劉鴻鵬

摘 要 “新工科”建設(shè)是我國針對未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人才需求的戰(zhàn)略性布局。面向信息、新能源、新材料產(chǎn)業(yè)的物理類工科專業(yè)高端人才是為社會(huì)所急需的。在此類工程科技人才的知識體系中，“數(shù)學(xué)物理方法”課程正是連接高等數(shù)學(xué)、普通物理與專業(yè)課程的重要橋梁，可以培養(yǎng)學(xué)生對物理或工程問題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模并求解的能力。它本身的交叉學(xué)科屬性，如能引入合理的創(chuàng)新工程教育方式與手段，對“新工科”人才的培養(yǎng)勢必起到重要的推動(dòng)作用。面對“新工科”的需求，本文對“數(shù)學(xué)物理方法”課程改革提出了探索性的思考。

關(guān)鍵詞 新工科 數(shù)學(xué)物理方法 人才培養(yǎng)

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命即將到來，提升國家競爭力的核心是培養(yǎng)一大批引領(lǐng)未來技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卓越工程科技人才。2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)。“新工科”提出產(chǎn)業(yè)需求是人才培養(yǎng)的導(dǎo)向。信息、新能源和新材料是我國重點(diǎn)要發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，急需大量物理類工科專業(yè)人才。圍繞此類人才培養(yǎng)定位，有與之匹配的課程體系設(shè)置。其中，“數(shù)學(xué)物理方法”課程的作用是深化拓展數(shù)理基礎(chǔ)，使學(xué)生在面對物理問題或工程問題時(shí)，可以將問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)語言，建立合適的模型并利用恰當(dāng)?shù)姆绞角蠼?。因此，該課程對夯實(shí)學(xué)生的專業(yè)理論基礎(chǔ)起到重要的支撐作用。在“新工科”背景下，“數(shù)學(xué)物理方法”課程在物理類工科專業(yè)人才培養(yǎng)中有著特殊的作用。本文分析了“數(shù)學(xué)物理方法”課程普遍存在的問題，并結(jié)合“新工科”的培養(yǎng)目標(biāo)，對該課程的改革提出了幾點(diǎn)探索性的思考和建議。

1“數(shù)學(xué)物理方法”教學(xué)普遍存在的問題

1.1經(jīng)典教材的篇幅與工科教學(xué)需要的矛盾

梁昆淼和郭敦仁分別編寫的《數(shù)學(xué)物理方法》是經(jīng)典教材的代表，教材主要包含兩大部分內(nèi)容，其一是單變量的復(fù)變函數(shù)論及其應(yīng)用，其二是數(shù)學(xué)物理方程（包含特殊函數(shù)）。之后陸續(xù)出版的數(shù)學(xué)物理方法教材從編排框架上都沿襲了經(jīng)典教材。經(jīng)典教材的敘述非常詳盡，邏輯嚴(yán)密，也因此具有較大的篇幅。此類教材更加適合于純物理專業(yè)的教學(xué)。而針對物理類工科專業(yè)的少學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)物理方法教材，特別是能夠符合“新工科”培養(yǎng)目標(biāo)要求的教材，還急需建設(shè)。

1.2教學(xué)內(nèi)容深度和廣度與有限的學(xué)時(shí)數(shù)的矛盾

“數(shù)學(xué)物理方法”課程，“它既是數(shù)學(xué)課程，又是物理課程?！彼慕虒W(xué)內(nèi)容從復(fù)變函數(shù)論部分延伸到數(shù)學(xué)物理方程。近些年來，隨著專業(yè)建設(shè)以及課程的整合，基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)時(shí)數(shù)通常都是“只減不增”。在教學(xué)實(shí)踐中，受到學(xué)時(shí)數(shù)和教學(xué)進(jìn)度的限制，教師的教學(xué)設(shè)計(jì)很難做到“以學(xué)生為中心”，任課教師大部分時(shí)候考慮的是“能不能講完”，而不是“能不能講好”。

1.3知識的傳授方式與能力培養(yǎng)之間的矛盾

在“數(shù)學(xué)物理方法”課程中，最常見的是傳統(tǒng)的“粉筆+黑板”模式，其原因是和課程本身的特性有關(guān)。由于課程涉及到的數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁多，為了幫助學(xué)生掌握必要的知識，教師通過黑板板書演繹，牽引學(xué)生的注意力，讓所教授的內(nèi)容更容易被接受。顯然，這種傳統(tǒng)的知識傳授方式是以教師講授為中心的。而學(xué)生才是學(xué)習(xí)的主體。教師要讓學(xué)生真正參與到課程中來，讓他們從低階的“知道了”“理解了”過度到高階的“會(huì)用了”“會(huì)創(chuàng)造了”，才能符合“新工科”對學(xué)生能力培養(yǎng)的要求。

1.4考核方式與培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成之間的矛盾

以一次期末考試為主導(dǎo)的考評制度難以促進(jìn)學(xué)生把功夫下在平時(shí)，還會(huì)讓學(xué)生感受到較大的壓力。以我?！皵?shù)學(xué)物理方法”課程為例，總評成績=平時(shí)成績*15%+期末考試成績*85%。平時(shí)成績由出勤、作業(yè)和平時(shí)表現(xiàn)構(gòu)成。由總評成績的構(gòu)成可以看出，期末考試的結(jié)果起到?jīng)Q定性作用。目前的評價(jià)方式催生了“輕過程、重結(jié)果”和“輕平時(shí)、重考試”的學(xué)習(xí)模式。這顯然與我們的培養(yǎng)目標(biāo)背道而馳。我們要培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力，而不是應(yīng)試能力。

2關(guān)于“數(shù)學(xué)物理方法”改革的思考和建議

2.1基于課程在“新工科“人才培養(yǎng)體系中的作用，對教材和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化

培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新型人才，就是要培養(yǎng)大學(xué)生具備提出問題和處理問題的能力，只有這樣他們才能在新一輪的技術(shù)革命中起到作用。學(xué)生的基礎(chǔ)寬厚，才能適應(yīng)實(shí)際工作中的多種需要。以我校材料物理專業(yè)為例，它是由材料科學(xué)與物理學(xué)交叉形成的學(xué)科，專業(yè)課程體系除了交叉融合特性外，還加入了民航特色元素。在“新工科”的背景下，我們建立了民航特色“五維”復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系?！皵?shù)學(xué)物理方法”課程屬于專業(yè)理論教育子系統(tǒng)中的物理類學(xué)科專業(yè)課，連接數(shù)理化機(jī)電基礎(chǔ)課與材料類學(xué)科專業(yè)課?！袄砉そ徊妗罢窃搶I(yè)的優(yōu)勢?！皵?shù)學(xué)物理方法”課程正處于學(xué)科的交叉點(diǎn)上，寬厚的數(shù)理基礎(chǔ)是物理和材料學(xué)科共同的需要。考慮到專業(yè)的特性，“數(shù)學(xué)物理方法”課程的教材以及內(nèi)容要在保持傳統(tǒng)內(nèi)容的總體框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行改革。我們建議的改革方向有如下幾點(diǎn)：要突出重點(diǎn)，把重點(diǎn)的內(nèi)容講深講透，舍棄部分相對次要的內(nèi)容;要整合知識單元，縮減知識點(diǎn);要避繁就簡，強(qiáng)化數(shù)學(xué)思想和對概念的理解，簡化推導(dǎo);要精選例題和習(xí)題，做到少而精;要加強(qiáng)以實(shí)例代替抽象闡述，引導(dǎo)學(xué)生入門;要改變課程內(nèi)容過于傳統(tǒng)的現(xiàn)狀，引入能體現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值的新技術(shù)和新知識;要配合開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，采用數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)建模和求解的全過程。所有的改革都必須要圍繞課程在“新工科”人才培養(yǎng)體系中的作用而展開。

2.2基于課程目標(biāo)的達(dá)成，對教育理念、方式和手段進(jìn)行創(chuàng)新

“新工科”的“新”具體體現(xiàn)在新理念、新標(biāo)準(zhǔn)、新模式、新方法、新技術(shù)、新文化。對于一門課程，“新“不僅僅要體現(xiàn)在內(nèi)容，也應(yīng)該體現(xiàn)在教育理念、方式和手段上。

“新工科”的教育必須是“以學(xué)生為中心”的。教育的目的是學(xué)而不是教。教師要引導(dǎo)學(xué)生自主架構(gòu)知識，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的能力。在“數(shù)學(xué)物理方法”課程中，學(xué)生普遍反應(yīng)“課程內(nèi)容多，進(jìn)度快，經(jīng)常跟不上老師的節(jié)奏”“課程中數(shù)學(xué)推導(dǎo)非常多，內(nèi)容不易理解”，都從側(cè)面反應(yīng)教師側(cè)重于知識的灌輸，而忽視了學(xué)生思維模式的轉(zhuǎn)變和知識構(gòu)建的過程，而后者才是促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的根本。因此，結(jié)合“數(shù)學(xué)物理方法”課程的特點(diǎn)，教師首要任務(wù)是把基本知識和方法的框架體系幫助學(xué)生搭建起來，對重點(diǎn)知識要配合精選實(shí)例講深講透，要求學(xué)生能夠熟練掌握。并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行知識拓展，對次要知識和前沿知識可以放低對深度和細(xì)致度的要求，針對不同層次的學(xué)生給予一定的自由度，且不拘泥于課堂教學(xué)。

“新工科”的教育必須是“開放式”的。45分鐘的課堂不應(yīng)該成為教育的唯一“陣地”，教師要改變觀念，把封閉課堂向開放課堂轉(zhuǎn)變。在信息化教育高速發(fā)展的時(shí)代，教師要能夠整合優(yōu)秀資源為我所用，并以“學(xué)生發(fā)展為中心”提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案。其中，教學(xué)平臺的建設(shè)是對課堂有效的拓展與補(bǔ)充。網(wǎng)絡(luò)將學(xué)生、教師通過課程有機(jī)的聯(lián)系起來。雖然網(wǎng)上的教學(xué)資源非常豐富，但結(jié)合學(xué)校和專業(yè)特點(diǎn)，自建資源更貼合師生需求。在我校，我們嘗試采用自建服務(wù)器（http：//10.5.12.30：5000/）搭建了“數(shù)學(xué)物理方法”課程的在線知識平臺（見圖一），已經(jīng)初步投入使用。教師將教學(xué)資源分類整理并入庫，其中包括自建的習(xí)題庫。此外，將學(xué)生的課堂作業(yè)實(shí)現(xiàn)了電子化，能夠?qū)崟r(shí)傳輸?shù)椒?wù)器，方便師生間的互動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)平臺使學(xué)生的課后學(xué)習(xí)更加豐富化和自主化，也更加符合90后、00后大學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，有利于培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)能力。此外，教師還可以通過教學(xué)平臺發(fā)布一些與課程相關(guān)的信息，如講座、競賽、開放性討論等，而這些可以成為“開放式”學(xué)習(xí)的方式。

“新工科”的教育必須是“面向產(chǎn)出“的。教師要明確通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該得到什么樣的學(xué)習(xí)成果，以及為什么要讓學(xué)生得到這些學(xué)習(xí)成果。課程目標(biāo)的達(dá)成是畢業(yè)目標(biāo)達(dá)成、培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成的基礎(chǔ)?！皵?shù)學(xué)物理方法”課程是在高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生處理復(fù)雜物理問題或工程問題時(shí)的建模能力和求解能力。可以說它本身就具有高階性和挑戰(zhàn)性。因此，基于問題的教學(xué)更加適合本課程。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)始終圍繞“如何解決問題”而展開，具體的教學(xué)方法可以是啟發(fā)（提問）式、討論式、應(yīng)用（案例）式，從而提高學(xué)生在課堂上的參與度，開拓他們的思維，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和能力，為培養(yǎng)物理類高級工程人才服務(wù)。

2.3基于“新工科”人才能力達(dá)成，對評價(jià)方式進(jìn)行完善和優(yōu)化

在“新工科“的背景下，課程的評價(jià)方式應(yīng)該從傳統(tǒng)的“對學(xué)習(xí)結(jié)果的評價(jià)”轉(zhuǎn)變成為“促進(jìn)學(xué)習(xí)的評價(jià)”，注重過程性評價(jià)。數(shù)學(xué)物理方法課程除期末閉卷考試外，要增加過程性評價(jià)方法，及時(shí)向?qū)W生提供反饋，幫助他們改善學(xué)習(xí)方法。并通過評價(jià)方法引導(dǎo)學(xué)生從“追求分?jǐn)?shù)”到“追求自我能力提升”的轉(zhuǎn)變。過程性評價(jià)按時(shí)間節(jié)點(diǎn)可分為：課前預(yù)習(xí)、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、階段性測驗(yàn)、期中測評幾個(gè)部分。過程性評價(jià)按形式可分為：傳統(tǒng)課后習(xí)題、階段性小結(jié)、個(gè)案研究、分組討論、課程論文等。多節(jié)點(diǎn)、多維度的評價(jià)方式才能將考、教、學(xué)有機(jī)的結(jié)合起來。此外，考慮到學(xué)生的差異性，不可一刀切，保持基本要求有共性的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)優(yōu)秀的學(xué)生進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)，配合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，采用自學(xué)加討論的方式，并以額外的方式進(jìn)行考核，給予鼓勵(lì)。

3結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)也隨之迅速升級更新，工程科技人才想要適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，就必須具備創(chuàng)新能力，前瞻能力和學(xué)習(xí)能力。而這些能力的達(dá)成，一定是建立在寬厚的數(shù)理基礎(chǔ)之上的?！皵?shù)學(xué)物理方法”課程在“新工科”背景下需要進(jìn)行全面、系統(tǒng)、深入的改革來提升教學(xué)效果，它對培養(yǎng)能夠引領(lǐng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卓越工程科技人才尤為重要。

參考文獻(xiàn)

[1] 張大良.新工科建設(shè)的六個(gè)問題導(dǎo)向[N].光明日報(bào)，2017-04-18（13版）.

[2] 梁昆淼.數(shù)學(xué)物理方法（第3版）[M].北京：高等教育出版社，1998：1-4.

[3] 宋慶功.新時(shí)達(dá)民航特色“五維”復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建研究與體會(huì)——以中國民航大學(xué)材料物理專業(yè)為例[J].教育教學(xué)論壇，2019，35（08）.