“新工科”背景下大学物理课程与专业的有效衔接

许 媛 侯 丽 焦 铮 陈珍海

黄山学院信息工程学院 安徽黄山 245041

随着信息时代的发展，高校设置的“新工科”专业越来越重视学科的实用、交叉与综合，尤其注重互联网技术、信息通讯、自动控制、软件设计等新技术与传统技术的紧密结合。随着高校“新工科”专业要求的大幅变化，大学物理等专业基础课也迎来了新的挑战，仅传授书本上的知识很难满足新工科专业的需求，得不到学生的重视，激发不了他们的学习兴趣，而且也越来越难达到大学物理课程所设定的培养具有科学思维能力的理工科人才目标。近年来，大学物理教学改革已经取得了一些成效，但课堂教学质量并没有显著提高。如何调整大学物理的教学内容和课堂模式来适应“新工科”专业的需求，如何通过基本理论的学习加强各学科间的相互渗透，如何提高教学效率和学生的学习积极性应该是大学物理改革的主要内容。

目前，在大部分的地方本科高校，大学物理教学内容普遍存在以下问题。第一，教学大纲统一化，没有突出专业特点，导致教学内容和后续专业课需求的衔接不上，很难引起学生的重视，无法做到以专业需求为导向。第二，教学内容与工程实践严重脱节，学生在学习过程中觉得大学物理没什么用，与所学专业没直接联系，提不起兴趣，听课效果不好。第三，太过强调公式推导，缺乏理论与实际应用的结合，无法凸现它的理工科基础课程的作用。所以，以专业为导向的教学内容合理化调整是教学改革的核心所在。大学物理教学内容应该以理论为基础，考虑各学科专业的特点，注重理论与后续专业课程的衔接，加强不同专业和学科之间的相互融合，加强理论与生活、生产实际相结合，引导学生把所学理论应用到工程实践，既有利于学生对基础知识的融会贯通，还让学生有比较直观的实践认知，提高学习主动性。

1 大学物理课程应注重与专业及后续课程的衔接

物理学是当代技术发展的源泉，它的每一个新的认识、新的发现都能在科学技术应用上带来爆发性的成就，可以说，物理学的发展带动了整个科学技术的前进。而大学物理课程作为理工科专业的必修基础课之一，在培养应用型人才的知识结构中具有基础性的作用，且对培养学生的思维能力、实践能力和创新能力有着非常重要的作用，但是它却越来越得不到学生的重视，其原因主要是学生不了解大学物理和后续课程之间的关联性，看不到该课程对所学专业所起的基础作用[1]。

目前大学物理课程主要分为五大模块：力学、电磁学、热学、光学和近代物理学，可以说每个模块都是不同学科的基础，但是如果要把大学物理的内容全部授予学生，几乎不可能。这就要求教师必须深入各专业进行调研，了解不同专业的实际需求，针对不同专业和不同的后续课程，调整教学模块和学时，根据不同专业修订教学大纲，构建课程体系模块，这个在参考文献[2]中已经详细讨论，在此不多做介绍。

如何做到大学物理课程与后继课程有效衔接，在紧凑的学时内让学生打下坚实的基础呢？第一，在专业课程中重复的大学物理内容只做简单介绍。以机械类专业为例，力学课程除了大学物理中的力学部分外，与力学相关的后继课程有理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学或者有限元等。大学物理中力学部分包括质点运动学和动力学、刚体动力学、机械振动和机械。对机械类专业学生，可以尝试把大量课时用来详细讲解质点力学，而刚体动力学只做简单介绍，把刚体动力学的规律和计算交给理论力学，因为这部分内容是重复的[3]。第二，不同专业的学生上课，应该有侧重点。例如土木专业上课，重点应该放在力学和光学上，特别是机械振动、机械波和光的干涉等，有些特殊建筑在设计时需要考虑如何避免声聚焦、加强有用的反射光和声等问题[1]，所涉及的基本理论就是波的传播、反射和叠加干涉等。涉及电磁学有关的专业课程主要有电磁场与电磁波、电路、电路分析、电子技术、半导体器件原理等，涉及的专业有通讯工程、电子信息工程、电气及自动化等，讲授时应着重电磁学，“场”和“路”理论之间的联系，还有半导体、金属之间的微观电结构，因为很多半导体器件的基本结构就涉及金半接触后产生的各种物理机制和整流输运理论，这些复杂理论都是以基本物理理论为基础的。涉及光学知识的专业课程有工程光学、激光原理、非线性光学、量子光学等。涉及的专业有光信息、光学工程等。光信息、通信类以及计算机专业的学生都应该加强激光和量子力学等近代物理的知识。

如果要把大学物理的内容全部授予学生，学时肯定不够。教师应该深入各专业进行调研，了解不同专业的实际需求，针对不同模块涉及的专业和后续课程的不同，调整教学内容和学时安排，补充教材，修订教学大纲，与学生专业课程紧密结合，才能更好地促进教学。通过模块的强化，学生上课会更有积极性，听课效率会比较高。目前很多高校的大学物理课程都在朝这个方向调整，具体措施以教学大纲在不同专业区分对待：多层面分层次的教学模式改革，专业为导向的课程改革，适用于不同专业的校本教材编写等[2-4]。

2 加强课程理论与专业应用的紧密联系

大学物理学习的目的是使学生形成科学的思维方式，发现问题并灵活地运用知识解决问题，而不是成为知识的存储器。为了达到这样的目的，提高学生这方面的能力，在授课过程中，增加理论与实际应用或工程实践的具体实例，引导学生思考，如何把物理理论公式代入具体情境，解决实际问题才是物理教学的关键。

例如，力学篇章中刚体转动定理和角动量守恒定律可以用来解释芭蕾舞演员、体操运动员是如何通过改变身体的质量分布来改变转动惯量的，进而改变自身转动的速度；如地震会导致地球表面的板块移动，也可能导致地球自转的速度发生变化，随之影响一天的时间长短。在电磁学篇章中，用静电场中导体的特性解释静电屏蔽的原理，屏蔽辐射和静电屏蔽究竟有什么区别和联系？打雷闪电的天气为什么躲在车里比较安全？避雷针的设计原理等。在给学生上电磁感应章节时，可以描述发电机的发电原理：转子转动带动了磁场转动，发电机定子内部周边的铜线切割转子旋转的磁场，从而定子的铜线就有感应电动势及感应电流的出现。还可以启发学生思考，如何实现手机和寻迹车的无线充电等。在热学篇章，启发学生思考如何实现热能转化为机械功？最早的蒸汽机、蒸汽火车的工作原理与现今汽车发动机的工作原理有什么联系和改进？在授课过程中，还可以尝试案例教学法[5,6]，用一系列精心编排的例子来阐述重要的概念，把生活的实际案例转化为教学案例，把物理公式代入具体情境，引导学生解决实际问题。

3 基础理论帮助各专业学科间的相互渗透

近代以来，重大科学技术发明中绝大多数都与物理学的发展或物理学科与其他学科的相互渗透有关，交叉性的学科结构已经成为现代科技发展的一大特点。虽然让一个本科生同时掌握不同学科的专业知识不现实，但通过大学物理基础理论的学习，在一定程度上实现不同学科之间的相互了解、渗透和融合还是行之有效的。

如给学生讲授电磁篇章中电源和电动势时，电源是将其他形式的能转化为电能的装置，如发电机把机械能转化为电能，干电池蓄电池把化学能转化为电能。以电瓶车的蓄电池为例，蓄电池在放电和充电过程中涉及铜极板、锌极板和硫酸溶液之间的化学过程，以及载流子定向运动导致化学能和电能相互转化的物理过程，在讲授过程中就实现了物理、化学之间的相互渗透。

当讲到光学篇章时，除了几何光学和波动光学基本内容外，可以给学生拓展已广泛应用于冶金、石油、化工、生物化学和医药等领域的光谱分析技术，由于每种原子或分子都有自己的特征谱线，可以通过光谱来鉴别物质的化学组成和相对含量。其分析原理可以用最基础物理理论解答，但是其分析技术广泛应用于各行各业，大多数工科专业都与之相关，由此促进了各学科间的相互融洽。

4 结语

为了适应信息时代的发展，满足高校“新工科”专业的培养需求，大学物理教学调整迫在眉睫。上课不再是单一的理论讲解、知识的灌输，而应该在理论与实践应用上架构桥梁，引导学生积极地思考如何用理论去联系工程实例，激发学生的学习兴趣，让学生及早地树立工程意识，加强实践能力和动手能力的培养。大学物理课程内容应注重基础知识与专业知识的融合、不同学科间的相互渗透，才能培养出具有综合能力的复合型人才。