朱家昆 周中漢 吳維寧 陳 勇

（湖北大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 湖北·武漢 430062）

0 引言

2017 年以來(lái)，教育部圍繞高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行了多次研討活動(dòng)，先后提出“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，由此來(lái)確定新工科建設(shè)的具體方向，形成了“工科優(yōu)勢(shì)要對(duì)工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)揮主體作用”[1]等共識(shí)。工程認(rèn)證背景下要讓學(xué)生將物理規(guī)律和物理特性與有關(guān)科技創(chuàng)新進(jìn)展相結(jié)合，使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，同時(shí)在教學(xué)實(shí)踐中汲取課程創(chuàng)新案例，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維及自我拓展知識(shí)結(jié)構(gòu)，特別是結(jié)合新工科、新科技方面的相關(guān)典型案例的教學(xué)創(chuàng)新。我校也針對(duì)即將開(kāi)展的工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證，對(duì)相關(guān)工科專(zhuān)業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)展開(kāi)探索、創(chuàng)新與改。

1 通信工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理課程的教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建

1.1 通信工程的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)

通信工程專(zhuān)業(yè)尤其對(duì)物理的要求較高，其中電路基礎(chǔ)、模擬電路等專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)都與物理有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，所以公共必修課“大學(xué)物理”的開(kāi)設(shè)，是通信工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的基礎(chǔ)。如何將“大學(xué)物理”中的物理知識(shí)同通信工程的學(xué)科特點(diǎn)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)有效地結(jié)合在一起，也成了授課教師所要重點(diǎn)研究和探討的問(wèn)題。

1.2 我校通信工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理課程的開(kāi)設(shè)現(xiàn)狀

我校的“大學(xué)物理”按不同需求分為A、B、C 三個(gè)等次的教學(xué)方案。通信工程專(zhuān)業(yè)此前一直選的是A 方案，分成大一下和大二上兩個(gè)學(xué)期來(lái)展開(kāi)教學(xué)，每學(xué)期48 學(xué)時(shí)，共96 學(xué)時(shí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容包括力學(xué)、電磁學(xué)、振動(dòng)與波和光學(xué)、熱學(xué)四個(gè)篇章，近代物理學(xué)作為自學(xué)內(nèi)容。然而根據(jù)通信工程的學(xué)科特點(diǎn)，專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)中并不涉及到力學(xué)中的剛體力學(xué)和熱學(xué)中的氣體動(dòng)理論知識(shí)，所以在做新版教學(xué)方案的時(shí)候?qū)⑵鋭h減掉，使其教學(xué)方案等次由A變?yōu)锽，依然分為大一下和大二上兩個(gè)學(xué)期來(lái)講授，第一學(xué)期48 學(xué)時(shí)，第二學(xué)期32 學(xué)時(shí)，共80 學(xué)時(shí)。由于電磁場(chǎng)篇章中運(yùn)用到大量高等數(shù)學(xué)中的微積分知識(shí)，所以為了與高等數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)進(jìn)度保持同步，并盡量平衡兩個(gè)學(xué)期的課程難度，特將振動(dòng)與波的內(nèi)容放到第一學(xué)期的靜電場(chǎng)之前講授，而將電磁學(xué)中的恒定磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)這兩章內(nèi)容放到第二學(xué)期講授。

1.3 對(duì)通信工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理課程的進(jìn)一步優(yōu)化

由于大學(xué)物理的教學(xué)方案是面對(duì)全校理工科專(zhuān)業(yè)的，往往有多個(gè)專(zhuān)業(yè)選擇同一等次的教學(xué)方案，在教學(xué)過(guò)程中如果全都按部就班地按照教學(xué)方案的框架來(lái)進(jìn)行的話，無(wú)法體現(xiàn)其學(xué)科差異性。所以針對(duì)通信工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)，我們還需對(duì)其課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，適當(dāng)增大某些學(xué)科相關(guān)內(nèi)容的比重，并盡量減少那些關(guān)系不大內(nèi)容的比重。

1.3.1 增加與電路有關(guān)的知識(shí)學(xué)習(xí)

在通信工程的整個(gè)專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)中，“電路”是最為基礎(chǔ)的一門(mén)課，涉及到電阻、電容、電感等基本電子元件和基爾霍夫定律、戴維南定理等電路基本規(guī)律。而在大學(xué)物理的電磁學(xué)部分學(xué)習(xí)中，我們更多是從電場(chǎng)和磁場(chǎng)本身的性質(zhì)來(lái)深入研究電磁現(xiàn)象，涉及到的高斯定理、環(huán)路定理、電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)疊加原理、畢奧-薩伐爾定律等重要知識(shí)點(diǎn)都著重于“場(chǎng)”的數(shù)學(xué)計(jì)算，關(guān)于“路”方面的知識(shí)反倒被弱化了。所以在如今的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我們不僅要講“場(chǎng)”，也要講“路”，做到“場(chǎng)路”結(jié)合，將原本教學(xué)方案中沒(méi)有的6-6 節(jié)《電容器的充放電》融入到6-4 節(jié)《電容 電容器》中學(xué)習(xí)，再將8-4 節(jié)《RL 電路》融入到8-3 節(jié)《自感和互感》的自感電動(dòng)勢(shì)的學(xué)習(xí)之中，讓學(xué)生對(duì)電容和電感兩大基本電子元件的自身物理特性和在具體電路中的實(shí)際應(yīng)用得以更為有機(jī)的融會(huì)貫通。

1.3.2 加強(qiáng)與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課之間的關(guān)聯(lián)

“電磁場(chǎng)與電磁波”是通信工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論課，而“大學(xué)物理”中的電磁學(xué)部分則為該課程的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所以我們要加強(qiáng)電磁學(xué)中某些章節(jié)的學(xué)習(xí)，比如7-1 節(jié)《恒定電流》中，電流的連續(xù)性方程，恒定電流條件，恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的比較等內(nèi)容拓寬了電場(chǎng)概念的認(rèn)知。而6-5節(jié)《靜電場(chǎng)的能量，能量密度》和8-5 節(jié)《磁場(chǎng)的能量，磁場(chǎng)能量密度》則對(duì)電磁場(chǎng)的能量進(jìn)行了較為系統(tǒng)的概述，而8-6 節(jié)《位移電流，電磁場(chǎng)基本方程的積分形式》更是對(duì)麥克斯韋電磁理論的思想形成和麥克斯韋方程組的積分形式有了一個(gè)全面的講述，有助于學(xué)生日后進(jìn)一步學(xué)習(xí)麥克斯韋方程組的微分形式。而下冊(cè)書(shū)中的9-7 節(jié)《電磁振蕩》和10-7 節(jié)《平面電磁波》則讓學(xué)生對(duì)平面電磁波的形成與傳播有了一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，同樣有助于將來(lái)對(duì)電磁波理論的深入學(xué)習(xí)。

1.3.3 強(qiáng)化理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，弱化過(guò)于理論化的知識(shí)點(diǎn)

通信工程專(zhuān)業(yè)講述中要盡量強(qiáng)化其在生活實(shí)際中的應(yīng)用。于是我們?cè)黾?-7 節(jié)《靜電的應(yīng)用》的學(xué)習(xí)，旨在讓學(xué)生了解范德格拉夫靜電起電機(jī)、靜電除塵、靜電分離等實(shí)用裝置，從而更加形象直觀地理解導(dǎo)體的靜電平衡。而對(duì)7-7 節(jié)《帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》中霍耳效應(yīng)的學(xué)習(xí)中，我們也加入了霍耳效應(yīng)在控制電動(dòng)車(chē)行進(jìn)速度的轉(zhuǎn)把，測(cè)量汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輪的轉(zhuǎn)速等方面的實(shí)際應(yīng)用介紹。而太過(guò)理論化的知識(shí)也不利于工科學(xué)生的消化掌握，所以我們直接去除了質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)中的1-3 節(jié)《相對(duì)運(yùn)動(dòng)》，2-5 節(jié)《非慣性系 慣性力》，3-9 節(jié)《質(zhì)心 質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定律》等理論化較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)，并且由于第三章《動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律》中的許多內(nèi)容重復(fù)了高中物理的學(xué)習(xí)，故將其從原來(lái)的8 學(xué)時(shí)降為如今的6 學(xué)時(shí)。

2 通信工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理課程的教學(xué)模式創(chuàng)新

面對(duì)大學(xué)物理課程眾多的知識(shí)信息量，盡管大部分授課教師都嘗試采用參與式、討論式、滲透式等多種教學(xué)方法，并利用電子教案、錄像和演示實(shí)驗(yàn)等一系列教學(xué)手段來(lái)提升教學(xué)效果，但總體上仍主要以“灌輸式”教學(xué)模式為主，教學(xué)效果并不理想。所以我們必須結(jié)合更為先進(jìn)的現(xiàn)代化信息教學(xué)手段，對(duì)通信工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理課程進(jìn)行教學(xué)模式上的創(chuàng)新。

2.1 建設(shè)“大學(xué)物理”慕課網(wǎng)站，嘗試“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)

首先我們完成了“大學(xué)物理”課程的慕課網(wǎng)站建設(shè)，將教師準(zhǔn)備的教學(xué)視頻、多媒體課件、課后習(xí)題和其他學(xué)習(xí)資料及時(shí)上傳到網(wǎng)站中并根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況不斷更新完善。嘗試著采用線上學(xué)習(xí)與線下討論的混合式教學(xué)模式，以學(xué)生課下看視頻，學(xué)課件為基礎(chǔ)，以課堂上老師針對(duì)教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行深入剖析，對(duì)學(xué)生在線學(xué)習(xí)中所反饋的主要問(wèn)題進(jìn)行集中討論為過(guò)程，嘗試著全新的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式。

2.2 講授式教學(xué)模式向互動(dòng)式教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變

如何培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也是教學(xué)模式創(chuàng)新的關(guān)鍵所在。所以我們必須轉(zhuǎn)變“教師是課堂主角”的傳統(tǒng)教學(xué)理念，變講授式教學(xué)模式為互動(dòng)式教學(xué)模式，讓學(xué)生逐漸成為學(xué)習(xí)的主角。再通過(guò)課前布置思考題，課堂分組討論，課后單元檢測(cè)的方式，不斷提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)其學(xué)習(xí)積極性，建立物理思想，開(kāi)拓物理思維，并將其應(yīng)用于實(shí)際工程問(wèn)題的解決中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工程認(rèn)證背景下通信工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理教學(xué)全方位立體式的促進(jìn)與深化。

3 結(jié)語(yǔ)

我校大學(xué)物理教育主動(dòng)適應(yīng)此前“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”等所確立的方向、原則和要求，在總體設(shè)計(jì)上必須更加具有實(shí)際性和應(yīng)用性。在教學(xué)內(nèi)容和方法上，更加注重物理思想的滲透，物理方法的運(yùn)用。教學(xué)方案的實(shí)施也更具針對(duì)性，更加適應(yīng)通信工程專(zhuān)業(yè)的發(fā)展需求。同時(shí)，采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，豐富教學(xué)形式和內(nèi)容，使抽象的物理知識(shí)、物理原理和物理思想，通過(guò)當(dāng)今先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以更好地傳播，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，使之更為個(gè)性化，泛在化，人文化，從而適應(yīng)新工科背景下工程技術(shù)人才培養(yǎng)的需要。