劉艷玲，古金霞，梁春恬，田 維，宋 峰

(1. 天津城建大學(xué) 理學(xué)院，天津 300384；2. 南開(kāi)大學(xué) 物理科學(xué)學(xué)院，天津 300071)

伴隨著世界多極化格局深入調(diào)整和全球科技產(chǎn)業(yè)的深刻變革，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命蓄勢(shì)待發(fā). 2020年10月，十九屆五中全會(huì)通過(guò)了《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二○三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》，“十四五”規(guī)劃建議中提出了拓展投資空間、強(qiáng)基礎(chǔ)、補(bǔ)短板、兩新一重等“十四五”期間重要的投資方向. 新老基建共同發(fā)力，構(gòu)建系統(tǒng)完備、高效實(shí)用、智能綠色、安全可靠的現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系. 隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，數(shù)字技術(shù)將繼續(xù)滲透到建筑的各個(gè)方面，徹底改變建筑與建筑物的交互方式，在新的經(jīng)濟(jì)模型中打破了真實(shí)建筑物與虛擬建筑物之間的界限，智慧城市建設(shè)乘風(fēng)破浪. 因此，新的經(jīng)濟(jì)環(huán)境和新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)對(duì)建筑類(lèi)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)[1].

在建筑類(lèi)高校中，大學(xué)物理作為高等院校理工類(lèi)各專(zhuān)業(yè)大學(xué)生的一門(mén)重要的公共基礎(chǔ)必修課，涉及土木工程、建筑類(lèi)、能源與動(dòng)力工程、環(huán)境工程及材料工程等各專(zhuān)業(yè)，是通往工程技術(shù)科學(xué)及自然科學(xué)的橋梁，是各分支學(xué)科、交叉學(xué)科和新興學(xué)科產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)，在培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新能力及應(yīng)用意識(shí)等方面起著不可替代的作用，已成為新工科專(zhuān)業(yè)技能的基礎(chǔ)[2,3]． 教育部將新工科的主要內(nèi)容歸納為“五個(gè)新”，即工程教育的新理念、學(xué)科專(zhuān)業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量和分類(lèi)發(fā)展的新體系[4].

長(zhǎng)期以來(lái)，大學(xué)物理課程教學(xué)一直以教師課堂講授為主，其弊端也在不斷顯現(xiàn)，在科學(xué)技術(shù)及行業(yè)需求的驅(qū)動(dòng)下，尤其需要教學(xué)改革創(chuàng)新，突出學(xué)生的中心地位，探索適合自身發(fā)展的教學(xué)改革之路. 網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，新時(shí)代教育教學(xué)形勢(shì)的引導(dǎo)，為“大學(xué)物理”課程教學(xué)改革提供了可行的解決方案.

1 新工科背景下對(duì)建筑類(lèi)人才提出的新要求

作為建筑類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，承擔(dān)著實(shí)現(xiàn)未來(lái)“新基建”的重要使命和責(zé)任，智慧城市建設(shè)對(duì)建筑之間的信息互聯(lián)、互通提出了更高的要求，智慧建筑要求建筑、人和環(huán)境三者協(xié)調(diào)發(fā)展，因此，學(xué)生在擁有精深專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，應(yīng)具備良好的人文素養(yǎng)，掌握人類(lèi)文化、人文思想、社會(huì)政治經(jīng)濟(jì)制度知識(shí)；具備較強(qiáng)的實(shí)踐能力，克服學(xué)校人才培養(yǎng)與企業(yè)人才需求間的嚴(yán)重脫節(jié)；具備創(chuàng)造性、分析性、計(jì)算性、實(shí)驗(yàn)性的科研創(chuàng)新能力，能運(yùn)用掌握的知識(shí)去分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，滿足社會(huì)對(duì)人才創(chuàng)新能力的要求[5,6]. 在新工科背景下，如何讓廣大學(xué)生真正的掌握大學(xué)物理知識(shí)，并有效銜接各專(zhuān)業(yè)，是亟待解決的問(wèn)題.

2 大學(xué)物理教學(xué)中的“痛點(diǎn)”

1) 課程難度較高，學(xué)生畏難情緒突顯

大學(xué)物理課程包含力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)和近代物理五部分，教學(xué)內(nèi)容涉獵寬泛且難度高，授課與解題時(shí)需要借助微積分、線性代數(shù)等知識(shí)，對(duì)高等數(shù)學(xué)的知識(shí)儲(chǔ)備要求高；學(xué)生往往把學(xué)習(xí)重心放在識(shí)記公式上，不注重各章節(jié)間的內(nèi)在聯(lián)系，不理解研究物理問(wèn)題的思路方法，覺(jué)得大學(xué)物理內(nèi)容“新、多、難”，從而導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性逐漸下降，甚至出現(xiàn)厭學(xué)情緒.

2) 授課學(xué)時(shí)受限，學(xué)生當(dāng)堂掌握難保證

按照教育部高等學(xué)校大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)指導(dǎo)意見(jiàn)，建議大學(xué)物理課程學(xué)時(shí)數(shù)不少于126學(xué)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況進(jìn)行調(diào)整．因?qū)I(yè)需求不同，我校大學(xué)物理課程分別設(shè)置了大學(xué)物理A(96學(xué)時(shí))、大學(xué)物理B(80學(xué)時(shí))和大學(xué)物理C(64學(xué)時(shí))，局限于有限的授課學(xué)時(shí)，教師授課的進(jìn)度勢(shì)必加快，學(xué)生開(kāi)始學(xué)習(xí)時(shí)還可以跟上進(jìn)度，積極性也較高，但隨著課程的加速推進(jìn)，學(xué)生的課堂掌握度逐漸降低.

3) 教學(xué)模式單一，學(xué)生對(duì)課程認(rèn)知不足

大學(xué)物理課程常見(jiàn)的教學(xué)模式是，教師在固定的課堂、固定的時(shí)間進(jìn)行授課，學(xué)生“被迫學(xué)習(xí)”，學(xué)生一旦習(xí)慣于“教師講，學(xué)生聽(tīng)”的教學(xué)模式，就容易形成思維定勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思維、批判性思維訓(xùn)練和科學(xué)精神的作用自然缺失[7]．同時(shí)，這種模式也在一定程度上造成了大學(xué)物理課程與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的結(jié)合度、支撐性不足，讓學(xué)生產(chǎn)生大學(xué)物理課程學(xué)無(wú)所用的錯(cuò)誤認(rèn)知.

3 新工科背景下大學(xué)物理的教改探究

以學(xué)生為中心，以專(zhuān)業(yè)和產(chǎn)出為導(dǎo)向，秉承“物理-現(xiàn)象-應(yīng)用”的教學(xué)思路，根據(jù)新時(shí)代高等教育及新工科對(duì)大學(xué)物理課程教學(xué)提出的新要求，采用精煉教學(xué)內(nèi)容、更新課程體系、擴(kuò)充教學(xué)資源、豐富教學(xué)方法、拓展教學(xué)形式、創(chuàng)新教學(xué)模式、優(yōu)化教學(xué)組織、完善教學(xué)評(píng)價(jià)等方式方法，構(gòu)建“課內(nèi)與課外”“理論與實(shí)踐”“教學(xué)與育人”相結(jié)合的大學(xué)物理課程育人體系，實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理課程知識(shí)技能、過(guò)程方法和情感價(jià)值的培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力和素養(yǎng)的協(xié)同培養(yǎng). 如圖1所示.

圖1 大學(xué)物理創(chuàng)新教學(xué)育人體系

1) 精煉教學(xué)內(nèi)容，更新課程體系

以學(xué)生為中心，根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)對(duì)物理知識(shí)的需求確定教學(xué)內(nèi)容體系，對(duì)不同專(zhuān)業(yè)提煉與專(zhuān)業(yè)知識(shí)聯(lián)系緊密且有工程實(shí)踐應(yīng)用的題目，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到大學(xué)物理課程的實(shí)用價(jià)值，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)大學(xué)物理課程的重視.

2) 擴(kuò)充教學(xué)資源，豐富教學(xué)方法

錄制特色微課：按照“教學(xué)目標(biāo)→核心知識(shí)→典型例題”的邏輯對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容錄制微課30余個(gè)，加深學(xué)生對(duì)核心知識(shí)的理解.

趣味物理討論：如多普勒效應(yīng)討論“如何尋找失聯(lián)的馬航？”；相對(duì)論討論“假如你坐宇宙飛船環(huán)球旅游，十年后回來(lái)你的雙胞胎妹妹多大？”；碳基有機(jī)太陽(yáng)能板讓摩天大樓自發(fā)電將不再是夢(mèng)想等，激發(fā)學(xué)生興趣.

建立作業(yè)庫(kù)：對(duì)應(yīng)上課內(nèi)容設(shè)置課后作業(yè)，提交后即刻在線批閱并給出詳細(xì)解題過(guò)程.

成果展示平臺(tái)：鼓勵(lì)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)開(kāi)發(fā)小實(shí)驗(yàn)，制作形象化動(dòng)畫(huà)，進(jìn)而參加科學(xué)普及活動(dòng)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感.

設(shè)置自測(cè)題庫(kù)：學(xué)生可以根據(jù)自身情況進(jìn)行自測(cè)，判識(shí)對(duì)課程的掌握度.

3) 拓展教學(xué)形式，創(chuàng)新教學(xué)模式

以“問(wèn)題引入→知識(shí)講解→例題解析→拓展空間→課程思政”的思路進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，拓展教學(xué)形式．

問(wèn)題引入：激發(fā)興趣，包括科技前沿、名人軼事、趣味話題等，特別是結(jié)合我校各專(zhuān)業(yè)的優(yōu)秀科技成果和工程應(yīng)用實(shí)例，讓學(xué)生真正的意識(shí)到物理學(xué)有所用、怎么用、服務(wù)誰(shuí)、價(jià)值在哪里、與專(zhuān)業(yè)方向銜接點(diǎn)在哪？(見(jiàn)表1). 知識(shí)講解：夯實(shí)基礎(chǔ)，突出重點(diǎn)；典型例題：解析難點(diǎn)；拓展空間：學(xué)以致用(有限元多物理場(chǎng)耦合仿真模擬案例開(kāi)發(fā)近20個(gè)，模式見(jiàn)圖2).

圖2 有限元模擬仿真光的楊氏雙縫干涉以及電介質(zhì)的極化現(xiàn)象

采取三結(jié)合創(chuàng)新教學(xué)模式：

“課內(nèi)與課外”相結(jié)合. 在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)課堂與課外并重，教師構(gòu)建系統(tǒng)化和碎片化相結(jié)合的教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生在課前通過(guò)智能手機(jī)等移動(dòng)終端學(xué)習(xí)教師提供的微課視頻和PPT，完成對(duì)知識(shí)的接納，課上通過(guò)提出問(wèn)題、討論問(wèn)題、解決問(wèn)題完成對(duì)知識(shí)的吸收，課后運(yùn)用線上線下多種學(xué)習(xí)和交流工具完成對(duì)知識(shí)的合并，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力.

“理論與實(shí)踐”相結(jié)合. 通過(guò)“教師引導(dǎo)、學(xué)生主導(dǎo)、團(tuán)隊(duì)合作”的方式，帶動(dòng)學(xué)生參加各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類(lèi)、科技活動(dòng)類(lèi)競(jìng)賽和實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力.

“教學(xué)與育人”相結(jié)合. 教學(xué)過(guò)程中有機(jī)結(jié)合物理的認(rèn)知發(fā)展史和反映認(rèn)知規(guī)律的典型案例，潛移默化地向?qū)W生傳遞正確的邏輯觀、思辨性、人生觀，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的價(jià)值引領(lǐng)，做到物理知識(shí)傳授的顯性教育和思政教育的隱性教育相統(tǒng)一.

4) 優(yōu)化教學(xué)組織，完善教學(xué)評(píng)價(jià)

課前，教師提供自學(xué)內(nèi)容，如：課程平臺(tái)篩選的在線視頻、章節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容、微視頻、課前測(cè)試等. 課中，情境設(shè)置導(dǎo)入新課內(nèi)容；多媒體與板書(shū)結(jié)合授課；探討式互動(dòng)；典型例題分析；工程應(yīng)用案例；科技前沿滲透等. 課后，重點(diǎn)內(nèi)容總結(jié)；知識(shí)面拓展；線上討論及答疑解惑；學(xué)習(xí)小組討論；項(xiàng)目式探究學(xué)習(xí)等.

教學(xué)評(píng)價(jià)上突出“過(guò)程化考核”，將線上平臺(tái)學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課堂互動(dòng)、線上討論、課后作業(yè)、社會(huì)活動(dòng)參與等分別設(shè)置各項(xiàng)權(quán)重，融入評(píng)價(jià)機(jī)制，過(guò)程評(píng)價(jià)組成做到有理有據(jù)、公平公正，學(xué)生的平時(shí)成績(jī)?nèi)鐖D3所示，平時(shí)成績(jī)=考勤(10%)+作業(yè)(10%)+章節(jié)測(cè)驗(yàn)(10%)+課堂互動(dòng)(20%)+討論(20%)+線下(30%).

表1 本校各專(zhuān)業(yè)科技攻關(guān)成果與大學(xué)物理知識(shí)點(diǎn)融入

續(xù)表

圖3 學(xué)習(xí)通成績(jī)權(quán)重設(shè)置

4 “大學(xué)物理”課程教學(xué)創(chuàng)新效果

4.1 擴(kuò)展教學(xué)時(shí)空，突破授課學(xué)時(shí)限制

結(jié)合當(dāng)前大數(shù)據(jù)時(shí)代信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)以及智能終端廣泛應(yīng)用的背景，團(tuán)隊(duì)依托超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)開(kāi)發(fā)了教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)、微視頻解惑、典型例題回顧、一課一練、自測(cè)與鞏固等多個(gè)模塊，學(xué)生通過(guò)提前預(yù)習(xí)、在線練習(xí)和課后回顧等方式在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)自主學(xué)習(xí)，對(duì)于重難點(diǎn)，可以反復(fù)觀看視頻進(jìn)行鞏固掌握或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及時(shí)與教師溝通交流，突破了時(shí)間和空間限制，將學(xué)習(xí)和互動(dòng)做到“時(shí)時(shí)、處處”可見(jiàn).

4.2 解決“新、多、難”，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)性

統(tǒng)計(jì)分析全校各專(zhuān)業(yè)約1 700名學(xué)生近3年的大學(xué)物理卷面成績(jī)，如圖4所示，不及格率整體呈下降趨勢(shì)，平均分亦明顯提升.

圖4 近3年“大學(xué)物理”課程不及格率和平均分成績(jī)統(tǒng)計(jì)

4.3 以賽促學(xué)，提升學(xué)生創(chuàng)新能力

通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐項(xiàng)目與參加各類(lèi)競(jìng)賽，將“大學(xué)物理”課程的理論知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用緊密聯(lián)系起來(lái)，踐行學(xué)科間交叉融合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新能力，由“被動(dòng)教”轉(zhuǎn)為“主動(dòng)學(xué)”. 近三年，我團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)了天津市級(jí)、國(guó)家級(jí)5項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目；全國(guó)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽(創(chuàng)新賽)、天津市普通高校大學(xué)生物理競(jìng)賽、“挑戰(zhàn)杯”天津市大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、天津市大學(xué)生創(chuàng)客馬拉松大賽、中國(guó)國(guó)際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等各類(lèi)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)近四十余項(xiàng).

5 結(jié)束語(yǔ)

在新基建+新工科時(shí)代的呼喚下，大學(xué)物理教學(xué)改革刻不容緩，本文結(jié)合大學(xué)物理教學(xué)中的“痛點(diǎn)”，借助互聯(lián)網(wǎng)+智能終端，采用適合學(xué)生時(shí)代特點(diǎn)的教學(xué)方式，解決“新、多、難”棘手問(wèn)題，激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)性，擴(kuò)展教學(xué)時(shí)空，突破授課學(xué)時(shí)限制，同時(shí)創(chuàng)新教學(xué)模式，以賽促學(xué)，讓學(xué)生真正的體會(huì)到物理學(xué)有所用，做到學(xué)以致用.