原创 韩艳华 姜永远 等 物理与工程
摘要
为使“中国制造 2025”、“创新驱动发展”等重大战略得以顺利施行, 国家有着储备众多具备较强创新能力的新兴工程开发及应用人才的需求。高等教育针对人才予以培养应当服务于国家战略所需, 因而, 伴随着人才需求的进化, 大学物理课程作为理工科专业的基础课, 其教学内容、教学模式等也理应随之进行升级。在教学内容方面要着重于与专业学科相融合, 增添与专业有关的新知识、新技术、新发展的阐释；于教学模式方面要着重对学生知识运用能力以及创新能力的培育。文章提出, 要把教学内容划分成, 基本教学模块以及专业个性化教学模块；在教学模式方面, 实行敏捷化教学, 它以问题或者项目作为导向, 凭借学生能力驱动, 学与做相互结合, 持续不断迭代, 达成学生实践应用以及创新能力的递次提升。
关键词 大学物理；专业学科；模块化教学；敏捷教学
为了诸如“中国制造2025”之类重大事项的达成, 大量有着特定能力和资质的人员被投入。在相关领域开展工作的这些人员满足种种需求。并且, 借助前沿科技推进的助力, 该技术作为生产与发展的基础依据, 同样得以实施落实。在技术层面, 要着重关注具备先进性与前瞻性从而向行业输送新型技术、新型设备以及新型工艺的相关事务。在运作模式方面, 要向那种科学高效运作以及稳健有序进展去发力投入关注心思。此篇论文致力于将复杂问题拆解为基础要素和细分元素。灵活敏捷的工作流程适宜于运作模式, 或是经由系统规划, 或是依赖精心安排, 经由相关人员的共同奋斗协作配合, 以及身体力行付诸实践, 进而达成那种科学高效运作以及稳健有序进展的目标成果。
高等院校理工科专业里, 极其重要的一门必修课程, 同时也是基础课程的大学物理, 对提升理工科学生综合素质, 以及培养创新能力, 有着独特的基础性作用, 且具备无可替代性。它是以经典物理理论作为主体, 依照力、热、光、电以及近代物理这种分类形式的学科基础课程, 其最大突出特点是拥有高度相关性与严密逻辑性。有关大学物理的教学目的, 主要是为专业课程学习奠定一定学科基础, 它属于理工科专业的基础课程。
自2016年起始, 立足“新工科”視角围绕这工程教育展开的讨论, 渐渐热烈了许多。“新工科”倡议, 乃是我国工程教育针对“互联网+”、“中国制造2025”、“一带一路”等国家重大战略所给定的积极回应, 主要处理国家以及产业的重大需求跟科技的重大需求方面的问题。相较于传统的工科人才而言, 未来新兴产业以及新经济所需要的, 是具备很强实践能力、带有很强创新能力、拥有国际竞争力的高素质复合型全新型工科人才。“新工科”得为新技术、新业态、新产业、新模式的新经济发展予以服务, 得把产业需求当作导向。徐晓飞教授等人阐述了“哈工大新工科‘Π 型’方案”里的“８Π 模型”, 从人才培养目标、培养方案、教学模式、师资队伍、校企合作、国际交流、通专结合、学院书院等８个方面对方案内容展开了深刻论述, “Π 型”人才, 既有坚实专业知识能力, 又有广博宽泛的应用领域／行业相关知识与能力, 着重“专业＋行业”兼备的精英人才。针对于作为基础课程的大学物理这项内容而言高中物理课型，其同样且理应要为培育“Π 型”人才给予助力支持, 于确保教学内容以及知识体系具备完整性的基础条件之上, 以专业需求当作导向来制定教学内容以及教学模式, 具体如下: 其一, 依据专业所展现出的特点去调整教学内容的侧重点之处, 并且增添与专业存在关联的器件、成果介绍以及同知识点相关的应用部分；其二, 推行敏捷化教学方式, 以问题或者项目作为导向指引, 经由以学生能力为驱动因素, 实现学做进行结合, 并且持续不断呈迭代状态发展, 以此达成学生实践应用以及创新能力的递次上升态势。促使学生不但拥有专业知识方面的能力, 还拥有跟理论知识相关应用领域的知识以及能力, 以此为培育具有可持续竞争力的人才搭建基础。
1 教学计划按专业定制
平常, 为确保大学物理课程架构的完备性以及考试形式的一致性, 大学物理课程在全年级层面而言, 有着统一制定的授课计划, 有着统一安排的教学内容, 并未对学生的专业作出区分。但凡实际情况而言, 学生所学习的专业存在差异, 对于大学物理内容所作的要求并非一致相同, 就好比智能车辆专业, 力学、电磁学、热学这些知识, 在后续的诸如理论力学、机械原理、材料力学以及电子技术等专业课学习当中应用较为频繁, 然而对于光学以及量子部分的知识运用则相对较少；针对于土木工程专业, 其专业课程与力学关联度极高, 像理论力学、材料力学, 流体力学之类, 而热学、光学, 电学以及近代物理知识在专业课程学习过程中涉及面较窄。所以不同专业背景对于大学物理知识要求的侧重点有所不同。
针对专业具备的个性化需求, 于确保大学物理教学体系拥有系统性以及完整性的前提条件下, 能够将大学物理课程划分成基本教学模块与个性化教学模块, 基本教学模块是所有开展大学物理专业必定要选择的模块, 然而个性化教学模块则能够依据专业的特性进行个性化地挑选不一样的教学内容。
依据《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》（下面简称为《教学基本要求》）, 大学物理教学内容划分成 A、B 两类, A 类属于核心内容, B 类是扩展内容。基本教学模块内容选取的是《教学基本要求》里的 A 类教学内容, 此部分内容只是依照专业略作调整, 比如材料相关专业后续课程对几何光学内容无要求, 那么在制订教学计划时能够将几何光学内容从教学计划里去除, 当作学生自学内容。个性化教学模块的内容, 是依据专业由来选择而从《教学基本要求》里此具体的B类教学内容之中进行挑选的, 这一部分相关的教学内容会顺着专业的不同存在很大差异, 像是信息相关专业, 会着重倾向于针对存在电磁学模块、量子物理模块、狭义相对论模块、振动与波动模块、光学模块这些之中的涵盖了B类教学内容的选择, 然而车辆相关专业呢一流范文网，它更侧重于在力学模块、热学模块、振动与波动模块、电磁模块、狭义相对论模块里所包含的B类教学内容的选择。
顺应基本教学模块同个性化教学模块的划分情形, 能够于课程计划里设置个性化课时, 举例来讲, 智能车辆专业总的学时为一百五十二学时, 能够设定三十三学时作为专业个性化课时, 一百二十学时用以基本模块教学, 三十三学时用以专业个性化模块教学。以智能车辆专业当作例子, 专业个性化教学模块中增添的知识点像表一显示的这般，专业个性化教学模块里的知识点全都是智能车辆专业后续专业课程的根基。
此外, 在个性化模块里, 还需要增添跟专业有关的器件、成果的介绍以及知识点的相应应用。比如说, 在讲解惯性力之际, 可以针对智能汽车导航系统中测量加速度的加速度计原理予以剖析；在讲解刚体定轴转动角动量守恒时, 去介绍汽车GPS导航系统中陀螺仪的原理；在讲解流体力学知识点时, 分析为何汽车都被设计成流线型；在讲解电磁感应现象时, 剖析磁悬浮列车的悬浮以及制动原理等。
于专业个性化模块里增添跟知识点有关的时事剖析, 依据当下的新闻报道实例, 结合课本知识点提出问题予以分析, 比如说为何体型极小的飞鸟跟飞机相撞, 就会给飞机带来极大的损害；长征五号运载火箭把8.2吨嫦娥五号探测器送进地球转移轨道, 剖析火箭升空的原理以及火箭的最大推力；节目里表演的胸口碎大石是怎么一回事, 怎样去做才能够减少伤害。基于知识点提出的实例分析, 既贴近生活又提升了学生学习的兴趣。
2 构建敏捷式教学模式
在大学物理教学里, 为达成学生于基础课学习时知识学习及能力提升, 提升学生学做结合的能力, 提出一种敏捷式教学模式, 此模式以课题和项目为导向, 由学生能力驱动, 呈现学做结合, 知识和能力递次提升的特点。
对于大学物理的各个教学模块, 给出和内容有关的小课题或者项目, 首先剖析课题或者项目所需的知识点, 知识点的学习借助两方面达成, 一部分经由学生自学, 一部分由教师在课上讲解, 随后学生在课下通过实践去验证所学的知识点来完成课题或者项目, 最后以小论文的形式归纳知识点以及知识点的实际应用。
于多普勒效应部分, 提出小课题: 处于汽车之上, 当汽车鸣笛行经路口之际, 我们所听闻的声音呈现怎样的情形? 我们身处路口之处, 当汽车鸣笛经过此路口之时, 我们听到的声音又是怎样的状况? 声音发生变化的影响因素究竟是什么?
（1）就学生自学的那个部分而言, 要去总结这样一种现象: 当人坐在车上的时候, 那发出鸣笛的声音, 连续不断听起来始终都没有变化, 然而当人站在路口的时候, 车朝着人过来的时候鸣笛的声音, 跟车离开时听到的鸣笛声音, 却是不一样的。要引导学生去分析出现这种差异的原因这样一个情况: 就是人处于火车之上的时候, 人相对于车保持静止的这种状态, 声源跟接收器同样保持相对静止；可是当人处在路口呢, 人跟车之间存在相对运动, 也就是声源和接收器这些之间存在相对运动, 存在一个靠近以及远离的过程。
（2）课上讲解之时, 针对接收器接收到的频率, 去详细剖析其与声源的运动情况、接收器的运动速度以及声源频率之间的关系, 进而给出接收器接受频率和声源频率的具体关系式, 随后对多普勒效应在生活里的应用, 诸如测速、导航、超声测试等方面展开分析。
（3）课下实践这一部分, 是由学生自行去设计实验, 以此来验证关于多普勒效应的公式。
（4）针对诸多知识点, 采用小论文的形式予以总结, 针对多普勒效应于生活里的应用实例展开剖析并进行总结。
通过完成如此这般一个小小的课题, 学生掌握了剖析问题进而解决问题的办法, 还掌握了知识要点以及知识要点于生活里的实际运用, 不但提高了学生的学习兴致, 而且提升了学生学习与实践相结合的能力。
还有这样另类形态的小立项形式样式, 也能够呈现出关联涵盖涵盖不少的相关要点的项目, 伴随项目带动驱动, 提高增进学生对于涉及知识综合运用的本领和能力以及学做相互结合的本事能力。
以大学物理课程中光的干涉和光的衍射内容为例。
（1）提出项目：制作首饰、手表等小物品的全息展柜。
（2）鉴于要用于三维展示首饰、手表、汽车等物品, 需对其项目背景、原理以及涉及到的知识点展开分析, 全息照相存在记录与再现这两个过程, 而记录物品信息借助的是光的干涉, 再现物品依靠的是光的衍射。
（3）学生依据MOOC、微课等各类线上资源, 开展自行预习, 记录并再现过程的原理, 以及干涉和衍射知识点。
（4）光的干涉知识点于课堂被讲解, 光的衍射知识点同样在课堂被讲解, 重点遭遇到详细分析, 于当前这种分析之中, 难点也被涉及到详细分析, 通过这些, 学生对光的干涉、光的衍射的理解得以进一步加深。
（5）对全息记录以及再现当中, 所关联的干涉现象, 还有衍射现象, 去交流讨论详尽的实施方案。
（6）购买材料, 预约实验室去制作全息干板, 从多个维度记录物品的信息, 接着使用制备好的全息干板去再现物品, 在再现成功之后, 将全息干板进行组装从而制作全息展柜。
（7）交流讨论实验结果高中物理课型，理论和实验上的收获。
（8）展示制作好的产品及理论总结。
（9）对整个项目提出到完成的过程进行整体评价。
（10）要是在第（6）步那儿遭遇失败, 那就返回第（3）步再度起始, 一直持续到项目达成。
流程图如图 1 所示。
经由项目以及课题施加驱动这个举措, 也便在考查那学生认知知识到何等程度这一点的同时, 又能考量出实际当中他们运用知识的本事, 构成了可供学生针对其所习得那个知识开展予以消化、实施进行迁移加上予以从事创造这般运行经过, 历经这一经过历程之后, 学生在各方面的能力皆呈现出极大幅度的获得提升。凭借理论知识同实际动手切实把二者结合在一起的这种方式, 学生在动手实践能力方面, 以及对于分析问题和解决问题这些能力方面, 均实现了得以提升这样的结果。先是经过学习知识, 接着手动实践, 然后失败了, 之后重新学习, 再去分析问题, 进而寻找原因, 最终成功了, 像这样一步步的迭代过程, 学生的知识水平以及学做结合的能力获得了极大提升, 在这一步步的迭代过程当中, 教师需要依据学生的特点, 在学生的学习以及实践过程里进行引导和激励, 以此让学生的创新能力进一步得到提升。
实践灵活多变的教学模式之中, 借由课题以及项目的研习训练课程, 拓宽增添了学子所能够占有的多面展现外延场合, 使其拥有挖掘自身潜藏优势的契机, 进而更加有利于达成学子多种多样个性化培育之追寻目标。
3 教学内容中挖掘思政元素
塑造学生成为达标的社会主义建设者以及接班人, 不但得拥有专业知识方面的能力, 还有专业有关领域运用的知识与能力, 而且得持有正确的人生观、价值观以及家国情怀, 所以于教学进程里要依据知识来予以引导, 提升学生的爱国热忱, 增添学生的民族自豪感、民族自信心, 确立正确的人生观和价值观。
教师在备课时, 要积极去挖掘大学物理课程当中的思政元素, 时刻密切留意我国那些最新的科技进展状况, 授课所用到的教案需要跟着时代一起进步, 特别要增添对于我国自主研发成果的介绍, 这样既能够增加前沿方面的知识。又能够进而提高同学们的民族自信心, 还能够激发学生们的爱国热情。
当在力学部分对火箭飞行原理予以讲解之际, 引入我国自行研发的航天运载工具, 也就是长征系列运载火箭的相关介绍, 自 1970 年 4 月 24 日, “长征一号”运载火箭首次成功发射“东方红一号”卫星起, 长征火箭直至如今已拥有退役、现役总计 4 代 20 种型号, 长征火箭拥有发射低、中、高不同地球轨道不同类型卫星以及载人飞船的能力, 并且拥有无人深空探测能力, 截至 2021 年已达成 400 次发射。中国卫星及其应用以及载人航天技术的发展因长征系列运载火箭的发展而得到推动, “神舟一号”到“神舟七号”飞船皆由基本型“长征二号 F”运载火箭发射, 其为我国成功达成载人航天飞行予以了历史性贡献 , “神舟八号”直到“神舟十二号”飞船以及“天宫一号”、“天宫二号”由改进型“长征二号 F”运载火箭发射 , “神舟十三号”载人飞船由“长征二号 F”遥十三运载火箭发射。
中国长征系列运载火箭, 历经60年发展。它经历了多种技术跨越, 从常温推进剂到低温推进剂, 从末级一次启动到多次启动, 从串联到并联, 从一箭单星到一箭多星, 从载物到载人。它逐步发展成由多种型号组成的大家族, 具备进入低、中、高等多种轨道的能力, 入轨精度达到了国际先进水平。“长征”五号火箭成功研制, 这意味着我国运载火箭发展历经60年发展达成了又一回跨越, 此填补了我国大推力无毒无污染液体火箭的空白, 它还大幅提升了我国自主进入空间的能力, 致使我国火箭运载能力步入国际先进行列, 它成为我国由航天大国迈向航天强国的重要标志。
以磁悬浮列车为例, 在电磁感应部分, 依据电磁感应原理, 对磁悬浮列车的悬浮原理进行分析, 紧接着, 对磁悬浮列车的制动原理进行分析。中国磁悬浮列车发展历史, 我将会为你介绍, 以及最新突破状况。2003年1月, 最初是从德国购买的磁悬浮列车并在上海磁浮线运行。过后呢, 到了2016年5月6日, 中国有了首条具有完全自主知识产权的、世界上最长的中低速磁浮商业运营磁悬浮列车。再后来, 到2019年5月23日, 时速600公里高速磁浮试验样车在青岛下线, 这也表明中国在高速磁浮技术领域达成了重大突破。最后, 到公元2021年1月13日的时候, 我国自主研发设计而且又自主制造的世界首台高温超导高速磁浮工程化样车及其试验线在成都下线启用, 高温超导高速磁浮工程化研究达成实现从最开始的没有那种状况转而转化进入到有成效的研究突破, 运行速度超过600公里/小时。尽管我国磁悬浮列车的研究开端相对靠滞后些, 可当下我国的磁悬浮技术已然抵达世界领先层次。
于光学仪器分辨本领范畴内, 增大通光孔径乃是提升光学仪器分辨本领的途径之一, 介绍我国自主研发建设制造的, 于2020年1月11日通过中国国家验收工作且正式开放运行的世界上最大口径球面射电望远镜, 也就是FAST, 它是当前世界上灵敏度最高的望远镜, 能把我们探测宇宙天体的能力延伸到137亿年前, 且FAST会在未来20至30年维持世界领先位置。
这些最新的成果, 与最新的进展, 共同彰显出, 我们国家于航天领域, 在机械制造范畴, 在宇宙探测方面, 均有着飞速的进展, 而这主要是源于我国科研工作者的共同努力, 其鼓励着同学们要努力学习, 以便将来能够为我国航天各类具体范畴、中国制造各相关方面、宇宙探测各有关领域的进一步发展, 做出更为巨大的贡献。
4 考核方式多样化
在实际教学里, 我们察觉到, 有些同学, 其掌握理论知识的能力颇为强大, 然而, 其动手实践的能力却相对显得薄弱, 而另外有些同学, 其掌握理论知识的能力相对较为薄弱, 可是, 其动手实践能力却颇为强大, 所以, 在大学物理考核方式当中, 应当既涵盖理论知识的考核, 又涵盖知识运用能力的考核。
主要考查学生知识掌握程度的专业知识考核,能通过课前在线学习, 课堂表现, 课后作业, 随堂测试, 期中考试, 期末考试及类似情况等等方式得以进行评判, 在试题设置方面着重关注的是理论知识跟实际应用相互结合的分析题, 就好似多普勒效应知识点而言, 能够设计成下面这种题目: 公路上存在着那借助频差法来监测车辆速度的监测器, 此监测器由微波雷达发射器, 探测器以及数据处理系统等等构成就如同此类状况一样, 要是依据交通管理条例把汽车最高速率界限设定为 vm, 那么监测器发射以及接收频率当中的最大差值究竟是多少的时候算是不超速? 句号不能忘加。
学生在课题呀以及项目探究其内的呈现状况, 会被用于展开知识运用能力的考查, 考查进程之中着重关注的是过程的核验情形, 依据不同学生的个体区别, 给出蕴含激励性质又具备发展特性的引导加以评判。
自学能力, 依据学生线上自我检测, 以及随堂测试、期中考试、期末考试等情况, 反馈给他目前当下学习里占优的内容, 还有需要进一步去学习的内容, 以此考查学生是否能够在迭代状的学习进程之中持续不断改进。
关于进行学做结合的能力, 其重点在于, 学生针对理论知识同具体项目相结合时所展现出的知识运用及动手实践能力, 这一能力之中, 会考查学生是不是能够依据具体的课题以及项目, 去剖析所需的理论知识, 进而设计出可合理达成课题与项目的方案。
分析问题、解决问题的本事: 一旦那个课题又或者项目碰到难题的时候, 去审视学生能不能凭借现有的数据剖析出问题的缘由, 并且给出合乎情理的解决办法的本事。
学生所具有的归纳总结能力, 是指考查其将理论知识跟实践操作相结合，进而归纳总结课题以及项目成果, 对优缺点展开分析并且明确下一步进展的能力。
沟通言说能力, 于课题以及项目的成绩呈现阶段得以检验, 此情形下要求学生自行筹备讲稿实施答辩, 评判依据为展示与答辩进程, 据此来考查学生的交流表达能力。
创新能力表现为, 在项目推进进程当中, 学生先是展开自学, 其后有可能在老师引导之下的情况里, 针对项目的实施方案, 再或是项目成果, 是否有能力作出创新性的见解表达 , 是吗。
考核进程是个动态评估进程, 并非是在拿到一项课题或者项目之后，毫无任何问题地完成后就堪称最佳, 也不是在研究课题以及项目进程里老是持之以恒地遭遇问题便是最差, 乃是以动态视角看待, 项目得以顺利施行的同学能于项目讨论进程之中引领学生对有关知识点展开深度探索, 激发出学生的创新思维；而对于持续碰到问题的学生而言, 则要协助学生剖析问题的关键所在究竟为何? 是理论知识欠缺扎实程度? 还是方案欠缺合理性? 接着依据学生在解决问题进程里的态度, 以及努力程度, 还有完成的程度来实施综合评价。着重于过程进行评价的课程考核, 对于学生个人能力的提升而言, 具备更高的促进作用, 并且对于学生的个性化发展, 也是更为有益的。
5 结语
教学内容设置了基本教学模块, 还设置了专业个性化教学模块, 其中专业个性化教学模块让大学物理具备了鲜明的专业特色, 进而使大学物理知识同专业知识的连接更为紧密, 以致无形中增添了学生的学习兴趣；敏捷教学模式锻炼了学生自主学习的能力, 也锻炼了学生分析问题的能力, 还锻炼了学生解决问题的能力以及学做结合的能力以及创新能力, 如此这般的模式对于学生个人能力的提升更加有利, 并且更契合于学生多元化的培养目标。查看反馈得出的结果能发现, 大学物理课程针对智能汽车所处专业而言, 于教学内容方面进行的调整, 于教学模式方面开展的变动, 以及在考核方式上做出的改变, 不但增添了学生去学习大学物理课的那股热情, 而且还提升了学生针对学习专业课所抱有的兴趣, 与此同时, 学生在知识运用这方面的能力也获得了显著的提高。