【摘要】发挥大学物理课程在培养和提高学生创新能力和科学素质方面的优势，实现大学物理在跨界复合人才培养上的支撑指导作用，是目前我国高等学校新工科建设面临的紧迫任务。文章从新工科背景下大学物理“教什么”“怎么教”两个核心层面，探讨了跨界人才培养对大学物理教学提出的要求与改革，以期促进大学物理整体教学水平不断提高。
【关键词】新工科;大学物理教学;教学改革
一、引言
近年来，国家战略发展不断产生新的需求，国际竞争形势日新月异，国家对工程人才的要求越来越高，需求越来越大，工程教育改革迫在眉睫。新工科建设在这样的背景下应运而生。2017年2月18日，教育部在复旦大学召开高等工程教育发展战略研讨会，会上新工科建设“复旦共识”的达成标志着我国工程教育改革是一场众望所归的集体行动;4月8日，教育部在天津大学召开新工科建设研讨会，明确了新工科建设行动路线，即“天大行动”，正式拉开了新阶段全国范围工程教育改革的帷幕。时下，“新工科”已成为改革话语中最为醒目的关键词。新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，以期培养未来多元化、创新型卓越工程人才。这就决定了新工科建设将更加依赖于大学物理等理论基础课程的教学创新。大学物理是工科学生的重要基础课程，由于物理学在自然科学和工程技术应用中的先导地位以及它与哲学、社会科学的联系，使得物理学在培养创新人才方面具有独特的作用。虽然近些年随着大学物理教学改革的不断深入，大学物理教学在教学内容、教学方法和手段等方面都有了很大的改进和提高，但是仍存在许多不足，无法满足新工科背景下人才培养的需要。在教学内容上，尽管加强了近现代物理内容的教学，但在用现代物理观点审视和改革经典物理，用普通物理方法阐述近代物理，在经典物理中增加应用技术内容等方面明显不足，无法真正贯彻和实现“普通物理现代化和现代物理普通化”的思想，更不利于培养学生的工程能力和创新能力。在教学方法和手段上，盡管尝试采用了参与式、讨论式、渗透式等多种先进的教学方法，采用电子教案、录像和演示实验等教学手段，但总体上仍以“灌输式”方法为主，整体教学效果并不理想。针对大学物理教学的现状，如何在教学内容、教学方法和手段、教师工程素质等方面进行全方位改革，真正发挥大学物理课程在培养和提高学生创新能力和科学素质方面的优势，实现大学物理在跨界复合人才培养上的支撑指导作用，是目前我国高等学校新工科建设面临的紧迫任务。因此，本文将以湖南工业大学为例，从大学物理“教什么”“怎么教”两个核心层面，探讨新工科背景下跨界人才培养对大学物理教学提出的要求及与之相适应的改革，以促进大学物理整体教学水平不断创新提高。
二、优化调整教学内容以回答新工科背景下大学物理“教什么”的问题
（一）构建大学物理课程体系模块化
湖南工业大学是以包装教育为特色的偏工科类综合性大学，建立了以工为主，工、理、管、文、经、法、教育、艺术等协调发展的学科体系。目前，学校已经试点启动了工程教育认证，各个专业对大学物理的教学内容具有不同的需求。如何在有限的课时内满足新工科专业的教学需求是一个急需解决的课题。本着因材施教的原则，我们根据各工科专业对力学、电磁学、热学以及波动光学等不同知识的依赖程度，将大学物理课程体系划分成了三大模块。
1.电类模块。该模块重点传授电磁学方面的知识，尤其重视量子物理、固体等基础知识，旨在帮助学生更好地进行知识衔接。当然，针对该类专业的学生，授课的时候会适当减少力学、热学部分的内容。该模块一般适应选修的专业有自动化、信息、通信、物理学、电子科学与技术、计算机等对物理知识要求高的电类专业。
2.非电类模块A。该模块的教学重点应该放在力学方面的知识尤其是刚体部分，强化振动、波动光学等内容。该模块一般适应选修的专业有土木工程、生物医学工程、暖通工程以及数学等多个专业，这些专业对物理知识的要求也比较高，但对电磁学方面的知识要求并不那么突出。
3.非电类模块B。该模块的课堂教学中没有热学以及近代物理等知识，我们适当地增加了介绍守恒、对称等物理美学知识，同时删掉了教授难度较大的物理知识，以减轻学生负担。该模块一般适应选修的专业有数字媒体、艺术设计等。
（二）将实验教学过程有机地融入理论课教学
物理学是一门以实验为基础的科学，在大学物理理论课堂中当然要加强实验教学的比重，要让学生体会到实验的思想、思路和过程。据调查统计，目前大多数高校中传统的大学物理理论课教学与实验课教学基本是脱节的，无法满足新工科人才培养的要求。譬如，学生本学期在学习力学或热学知识，可能做的是电磁学或光学实验。另外，实验大多以验证性实验为主，明显缺乏对学生创新能力的培养。因此，为满足新工科人才培养要求，我们提出“讲好科学实验，做好演示实验，开发创新实验”的理念，要求教师将大学物理理论教学和实验教学有机融合。这有利于培养学生良好的思维习惯和科学精神，而良好的思维习惯和科学精神正是新工科跨界人才不可或缺的。
（三）重视“理工融合”的教育理念，教学中引入工程实例
单纯的理科教育和工科教育都无法培养出多学科交叉的复合型人才。正因如此，越来越多的教育工作者重视“理工融合”的教育理念。譬如钟登华院士、杨叔子院士、夏建国教授等对“理工融合”的教育理念进行了许多研究，特别是在新工科背景下做了若干颇富指导性的研究工作，提出了一些具体的改革措施。体现物理教学价值的一个重要方面，就是它对工程技术的支撑作用。因此，我们重视“理工融合”的教育理念，既重视传授理论知识，更注重培养学生的应用能力，在教学中注重将自然科学前沿进展、工程实际和其他相关学科知识等有机联系在一起，把学生引向未知世界及领域，激发其勇于探索和不断创新的意识和兴趣，加强学生素质和创新意识教育。例如，在讲授刚体力学时，引入土木工程的实例;在向印刷工程学生讲解静电场时，介绍静电除尘、喷墨打印的工作原理;在向电类专业学生讲解电磁感应时，简单介绍银行磁卡的工作原理等。
三、创新教学模式以回答新工科背景下大学物理“怎么教”的问题
（一）引入深度学习的智慧教学模式
深度学习是指学习者使用高级认知技能（如分析、综合、解决问题和元认知的能力）处理信息并构建长期而深刻的理解。它指导学生对新思想进行批判性分析，并将新思想与已知的概念和原理相关联，然后应用于解决新的情境中的问题。深度学习者是自主的学习者，也是合作型的学习者，具有较高的元认知和学习技能。引入深度学习的智慧教学模式，从以教师为中心的教学方法向以学生为中心并引导其自主学习教学模式的转变，有利于学生提高理解能力和思维技能。这样，学生学到的不再是死记硬背的知识，而是能够应对真实、复杂和快速变化世界的知识和技能，这正是新工科跨界人才所需的。
（二）实施指导性探究式教学模式
探究式教学是当前人们比较认同的一种教学模式。但在教学实践中人们发现单纯的开放探究式教学往往存在学生思维过于发散，耗时太多，效果低等特点，若把它变成指导探究式教学模式，则可较大程度地避免其不足。指导探究式教学模式是指教师有意设置框架，并指導学生进行探究，以达到教学目的。我们提出在新工科人才培养过程中建立探究式教学新秩序，营造融洽的课堂氛围，让学生在轻松、愉快的课堂讨论中独立地探索，大胆自由发表见解，自主探究和自由创作。在教学实践中我们发现，这样培养出来的学生创新能力较强，参加竞赛、大学生创新性训练计划等创新性活动的积极性更高。众所周知，创新能力的培养是新工科人才培养的核心。
（三）搭建以课题、项目为核心的学生创新实践平台
在完成教学任务后，开放实验室，为部分学生创造条件，鼓励其对某一知识点的相关问题进行进一步探索。引导学生根据自身兴趣和专业特点自主选题，选题要求尽量贴近工程应用实际。同时也鼓励教师结合自己的研究课题给出相关的设计性实验题目，面向全体本科学生，以开拓思维，培养创新能力为目的，开展大学生科研训练项目。在学生完成项目的过程中，指导教师只能适度参与，对于项目的合理性及可行性只提供建议和指引，并指导学生优化设计方案。每一个项目组建立一个微信群，当学生在项目执行过程中遇到困难时，教师可以及时给予适当的指导与帮助，及时解答学生提出的问题。
四、结束语
总之，传统的讲授式教学已不能满足新工科跨界人才培养的要求。我们在新工科背景下从大学物理“教什么”“怎么教”两个核心层面探讨了大学物理教学改革的一些可行性举措，以期促进大学物理整体教学水平不断创新提高。
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