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【摘 要】阐述了在新升格应用型本科院校中大学物理课程教学改革的必要性，从教学内容和教学方式两方面展开课程的教学改革探究，讨论大学物理课程教学内容如何取舍、优化的问题，提出实验和理论结合以及数值计算与合作课堂相结合的多种教学模式。
【关键词】大学物理 教学模式 可视化
【中图分类号】 G 【文献标识码】 A
【文章编号】0450-9889（2015）09C-0150-02
大学物理课程是一门面向理工科各专业学生的重要的必修基础课。该课程既可以为学生进行专业知识的学习打好必要的物理基础，又可以培养学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识，树立科学的世界观。高质量的课程教学对培养高素质人才是极为重要的一个环节。
一、大学物理课程教学改革的必要性
目前，在新升格的应用型本科院校中，大学物理课程教学仍然普遍着重理论讲授、演算推理，实物、动画和图片演示少，忽视理论在具体工程中的应用介绍，许多物理现象和物理过程都无法得到很好的呈现，无法引起学生的学习兴趣。演算推理对数学技能要求较高，且最终的理论结果抽象，难于在实际应用中获得实体感受。另外繁杂的数学过程也增加了学习难度，多数学生的求知欲望受到抑制，进而导致学习效率低下甚至完全放弃。
新升本科的应用型高校与研究型高校不同，对物理课程的需求注重于物理概念理解和规律应用，对定律建立的繁杂计算过程要求不高。在这类高校中，如何重新组合和优化教学内容，采用先进有效的教学方式，改变学生难学、厌学的现状，提高教学效果，使课程高质量地服务于应用型人才培养目标，是目前亟待解决的重要问题。
二、大学物理课程的教学和改革现状
物理学是研究物质结构、相互作用和运动规律的学科，它既是自然科学的基础，也是科学技术，尤其是高新技术的理论重要基础。物理学的知识体系建立已经历了几百年的时间，大学物理课程开设也有一百多年的时间，已经形成了成熟的整套体系。
随着大学教育逐步转入大众化教育，高校各个专业对物理知识的需求和侧重愈发细化，大学物理课程的教学内容和方式与现代科学技术的发展已经不相适应。在此背景下，美国高校从20世纪60年代开始掀起了大学物理课程教学改革的浪潮，改革的思路是普通物理应当尽可能反映当代物理科学的最新成果，应当以现代化的研究方法去组织和传授普通物理的内容，目前取得了瞩目的成就。在国内，已经有许多高校开始了课程改革的探索，比如东南大学、北大等高校在课程内容、教学方式等方面都做了许多工作，编写了一系列新的教材，建设精品课程，开通网络教学等。由于学校和学生都具有差异性，在实践当中，发现这些先行高校的改革成果还是不太适应新升格应用型本科院校的教学需要，为此有必要结合自身实际情况，进行课程改革。
三、大学物理课程教学内容改革
根据教育部的部署，新升本的高等院校应当向应用型学校转型，在这指导方针下，各个应用型本科院校结合自身的发展层次以及各专业培养目标对大学物理课程的需求情况，对大学物理的教学内容适当地取舍整合，科学优化，侧重专业需求。既要贴合教学实际，满足各专业培养的需要，又要反映物理科学的发展新成果，逐渐形成符合本校实际的完整课程教学内容。
（一）课程教学内容的重组优化
大学物理课程的内容十分丰富，涵盖了力、热、光、电和近代物理整个普物体系。以我校为例，目前我校的本科工科专业有电子、机械、能源、通信、汽车等专业，还没有集成电路制造等与量子力学密切相关的专业，考虑到教学内容的相对完整性，节选了力、热、光、电这四块内容作为主要讲授内容，不同专业各有侧重。例如，对电子科学与技术专业应适当加强麦克斯韦方程组的介绍；对车辆专业应适当加强质心、转动惯量、热机循环的介绍，对通信专业应适当加强电磁理论的介绍等，基本上满足各专业的实际需求。近代物理部分内容以专题方式融合在一起，适当地进行扩展介绍，并罗列参考资料，做到点到为止。这种专题内容既能解决部分学生对大学物理的特殊要求，又能进一步介绍物理科学的新成就，给学生留下思考空间。
（二）高等数学内容的补充
大学物理课程的教学进度比高等数学的教学进度快些，会出现部分基础内容的脱节现象，即物理中的一些概念定律，用到某些数学知识概念来表示，而学生还没有学习到这些数学知识。为此有必要通过补充少量的数学内容，这些补充内容不求深入、全面，能达到理解物理概念即可，目的在于克服学生面对新概念和新方法时的恐惧心理，解决进度不一带来的问题。国内一些教材提供了很好的示范。此外，数学和物理教师之间可以打破壁垒，加强沟通与合作，比如数学教师在讲解定积分时，能尽量结合物理问题讲解。
（三）精选例题和练习题
例题是学生模仿的范本，练习是加深理解物理概念规律的手段。教师通过讲解精选的典型例子，能够举一反三解决类似的问题。对于非物理专业的学生，设置难度中等偏易、覆盖面较宽的练习题，就能满足实际的教学需要。从心理学的角度看，当学生能够独立完成一道习题时，获得的成就感也会成为其进一步努力学习课程的动力。
（四）大学物理与中学物理的衔接
物理现象观察和分析以及物理演算是物理学的两大重要部分，中学时期的物理教育着重于演算。大学阶段的大学物理应该强调物理思想、物理方法和启发的讲授和引导，培养学生独立思考和严谨的科学态度。中学物理一般讲授的都是简单的物理问题，大学物理关注的是一般规律。教学内容上要注意中学和大学两个阶段的衔接。讲授的内容应当以中学的简单问题出发，经过逐步延伸从而得出一般规律，不能完全丢弃中学阶段打下的物理基础。
四、大学物理课程教学方式探究
新升格的应用型本科院校中，大学物理课程的课时安排一般是64～80个课时，总体上较少。在这样的情况下，可以从教学方式的转变方面着手，通过形式多样的教学方式刺激学生的求知欲望，增强学生学习兴趣，提高教学效率，提升教学效果。 （一）联系实际，结合多媒体技术和仿真技术，激发学习兴趣
围绕课堂讲授内容，借助多媒体技术和仿真技术，引起学生的学习兴趣，丰富课堂的教学内容。例如在讲授质点运动学中运动方程的内容时，通过介绍当前广泛应用的卫星定位技术，向学生提出如何对质点精确定位的问题，启发学生思考，把学生的注意力集中在课堂中，进行启发式教学。然后引出了空间位置的定量化，即建立坐标，进而建立描述质点运动的运动方程。利用多媒体技术，结合卫星在低轨道上的空中分布，展示地球上任意位置都能接收到最少四颗卫星信号的情形，在此基础之上，利用不同卫星的信号建立四个运动方程，求解质点任意时刻的空间位置。通过这样的教学，学生不仅仅学习到了基本的物理知识，还体会到了物理在高科技卫星定位技术中的重要应用。又比如在讲解位移电流时，先用Electronics workbench仿真软件建立一阶RC电路，观察电容的“隔直流，通交流”特性，呈现电容器的充放电过程，既直观演示了在稳恒电流和非稳恒电流两者中磁场的安培环路定律的矛盾，又为引出位移电流假设做好准备，这样学生就能更直观、更深刻了解麦克斯韦的电磁理论。深入挖掘物理知识在生活中或科学前沿中的应用，以及多媒体和仿真技术的合理应用，将会在教学中起到事半功倍的作用。
（二）实验与理论相结合
实验物理也是物理学中极为重要的部分。把物理实验从实验室搬入课堂，或者利用计算机进行物理实验，把物理实验现象在课堂上重现。例如在讲授系统动量守恒的内容时，演示反冲运动，让一名学生坐在光滑地面的滑板车上，手里抱着灭火器，当向后喷出泡沫时，学生和滑板车向前运动。以此为基础，引导学生分析系统受力和运动特点，总结出动量守恒的条件和守恒定律，进而延伸到反冲运动的应用——火箭的发射。从现象到规律，符合物理的认知过程，在学习相关知识点时，学生就比较容易掌握。
（三）开展合作课堂
通过开展合作课堂，改变知识从教师到学生，知识单方向流动，学生参与度较低的局面。教师把知识内容合理拆分成不同的问题，然后按照某种方式将学生分组，提前给不同组别的同学布置不同的问题，要求他们使用Matlab、Mathematica、Origin等工具将物理规律可视化，并在课堂中讲解。例如在机械波的内容中，将波的叠加和干涉两个知识点分成两组，A组别的学生使用Matlab重现叠加现象，B组别的学生使用Matlab重现干涉现象，并且在课堂中各自介绍叠加和干涉的规律。这种教学方式，不仅让学生发挥出学习的自主性和主动性，也让学生学会了科研工具的初步使用，了解科学研究的过程，而且课堂中学生与学生、学生与教师之间互相学习讨论，学生和老师互相之间有了更多的互动和思想的碰撞，知识的流动变成了双向或者多向流动。在开展合作课堂时，要注意两个问题，一是目标主线要明确，二是设置的问题要考虑学生层次，不能够太难。
当前，物理学在不断地发展，前沿领域也不断取得新成果，在大学物理课程的教学中也会不断涌现新的问题，这就要求我们及时跟踪分析新问题，及时调整改变教学内容、教学模式和教学思维，更好地传授物理学知识，培养学生较强的知识应用能力和科学求真精神，又不断地向学生介绍物理学的新成果和新应用。
【参考文献】
[1] 李元杰，孙威娜.大学物理教学改革应关注的几个重要问题[J].中国大学教学，2009（2）
[2] 赵凯华，罗蔚茵.新概念物理教程学[M].北京： 高等教育出版社，1995
【作者简介】陈 超（1978- ），男，广西玉林人，桂林航天工业学院讲师，硕士，研究方向：计算物理。
（责编 丁 梦）
【关键词】大学物理 教学模式 可视化
【中图分类号】 G 【文献标识码】 A
【文章编号】0450-9889（2015）09C-0150-02
大学物理课程是一门面向理工科各专业学生的重要的必修基础课。该课程既可以为学生进行专业知识的学习打好必要的物理基础，又可以培养学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识，树立科学的世界观。高质量的课程教学对培养高素质人才是极为重要的一个环节。
一、大学物理课程教学改革的必要性
目前，在新升格的应用型本科院校中，大学物理课程教学仍然普遍着重理论讲授、演算推理，实物、动画和图片演示少，忽视理论在具体工程中的应用介绍，许多物理现象和物理过程都无法得到很好的呈现，无法引起学生的学习兴趣。演算推理对数学技能要求较高，且最终的理论结果抽象，难于在实际应用中获得实体感受。另外繁杂的数学过程也增加了学习难度，多数学生的求知欲望受到抑制，进而导致学习效率低下甚至完全放弃。
新升本科的应用型高校与研究型高校不同，对物理课程的需求注重于物理概念理解和规律应用，对定律建立的繁杂计算过程要求不高。在这类高校中，如何重新组合和优化教学内容，采用先进有效的教学方式，改变学生难学、厌学的现状，提高教学效果，使课程高质量地服务于应用型人才培养目标，是目前亟待解决的重要问题。
二、大学物理课程的教学和改革现状
物理学是研究物质结构、相互作用和运动规律的学科，它既是自然科学的基础，也是科学技术，尤其是高新技术的理论重要基础。物理学的知识体系建立已经历了几百年的时间，大学物理课程开设也有一百多年的时间，已经形成了成熟的整套体系。
随着大学教育逐步转入大众化教育，高校各个专业对物理知识的需求和侧重愈发细化，大学物理课程的教学内容和方式与现代科学技术的发展已经不相适应。在此背景下，美国高校从20世纪60年代开始掀起了大学物理课程教学改革的浪潮，改革的思路是普通物理应当尽可能反映当代物理科学的最新成果，应当以现代化的研究方法去组织和传授普通物理的内容，目前取得了瞩目的成就。在国内，已经有许多高校开始了课程改革的探索，比如东南大学、北大等高校在课程内容、教学方式等方面都做了许多工作，编写了一系列新的教材，建设精品课程，开通网络教学等。由于学校和学生都具有差异性，在实践当中，发现这些先行高校的改革成果还是不太适应新升格应用型本科院校的教学需要，为此有必要结合自身实际情况，进行课程改革。
三、大学物理课程教学内容改革
根据教育部的部署，新升本的高等院校应当向应用型学校转型，在这指导方针下，各个应用型本科院校结合自身的发展层次以及各专业培养目标对大学物理课程的需求情况，对大学物理的教学内容适当地取舍整合，科学优化，侧重专业需求。既要贴合教学实际，满足各专业培养的需要，又要反映物理科学的发展新成果，逐渐形成符合本校实际的完整课程教学内容。
（一）课程教学内容的重组优化
大学物理课程的内容十分丰富，涵盖了力、热、光、电和近代物理整个普物体系。以我校为例，目前我校的本科工科专业有电子、机械、能源、通信、汽车等专业，还没有集成电路制造等与量子力学密切相关的专业，考虑到教学内容的相对完整性，节选了力、热、光、电这四块内容作为主要讲授内容，不同专业各有侧重。例如，对电子科学与技术专业应适当加强麦克斯韦方程组的介绍；对车辆专业应适当加强质心、转动惯量、热机循环的介绍，对通信专业应适当加强电磁理论的介绍等，基本上满足各专业的实际需求。近代物理部分内容以专题方式融合在一起，适当地进行扩展介绍，并罗列参考资料，做到点到为止。这种专题内容既能解决部分学生对大学物理的特殊要求，又能进一步介绍物理科学的新成就，给学生留下思考空间。
（二）高等数学内容的补充
大学物理课程的教学进度比高等数学的教学进度快些，会出现部分基础内容的脱节现象，即物理中的一些概念定律，用到某些数学知识概念来表示，而学生还没有学习到这些数学知识。为此有必要通过补充少量的数学内容，这些补充内容不求深入、全面，能达到理解物理概念即可，目的在于克服学生面对新概念和新方法时的恐惧心理，解决进度不一带来的问题。国内一些教材提供了很好的示范。此外，数学和物理教师之间可以打破壁垒，加强沟通与合作，比如数学教师在讲解定积分时，能尽量结合物理问题讲解。
（三）精选例题和练习题
例题是学生模仿的范本，练习是加深理解物理概念规律的手段。教师通过讲解精选的典型例子，能够举一反三解决类似的问题。对于非物理专业的学生，设置难度中等偏易、覆盖面较宽的练习题，就能满足实际的教学需要。从心理学的角度看，当学生能够独立完成一道习题时，获得的成就感也会成为其进一步努力学习课程的动力。
（四）大学物理与中学物理的衔接
物理现象观察和分析以及物理演算是物理学的两大重要部分，中学时期的物理教育着重于演算。大学阶段的大学物理应该强调物理思想、物理方法和启发的讲授和引导，培养学生独立思考和严谨的科学态度。中学物理一般讲授的都是简单的物理问题，大学物理关注的是一般规律。教学内容上要注意中学和大学两个阶段的衔接。讲授的内容应当以中学的简单问题出发，经过逐步延伸从而得出一般规律，不能完全丢弃中学阶段打下的物理基础。
四、大学物理课程教学方式探究
新升格的应用型本科院校中，大学物理课程的课时安排一般是64～80个课时，总体上较少。在这样的情况下，可以从教学方式的转变方面着手，通过形式多样的教学方式刺激学生的求知欲望，增强学生学习兴趣，提高教学效率，提升教学效果。 （一）联系实际，结合多媒体技术和仿真技术，激发学习兴趣
围绕课堂讲授内容，借助多媒体技术和仿真技术，引起学生的学习兴趣，丰富课堂的教学内容。例如在讲授质点运动学中运动方程的内容时，通过介绍当前广泛应用的卫星定位技术，向学生提出如何对质点精确定位的问题，启发学生思考，把学生的注意力集中在课堂中，进行启发式教学。然后引出了空间位置的定量化，即建立坐标，进而建立描述质点运动的运动方程。利用多媒体技术，结合卫星在低轨道上的空中分布，展示地球上任意位置都能接收到最少四颗卫星信号的情形，在此基础之上，利用不同卫星的信号建立四个运动方程，求解质点任意时刻的空间位置。通过这样的教学，学生不仅仅学习到了基本的物理知识，还体会到了物理在高科技卫星定位技术中的重要应用。又比如在讲解位移电流时，先用Electronics workbench仿真软件建立一阶RC电路，观察电容的“隔直流，通交流”特性，呈现电容器的充放电过程，既直观演示了在稳恒电流和非稳恒电流两者中磁场的安培环路定律的矛盾，又为引出位移电流假设做好准备，这样学生就能更直观、更深刻了解麦克斯韦的电磁理论。深入挖掘物理知识在生活中或科学前沿中的应用，以及多媒体和仿真技术的合理应用，将会在教学中起到事半功倍的作用。
（二）实验与理论相结合
实验物理也是物理学中极为重要的部分。把物理实验从实验室搬入课堂，或者利用计算机进行物理实验，把物理实验现象在课堂上重现。例如在讲授系统动量守恒的内容时，演示反冲运动，让一名学生坐在光滑地面的滑板车上，手里抱着灭火器，当向后喷出泡沫时，学生和滑板车向前运动。以此为基础，引导学生分析系统受力和运动特点，总结出动量守恒的条件和守恒定律，进而延伸到反冲运动的应用——火箭的发射。从现象到规律，符合物理的认知过程，在学习相关知识点时，学生就比较容易掌握。
（三）开展合作课堂
通过开展合作课堂，改变知识从教师到学生，知识单方向流动，学生参与度较低的局面。教师把知识内容合理拆分成不同的问题，然后按照某种方式将学生分组，提前给不同组别的同学布置不同的问题，要求他们使用Matlab、Mathematica、Origin等工具将物理规律可视化，并在课堂中讲解。例如在机械波的内容中，将波的叠加和干涉两个知识点分成两组，A组别的学生使用Matlab重现叠加现象，B组别的学生使用Matlab重现干涉现象，并且在课堂中各自介绍叠加和干涉的规律。这种教学方式，不仅让学生发挥出学习的自主性和主动性，也让学生学会了科研工具的初步使用，了解科学研究的过程，而且课堂中学生与学生、学生与教师之间互相学习讨论，学生和老师互相之间有了更多的互动和思想的碰撞，知识的流动变成了双向或者多向流动。在开展合作课堂时，要注意两个问题，一是目标主线要明确，二是设置的问题要考虑学生层次，不能够太难。
当前，物理学在不断地发展，前沿领域也不断取得新成果，在大学物理课程的教学中也会不断涌现新的问题，这就要求我们及时跟踪分析新问题，及时调整改变教学内容、教学模式和教学思维，更好地传授物理学知识，培养学生较强的知识应用能力和科学求真精神，又不断地向学生介绍物理学的新成果和新应用。
【参考文献】
[1] 李元杰，孙威娜.大学物理教学改革应关注的几个重要问题[J].中国大学教学，2009（2）
[2] 赵凯华，罗蔚茵.新概念物理教程学[M].北京： 高等教育出版社，1995
【作者简介】陈 超（1978- ），男，广西玉林人，桂林航天工业学院讲师，硕士，研究方向：计算物理。
（责编 丁 梦）