汽車動圖，講解物質的結構時放一張電子繞原子核旋轉的動圖等。通過教具演示和課件內的動圖，學生可以對抽象的概念和知識有一定直觀的認識，讓學生直觀感受物理原理，變抽象為直觀。

3.3?增設開放實驗

為提高大學物理實驗的輻射作用，給學生提供一個獨立思考、自由探索、勇于創新的環境，單獨設立一間實驗室作為開放實驗室，開展啟發式、研究性的物理實驗教學，構建一種“內容豐富、層次分明、自主設計、自主探究、開放創新”的物理實驗教學新體系，開放實驗室內包括我校所有可開設實驗的儀器和兩臺可聯網計算機，每個實驗配備1套儀器，聯網計算機用于完成虛擬仿真實驗，開放性實驗根據學生認識的規律性，分為前導、設計、綜合實驗三部分，每學期第四周開始第十四周結束，兩周一次，每次周四全天開放，每學期共6次開放實驗，實驗室開放時，配有指導教師值班，負責教學秩序、器材供應、實驗指導、實驗室安全等工作。

3.4完善課程思政建設

隨著課程思政的持續推進，組建由課程教師、思政教師、援疆教師共同組成的課程思政團隊，通過組織團隊教師參加課程思政建設培訓、邀請專家指導思政建設和定期召開集體研討會等形式提升團隊課程思政教學能力；團隊基于立德樹人的根本任務，從大國重器、物理學史、物理學家、物理與哲學、物理與藝術、科學前沿六個方面對案例進行分類，其次將與知識點結合不夠緊密的案例進行了替換或者刪除，將近期國家取得的新技術、新成果、新產品、社會熱點事件等作為思政內容納入到案例庫，如在講動量定理時，將2022年7月19日，沈東奮不顧身，伸手接住不慎從6樓墜落小孩的案例納入案例庫，已知：，，，，運用動量定理分析：得出沈東托舉瞬間手臂受到的平均沖力，可以看出手臂受到的平均沖力很大，本案例與動量定理知識點緊密結合，也是近期轟動全國的見義勇為事件，旨在弘揚見義勇為，大愛至善的優秀品質，激發學生對人生價值觀的思考。

4??大學物理及實驗課程教學改革效果

經過1年的教學內容、教學模式、教學手段、課程思政幾個方面的探索，學生學習大學物理興趣不高的問題得到有效改善，能夠積極主動的進行預習和完成課前自測題；團隊教師的學生評教成績由89.72增長到92.81分，說明團隊的教學改革效果較好。通過向電氣22-1、電氣22-2兩個班學生發放調查問卷的方式，調查了學生對大學物理及實驗課程的教學滿意度，本次共發放問卷115份，收回問卷112份，調查結果如表2所示，由表2可以看出，學生對課程教學各項內容的滿意率均在90%以上，平均滿意率為93.30%，課程思政的滿意率最高，為96.43%，興趣提升方面的滿意率排在第二，滿意率最低的是教學模式，為90.18%，表明學生對大學物理及實驗課程教學的滿意度較高，教學改革取得了一定的效果，但是團隊在后續的教學中應加強教學模式的研討與改進，注重實驗教學的先進性和實效性，實現實踐創新能力的培養。

結語

本文針對大學物理及實驗課程教學過程中存在的問題，分別從教學內容、教學模式、課程思政等方面進行了改革探索。通過改革豐富了物理知識體系，將現代化信息技術教學運用到理論和實驗教學中，把教學道具帶進課堂，完善了課程思政體系建設，改革后學生學習大學物理及實驗課程的積極性有一定程度的提高，更多地學生能參與到課堂互動中，同時能夠獨立自主的完成實驗操作和數據處理。鑒于教學改革時間較短，教學過程中還存在一些問題，如實驗操作視頻錄制還沒有做到全覆蓋，同時近代物理實驗項目較少，需要增加近代物理實驗儀器，開放實驗涉及實驗項目和實驗次數較少，不能為不同興趣愛好的同學提供服務，應增加開放實驗數目并爭取長期開放；未對課程考核方式進行系統性的探索，課程團隊將在后續的教學中增加過程化考核比例，并爭取將大學物理理論課和實驗課分開開課。

參考文獻：

[1]王亞偉，樂永康，錢颯颯，等.大學物理、大學物理實驗兩課課程現狀調查報告及總結[J].物理與工程，2016，26（04）：45-54+57.

[2]高倩倩，戴玉強.應用型本科院校大學物理課程改革的探討[J].科技視界，2019（34）：135-136+132.

[3]閆志巾，陳素果.《大學物理實驗》線上+線下混合式教學模式研究[J].大學物理實驗，2023，36（01）：140-143.

[4]尹偉，秦彥軍，李萍.大學物理及實驗課程思政教學改革與實踐[J].科技資訊，2021，19（02）：128-130.