崔海瑛+崔蓮

摘 要：文章結(jié)合地方本科院校特點(diǎn)，在學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)以及專業(yè)需求的基礎(chǔ)上，提出了“大學(xué)物理”課程力學(xué)部分模塊化改革方案，將“大學(xué)物理”力學(xué)教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)模塊和提高模塊，考慮到各專業(yè)方向不同、學(xué)時(shí)差異，教學(xué)中采用三個(gè)類型的教學(xué)培養(yǎng)方案，針對每一類型的教學(xué)培養(yǎng)方案，開展不同的模塊化式教學(xué)，實(shí)施不同層次的教學(xué)，使學(xué)生物理應(yīng)用能力得到發(fā)展，以此提高教學(xué)質(zhì)量。“大學(xué)物理”教學(xué)內(nèi)容模塊化改革是在長期教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上提出的，對其他本科院校“大學(xué)物理”課程改革具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；力學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）09-0026-02

“大學(xué)物理”是以物理學(xué)基礎(chǔ)知識為內(nèi)容的課程，是高等學(xué)校理工類專業(yè)學(xué)生的一門重要的基礎(chǔ)課。各個(gè)專業(yè)的專業(yè)課學(xué)時(shí)增加，導(dǎo)致“大學(xué)物理”課程的學(xué)時(shí)一再壓縮，而理工類各專業(yè)使用的 “大學(xué)物理”教材[1-4]，一般所需要教學(xué)時(shí)數(shù)都在140學(xué)時(shí)左右，所以在當(dāng)前，學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)完成規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，致使教學(xué)質(zhì)量很難保證。這就使得高校對“大學(xué)物理”實(shí)行模塊化建設(shè)迫在眉睫。近年來，隨著地方本科高校向應(yīng)用技術(shù)型高校轉(zhuǎn)型改革的發(fā)展，地方普通本科院校出現(xiàn)了“大學(xué)物理”改革的熱潮，也取得一定效果[5-8]。大慶師范學(xué)院在開展培養(yǎng)應(yīng)用型人才轉(zhuǎn)型工作下，對教育教學(xué)提出了新的要求，要重視學(xué)生實(shí)際操作能力的發(fā)展，“大學(xué)物理”作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，首先要進(jìn)行教學(xué)改革。本文結(jié)合大慶師范學(xué)院的特點(diǎn)，在不同專業(yè)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)需求的基礎(chǔ)上，提出“大學(xué)物理”模塊化其中力學(xué)部分的教學(xué)改革，將“大學(xué)物理”力學(xué)部分教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)模塊和提高模塊，又將教學(xué)培養(yǎng)方案分為三個(gè)類型，針對每一類型的教學(xué)培養(yǎng)方案，開展不同的模塊化式教學(xué)，進(jìn)行層次化教學(xué)，使學(xué)生在各自的專業(yè)內(nèi)得到最充分的能力鍛煉，提高大學(xué)生整體的物理知識水平，增強(qiáng)大學(xué)生實(shí)際物理技術(shù)的運(yùn)用能力，“大學(xué)物理”課程模塊化改革是在長期教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上提出的，對其他本科院校教學(xué)課程改革具有一定的借鑒價(jià)值。

一、“大學(xué)物理”模塊教學(xué)計(jì)劃

（一）理論模塊教學(xué)計(jì)劃

考慮到各專業(yè)方向不同、學(xué)時(shí)差異，教學(xué)中采用三個(gè)層次的教學(xué)培養(yǎng)方案。全?！按髮W(xué)物理”教學(xué)計(jì)劃分為 A、B、C三個(gè)類型。A類型針對機(jī)電學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)，B類型針對機(jī)電學(xué)院電子和自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生，C類型針對化學(xué)與化工、數(shù)學(xué)及生物技術(shù)等專業(yè)學(xué)生?！按髮W(xué)物理”的內(nèi)容包含力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)及近代物理等方面。這里我們僅介紹“大學(xué)物理”當(dāng)中力學(xué)部分內(nèi)容，“大學(xué)物理”力學(xué)部分可分為基礎(chǔ)模塊和提高模塊，基礎(chǔ)模塊包含質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)和質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)，提高模塊包含質(zhì)點(diǎn)組、剛體、相對論、機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械波等。

A類型是針對機(jī)電學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)的課程類型，材料科學(xué)與工程專業(yè)主要研究材料的組成結(jié)構(gòu)、性能、設(shè)計(jì)、合成、加工、分析及應(yīng)用的專業(yè)，培養(yǎng)目標(biāo)是造就同時(shí)具備理科基礎(chǔ)和分析應(yīng)用綜合能力，能夠適應(yīng)社會主義市場經(jīng)濟(jì)的有競爭力的應(yīng)用型人才。而“大學(xué)物理”是材料科學(xué)與工程必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新精神、提高學(xué)生分析問題和解決問題能力的重要學(xué)科，對材料科學(xué)與工程專業(yè)發(fā)展建設(shè)尤為重要，對于材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生來說，要求學(xué)生掌握“大學(xué)物理”的基本內(nèi)容、基本概念、基本理論等，并有一定的推理能力，會用物理工具解決材料問題。因此，在課程設(shè)置上，其包含基礎(chǔ)模塊和提高模塊的所有內(nèi)容，力學(xué)課程教學(xué)安排通常在第二學(xué)期。大學(xué)物理的總學(xué)時(shí)為160學(xué)時(shí)，其中力學(xué)部分教學(xué)時(shí)數(shù)為54學(xué)時(shí)。

B類型是針對機(jī)電學(xué)院自動(dòng)化和電子專業(yè)設(shè)置的課程類型，電子專業(yè)注重培養(yǎng)有從事電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或應(yīng)用的實(shí)際應(yīng)用能力、繼承和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的技術(shù)應(yīng)用型人才。自動(dòng)化專業(yè)注重培養(yǎng)具有較強(qiáng)的工業(yè)自動(dòng)化及傳感網(wǎng)行業(yè)實(shí)際應(yīng)用能力、繼承和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的技術(shù)應(yīng)用型人才。而大學(xué)物理里的基本概念、基本理論和基本方法都是鍛煉學(xué)生素養(yǎng)所必需的。課程設(shè)置包含基礎(chǔ)模塊和提高模塊的部分內(nèi)容（質(zhì)點(diǎn)組、剛體、機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械波），力學(xué)課程教學(xué)安排通常在第二學(xué)期。大學(xué)物理總學(xué)時(shí)數(shù)為108學(xué)時(shí)，其中力學(xué)部分占54學(xué)時(shí)。

C類型是針對化學(xué)與化工專業(yè)，數(shù)學(xué)、生物技術(shù)專業(yè)開設(shè)的課程類型，開設(shè)目的是為學(xué)生打好必要的物理基礎(chǔ)，同時(shí)使學(xué)生學(xué)會運(yùn)用辯證唯物主義思維來研究問題。激發(fā)學(xué)生的探索和創(chuàng)新精神，對提高學(xué)生科學(xué)研究能力起到重要的作用。對于化學(xué)與化工專業(yè)，“大學(xué)物理”總學(xué)時(shí)為66學(xué)時(shí)，其中力學(xué)部分占有26學(xué)時(shí)。對于數(shù)學(xué)及生物技術(shù)專業(yè)，“大學(xué)物理”總學(xué)時(shí)為30學(xué)時(shí)，其中力學(xué)部分占10學(xué)時(shí)。課程安排在第三學(xué)期。因?yàn)閷W(xué)時(shí)較少，對于化學(xué)與化工專業(yè)，包含基礎(chǔ)模塊和提高模塊中部分內(nèi)容（機(jī)械振動(dòng)及機(jī)械波），對于數(shù)學(xué)及生物技術(shù)專業(yè)，“大學(xué)物理”力學(xué)部分僅包含基礎(chǔ)模塊知識，就可以滿足學(xué)生專業(yè)的實(shí)際需求。

綜上，對于基礎(chǔ)模塊和提高模塊，我們會結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)制定教學(xué)大綱，編寫教案及講稿。針對每一模塊，每一章節(jié)，要拆分開來，劃分不同的知識點(diǎn)，找出核心知識點(diǎn)，圍繞知識點(diǎn)制作微課視頻及網(wǎng)絡(luò)平臺，形成網(wǎng)絡(luò)課程輔助教學(xué)，網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)也是“大學(xué)物理”模塊化建設(shè)的重要組成部分。

（二）實(shí)驗(yàn)?zāi)K化建設(shè)

為了全面推進(jìn)“大學(xué)物理”課程模塊化改革，提高教學(xué)的效果，使“大學(xué)物理”更貼近專業(yè)實(shí)際，應(yīng)把力學(xué)實(shí)驗(yàn)也納入到模塊化教學(xué)改革中。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K和提高實(shí)驗(yàn)?zāi)K。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K包含長度測量、單擺、密度測量、自由落體運(yùn)動(dòng)等，而提高模塊部分（綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)）包含碰撞規(guī)律的研究、弦振動(dòng)的研究、聲速測定等[9]。基礎(chǔ)模塊的實(shí)驗(yàn)是必須完成的。而提高模塊部分：A類專業(yè)學(xué)生至少選修3個(gè)實(shí)驗(yàn)，B類專業(yè)學(xué)生至少選修2個(gè)實(shí)驗(yàn)，C類專業(yè)學(xué)生至少選修1個(gè)實(shí)驗(yàn)。

二、大學(xué)物理力學(xué)內(nèi)容模塊化改革策略

在“大學(xué)物理”力學(xué)部分知識體系框架的構(gòu)建過程中，按照基礎(chǔ)模塊和提高模塊分別構(gòu)建，基礎(chǔ)模塊中，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)的相應(yīng)物理量，比如加速度、速度、位矢等需要介紹，還有在不同參照系下，加速度、速度以及位矢的不同表達(dá)形式，對于這一章來說，核心知識點(diǎn)是加速度，由加速度可以推導(dǎo)出速度以及位矢。質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)部分重點(diǎn)要掌握動(dòng)量定理、動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒定律及機(jī)械能守恒定律，這兩個(gè)定理及兩個(gè)守恒定律都離不開對力的討論，因?yàn)榇苏碌暮诵闹R點(diǎn)是力，由力推導(dǎo)出沖量，進(jìn)而得到動(dòng)量定理，而物體在力的作用下，由運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生位移，導(dǎo)致力做功，由此得到動(dòng)能定理。由牛頓第二定律可知力和加速度的關(guān)系，由此可以把質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)和質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)兩章聯(lián)系起來。

提高模塊知識包含質(zhì)點(diǎn)系力學(xué)、剛體力學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械波及相對論等，本模塊涵蓋的知識量較大，知識面也廣，對于不同專業(yè)的學(xué)生，要選擇性地學(xué)習(xí)。相對論中闡述了牛頓時(shí)空觀以及愛因斯坦時(shí)空觀，洛倫茲變化以及狹義相對論，這部分知識可以拓展學(xué)生的知識面。而對本模塊的其他章節(jié)內(nèi)容的研究都是在牛頓時(shí)空觀的基礎(chǔ)上來完成的，質(zhì)點(diǎn)系力學(xué)中，注意內(nèi)力的作用，質(zhì)點(diǎn)系中質(zhì)心的運(yùn)用，要重點(diǎn)掌握質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理及動(dòng)能定理，所以核心知識點(diǎn)還是力，圍繞力來討論兩大定理。剛體力學(xué)是特殊的質(zhì)點(diǎn)系，不發(fā)生形變的理想固體，重點(diǎn)掌握角動(dòng)量定理、動(dòng)能定理，以及平動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而這些討論離不開力矩的作用，本章核心知識點(diǎn)為力矩，圍繞力矩展開學(xué)習(xí)。流體力學(xué)是研究空氣和液體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一章，流體力學(xué)是涵蓋了固體、液體、氣體三種形態(tài)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，對于流體力學(xué)研究內(nèi)部應(yīng)力、內(nèi)部壓強(qiáng)、表面張力、毛細(xì)現(xiàn)象等，還有對于理想流體，伯努利提出了伯努利方程，這是把機(jī)械能守恒定律表述適用于流體力學(xué)的應(yīng)用形式。機(jī)械能守恒定律把質(zhì)點(diǎn)系、剛體、理想流體連接起來。機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波部分，機(jī)械振動(dòng)是物質(zhì)普遍運(yùn)動(dòng)的一種形式，是物體在某一位置所做的周期性運(yùn)動(dòng)，這里主要討論簡諧振動(dòng)，即物體在線性回復(fù)力的作用下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，是一種特殊的力學(xué)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方程形式一致，本章重點(diǎn)放在運(yùn)動(dòng)方程中基本物理量的理解上，物理量有頻率、周期、振幅、相位等，對于孤立的簡諧系統(tǒng)來說，本章還要注意兩個(gè)簡諧振動(dòng)的合成問題。機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播產(chǎn)生了機(jī)械波，機(jī)械波有橫波和縱波之分，注意波面、波速、周期等物理量的理解。對于能量部分注意能流和能流密度的理解，注意理解機(jī)械波的特征干涉和衍射。機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波的核心知識點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)方程部分，圍繞運(yùn)動(dòng)方程展開討論等。

三、結(jié)論

本文結(jié)合大慶師范學(xué)院的實(shí)際情況以及多年“大學(xué)物理”教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在地方本科院校教育轉(zhuǎn)型的背景下，考慮到學(xué)生知識結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，著手于教學(xué)內(nèi)容，提出了“大學(xué)物理”模塊化教學(xué)之力學(xué)部分的改革方案及探索。“大學(xué)物理”模塊化教學(xué)是在長期教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上提出的，隨著教學(xué)的深入，以后還需要不斷完善，同時(shí)，該教學(xué)模式對其他本科院校在大學(xué)物理教學(xué)改革方面具有一定的借鑒參考價(jià)值。

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