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［摘要］在新工科及雙一流建設(shè)的背景下，教師需探索出一套適合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的行之有效的大學物理教學方案：以培養(yǎng)學生提出問題、分析問題與解決問題的能力為基本目標，以解決實際問題為載體學習科學研究的方法，在物理教學中激發(fā)學生的內(nèi)在學習興趣，提高學生自主學習的意識與潛能，培養(yǎng)學生研究性學習能力與創(chuàng)新能力。經(jīng)過多年的教學實踐證明，建立教、學、實踐“一體化”的新型教學模式，不僅能促進學生知識應(yīng)用能力的提高，也能促進學生研究性創(chuàng)新能力的提高。

［關(guān)鍵詞］研究性學習；創(chuàng)新能力培養(yǎng)；物理教學模式

近年來，國家對工程人才的要求越來越高，需求越來越大，工程教育改革迫在眉睫。“新工科”建設(shè)在這樣的背景下應(yīng)運而生。新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，以期培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型的卓越工程人才。同時，世界一流大學和一流學科建設(shè)，簡稱“雙一流”，是中共中央國務(wù)院做出的重大戰(zhàn)略決策，亦是中國高等教育領(lǐng)域繼“211工程”“985工程”之后的又一國家戰(zhàn)略，有利于提升中國高等教育綜合實力和國際競爭力，為實現(xiàn)“兩個一百年”奮斗目標和中華民族偉大復興的中國夢提供有力支撐。為實現(xiàn)“新工科”建設(shè)和“雙一流”建設(shè)目標，高校的主要任務(wù)就是培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才及提升科學研究水平。高等教育的根本任務(wù)是人才培養(yǎng)，即不僅要培養(yǎng)高素質(zhì)、厚基礎(chǔ)的人才，更要培養(yǎng)具有實踐能力與研究性創(chuàng)新型的高質(zhì)量人才。學生是學校培養(yǎng)的主體，教學工作要以學生為主開展。因此，以人才培養(yǎng)為目標的一切教學活動應(yīng)以學生為中心是學校教學行為的一個基本教學理念。“以學生為中心”的教學本質(zhì)應(yīng)該是在教師指導下的學生自主型研究性的學習，這一模式強調(diào)在教師引導與激勵下的學生自主學習、創(chuàng)新實踐和綜合發(fā)展。其核心是充分激發(fā)學生內(nèi)在學習興趣和動力，教師不僅傳道、受業(yè)、解惑，更肩負激發(fā)學生主動探究興趣、培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新精神的重任。因此，教師應(yīng)對課程講授方式開展多模式的改革與嘗試，以促進高等教育進入全面提高質(zhì)量、內(nèi)涵建設(shè)、協(xié)同創(chuàng)新的發(fā)展階段。同時，創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也是落實科學發(fā)展與實現(xiàn)科技強國戰(zhàn)略的迫切需要，是21世紀中國高等教育改革的熱點與重點問題。德國大學將科學研究引進教學過程的改革使德國在幾十年內(nèi)一躍而成為擁有世界上最先進大學制度的國家。美國大學創(chuàng)造性地繼承了德國大學的做法，建立了歷史上第一所研究型大學——約翰·霍普金斯大學，更加強調(diào)研究在大學教學中的地位和作用。但是由于長期以來研究型大學過分強調(diào)教師的研究，以及高等教育大眾化的到來等原因，導致了教學與研究從統(tǒng)一走向分離，出現(xiàn)了重科研輕教學、知名教授極少給本科生上課、學生解決實際問題的能力下降等現(xiàn)象。后來美國開始重構(gòu)大學本科研究型教育，各個大學紛紛創(chuàng)設(shè)或者擴展原有本科教學計劃，形式多種多樣，如MIT的大學生研究計劃、獨立活動計劃、工程實習項目、綜合研究項目、回歸工程計劃以及新生研究指導計劃等。近年來，歐洲研究型大學逐漸認識到，大學的科學研究必須與本科教育緊密結(jié)合，本科生教育不能孤立于研究活動之外，應(yīng)該成為大學不可分割的組成部分。我國研究型大學近年來在課程教學和實踐教學等方面開展了本科研究性教學的實踐活動，如清華大學實施本科生“學生研究訓練”，浙江大學增設(shè)綜合性、研究型、項目化課程及實施大學科研訓練計劃等。物理學是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運動形式、相互作用及其轉(zhuǎn)化規(guī)律的學科。它的基本理論滲透到自然科學的各個領(lǐng)域，應(yīng)用于生產(chǎn)技術(shù)的許多部門，是自然科學和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。以物理學基礎(chǔ)為內(nèi)容的大學物理課程，是高等學校理工科學生一門重要的通識性必修基礎(chǔ)課，該課程所講授的重要的基本概念、基本理論和基本方法是學生科學素質(zhì)的重要組成部分，是一個科學工作者和技術(shù)人員所必備的。大學物理蘊含著極其豐富的創(chuàng)新思維，從古希臘的亞里士多德、阿基米德到伽利略、牛頓，再到近代物理的普蘭克、愛因斯坦等，這些物理學家們的創(chuàng)新性思維推動了人類科學的進步。正如主席指出,當前世界正處在新科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的交匯點上，科學技術(shù)在廣泛交叉和深度融合中不斷創(chuàng)新。而我國能否從科技大國走向科技強國的關(guān)鍵在于人才培養(yǎng)的質(zhì)量高低，而大學物理教學在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面應(yīng)該發(fā)揮獨特的重要作用。雖然近些年隨著大學物理教學改革的不斷深入，大學物理教學在教學內(nèi)容、教學方法和手段等方面都有了很大的改進和提高，但是仍存在許多不足，無法滿足新工科背景下人才培養(yǎng)的需要。教學內(nèi)容上，盡管大多高校都加強了近、現(xiàn)代物理內(nèi)容的教學，但在用現(xiàn)代物理觀點審視和改革經(jīng)典物理、用普通物理方法闡述近代物理以及在經(jīng)典物理中增加應(yīng)用技術(shù)內(nèi)容等方面明顯不足，無法真正貫徹和實現(xiàn)“普通物理現(xiàn)代化和現(xiàn)代物理普通化”的思想，更不利于培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力。在教學方法和手段上，盡管大多高校都嘗試采用了參與式、討論式、滲透式等多種先進的教學方法，但總體上仍主要以“灌輸式”方法為主，整體教學效果并不理想。針對目前大學物理教學的現(xiàn)狀，如何在教學內(nèi)容、教學方法和手段、提高教師工程素質(zhì)等方面進行全方位改革，真正發(fā)揮大學物理課程在培養(yǎng)和提高學生創(chuàng)新能力與科學素質(zhì)方面的優(yōu)勢，實現(xiàn)大學物理在跨界復合人才培養(yǎng)上的支撐指導作用，是目前我國高等學校新工科建設(shè)面臨的緊迫任務(wù)。因此，本文從大學物理“教什么”“怎么教”兩個核心層面，探討新工科背景下跨界創(chuàng)新人才培養(yǎng)及各個專業(yè)工程教育認證對大學物理教學提出的要求，以及與之相適應(yīng)的改革，以便促進大學物理整體教學水平的不斷提高。

一、教與學模式的改革——研究性教學模式

（一）問題導入式教學模式

學習始于學習者的注意，而影響注意的一個重要因素就是興趣，興趣是學生積極探究某些事物產(chǎn)生與發(fā)展的動力。一個實際生活中的問題可以很好地激發(fā)學生的興趣與好奇心。我們改變了傳統(tǒng)的教學模式，采用以問題研究為導向，圍繞系列綜合物理現(xiàn)象展開物理教學和實踐的教學模式。例如：圍繞“望遠鏡”相關(guān)現(xiàn)象，將單透鏡望遠鏡、伽利略望遠鏡、開普勒望遠鏡的制作和幾何光學、波動光學中光學成像的放大率、清晰度、分辨率等相關(guān)知識相結(jié)合展開學習；圍繞“氣球降溫——冷氣球”和“熱表面水珠的萊氏星星”現(xiàn)象和形成機理，將熱學中體積功、熱傳遞、熱力學第一定律、熱力學第二定律和流體相關(guān)的基礎(chǔ)知識和實踐相結(jié)合……近5年來，我們總結(jié)了80多個這樣具有代表性的趣味現(xiàn)象及其相關(guān)的理論和實踐教學方案，在教學中鼓勵引導學生去思考實際問題的物理本質(zhì)，把所學物理學原理與實際生活相結(jié)合，即從如何分析問題到對實際問題進行簡化近似、建立數(shù)學模型和概念模型，再到運用相應(yīng)物理學原理來解決問題等一系列分析處理方法。學生反映這樣的教學模式使自己很容易理解所學物理學的各項原理，再也不需要生硬地記憶各種定律的公式了。

（二）采用同伴教學法采用同伴教學法，實現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)

在傳統(tǒng)的講授教學方法中，學生是被動的傾聽者、接受者，他們的注意力主要集中在對知識點的掌握上，而不是對知識的探究式學習上。同伴教學法最先應(yīng)用于哈佛大學的基礎(chǔ)物理課程中，變傳統(tǒng)單一的講授為基于問題的自主學習和學生之間的合作探究。教學中堅持以學生為主體、以教師為主導的教學理念。教師在教學過程中就精講的重點、難點、疑點和關(guān)鍵點等教學內(nèi)容，啟迪學生的思維，營造一個師生互動、生生互動和激發(fā)學生學習興趣、引導學生探究及翻轉(zhuǎn)課堂的學習環(huán)境。教學中教師從學生現(xiàn)有的知識水平出發(fā)，通過一些影響學生認知能力的問題不斷地對學生進行激勵、喚醒與鼓舞，來引發(fā)學生學習的自主性，引導他們之間的合作學習，進而使其獲得新的認識和產(chǎn)生新的思想，達成思維、情感與意志的和諧發(fā)展。課堂教學中為學生設(shè)計了相互討論、合作學習的環(huán)節(jié)，讓學生有機會在相互爭辯、討論、交流中共同解決問題。這樣，他們會對物理概念形成更豐富、更深刻的理解，同時學會與他人進行合作、交流、協(xié)商和共享經(jīng)驗。學生在與他人的相互接觸、相互影響之中，得到更完善的發(fā)展。教學中還注重鼓勵學生的質(zhì)疑精神和批判性思維。我國一直有尊師重教良好風尚，學生很難去懷疑老師，學生不敢也不愛提問題，這就很大程度上制約了學生探究性思維及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在實際教學中，我們鼓勵學生闡述自己觀點，傾聽別人的陳述和批評，在獲得更多信息的同時反思自己和別人的觀點，評價不同的概念和觀點的科學性，通過思辨得出新的結(jié)論，并清楚地表達自己的看法。具有這樣靈活性和適應(yīng)性的學生，比起那些僅僅掌握了專門知識體系的學生，更有可能進行創(chuàng)新與創(chuàng)造。

二、實踐創(chuàng)新——構(gòu)建創(chuàng)新第二課堂

（一）開設(shè)系列創(chuàng)新選修課

作為對大學物理課堂教學的實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的進一步深化，我們在全校范圍內(nèi)分階段地開設(shè)“物理創(chuàng)新基礎(chǔ)（公共）—物理創(chuàng)新應(yīng)用（公共）—物理創(chuàng)新設(shè)計（實踐）”教學和實踐一體化的創(chuàng)新課堂選修課。具體做法是采用每年從各國征集來的國際青年物理學家錦標賽的題目，圍繞解決給定的實際物理問題的基本知識、理論分析、實驗方案、結(jié)果討論等進行開放性的探索與研究，學生需對多個給定的物理實際問題在理論模型與實驗平臺搭建等方面展開一系列的合作及探究。這些題目貼近生活，開放度大、研究性強，考察面廣，很少甚至幾乎不設(shè)置限定性條件或參量，而是由學生在研究中充分調(diào)動開放性思維，考察各種不同的情況（實驗條件）、實驗參量等對研究結(jié)果的影響，沒有統(tǒng)一標準答案。其對于提高大學生的創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)等方面發(fā)揮了獨特作用。

（二）實踐創(chuàng)新實踐創(chuàng)新：指導學生自制物理教學演示儀器

教育家蘇霍姆林斯基說：“上課要有趣，課上得有趣，學生就可以帶著一種高漲的、激動的情緒從事學習和思考，對前面展示的真理感到驚奇和震驚?！毖菔緦嶒灢粌H可以建立直觀的教學情境以激發(fā)學生進一步探索的興趣，還可以促進其將已掌握的理論知識運用于實驗現(xiàn)象分析。演示實驗在物理教學中的地位不可替代，甚至可以說一節(jié)物理課如果沒有演示實驗是不完整的，因此，可以說演示實驗是物理教學的重要輔助手段，也是提高物理教學效果的一種有效措施。而我校大學物理教學中演示實驗一直是空白的。我們利用創(chuàng)新第二課堂組織指導學生自己設(shè)計制作物理演示儀器。起初，學生感覺太難了，無從下手。在教師的指導下，他們慢慢產(chǎn)生了濃厚的興趣，對物理現(xiàn)象的好奇逐漸轉(zhuǎn)化為對物理知識探究學習的動力及不斷探索的積極性。從購買一件件材料部件開始，到最終搭建出可以展示預想或超出預想的實驗現(xiàn)象，學生的實踐動手能力、創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力得到了很大提高。他們的作品有基于半導體材料溫差電動勢的“手觸式蓄電池”、基于電磁學原理的“電磁阻尼演示儀”、基于超導材料的“磁懸浮列車演示儀”、基于波動光學的“多縫衍射花樣動態(tài)演示實時顯示裝置”等10余項裝置。

（三）創(chuàng)新成果和學術(shù)規(guī)范創(chuàng)新成果和學術(shù)規(guī)范：指導學生撰寫學術(shù)論文

指導學生撰寫學術(shù)論文是一項針對本科生的必要學術(shù)訓練，指導學生進行科學研究總結(jié)并用規(guī)范的學術(shù)語言寫成學術(shù)論文，這個過程完全不同于常見的知識傳授的應(yīng)試教育過程，學生在掌握基本理論、基本知識和基本技能的基礎(chǔ)上綜合運用各方面知識進行首次學術(shù)創(chuàng)新的過程,也是全面提高本科生自身綜合素質(zhì)和培養(yǎng)初級科研能力的過程，是必要的學術(shù)訓練和學術(shù)規(guī)范教育，是一種名副其實的創(chuàng)新教育過程，也是培養(yǎng)本科生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的有效途徑。依托開設(shè)的創(chuàng)新課堂，我們指導本科生撰寫學術(shù)研究成果，目前已在《大學物理》等刊物發(fā)表10余篇學術(shù)論文、申請獲批20余項實用新型專利；指導大學生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目10余項、參加大學物理演示儀器設(shè)計競賽獲獎10余項。

三、以物理競賽為依托，加強創(chuàng)新能力培養(yǎng)

面對大學物理理論教學學時一再壓縮的新形勢，要提高教學質(zhì)量，我們嘗試以大學生物理學術(shù)競賽為載體，將有限的課內(nèi)教學延伸至課外的實踐探索，在實踐中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。大學生物理學術(shù)競賽是借鑒國際青年物理學家錦標賽的模式，在全國高校本科學生中開展的一項學生團體學術(shù)賽事。該競賽擺脫應(yīng)試教育的模式，體現(xiàn)知識學習與探索實踐相結(jié)合、物理學與日常生活相結(jié)合、學術(shù)能力與人際交往能力相結(jié)合、個人與團隊合作相結(jié)合的理念。每屆競賽都是在全世界范圍內(nèi)的物理學家中征集題目，內(nèi)容涵蓋力、熱、光、電等與日常生活或工程技術(shù)密切相關(guān)的實際物理問題，使學生認識到物理學不是抽象的理論體系，而是反映自然界甚至就是身邊的非常有趣且活生生的問題。題目具有開放性，即所有賽題都沒有現(xiàn)成的標準答案。學生在研究中，需要充分調(diào)動開放性思維，多次嘗試不同的實驗條件、采用不同的實驗方案、討論不同的實驗參量對實驗結(jié)果的影響等。也正因為如此，該項賽事非常具有挑戰(zhàn)性。我校已經(jīng)連續(xù)6年舉辦了這項競賽，學生報名非常踴躍，參賽人數(shù)由首屆的39支隊伍增加到今年的130支參賽隊伍670多人，涵蓋了我校23個的理工科專業(yè)，不僅有作為主力的大二的學生，更是吸引了許多剛?cè)雽W的大一新生。通過對競賽題目的探究，學生們主動獲取知識與信息的能力、建立物理與數(shù)學模型的能力、應(yīng)用數(shù)值計算與仿真工具軟件的能力、采集與處理實驗數(shù)據(jù)的能力、邏輯推理能力與創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)均會得到一個質(zhì)的提升。

四、結(jié)語

研究性教學是運用科學研究的方式、思維來組織教學，激發(fā)學生的學習興趣和學習自主性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，提高學生的實踐、創(chuàng)新能力。我校經(jīng)過幾年的探索，基于研究性學習與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的物理教學模式改革取得了一定的成果，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力的有效途徑。

［參考文獻］

［1］夏建國，趙軍.新工科建設(shè)背景下地方高校工程教育改革發(fā)展芻議［J］.高等工程教育研究，2017（3）：15-19+65.

［2］鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動［J］.高等工程教育研究，2017，（3）：1-6.

［3］李榮，尹學愛，劉偉波.基于卓越工程師培養(yǎng)目標的應(yīng)用型本科大學物理教學改革［J］.物理通報，2016（1）：15-16.

［4］埃里克.同伴教學法［M］.機械工業(yè)出版社，2011.

［5］張晚云，曾交龍.大學生物理學術(shù)競賽及其對學生全面素質(zhì)與創(chuàng)新能力的強化作用［J］.高等教育研究學報，2011（3）：113-115.

［6］張富生.解讀盧德馨研究性教學［J］.中國大學教學，2007（3）：41-45.

［7］徐曉東，馮向東.理工科本科研究性教學模式的研究與實踐［J］.中國大學教學，2008（11）：9-13+24.

［8］楊平，王志萍，彭道剛.指導本科生撰寫學術(shù)論文，提升大學教育質(zhì)量［J］.高教論壇，2014（12）：52-55.

作者：何麗娟 李大偉 趙磊 陳春天 單位：哈爾濱理工大學