“新工科”视域下土木工程专业“大学物理”课

一、引言

“新工科”建设是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形式、立德树人新要求而提出的工程教育改革新方向[1-3]，是工程学科的内容升级和优化再造，对工程教育理念、学科专业结构、人才培养模式、教育教学质量和课程教学体系都提出了革新要求。在新工科建设体系中，课程建设是最重要的一环，也是培养未来多元化、创新型卓越工程人才的重要途径。《大学物理》是工科专业的重要基础通识课程。由于其在自然科学和工程技术应用中的先导地位及其与哲学、社会科学的联系，使得大学物理在培养创新人才方面具有独特的作用。因此，如何革新《大学物理》课程，使之通过动态优化适应“新工科”建设要求，是物理教育工作者应该长期关注、不断思考的课题。

二、“新工科”内涵及对《大学物理》课程建设要求的思考

教育部副部长，天津大学原校长、新工科“天大行动”直接发起人之一钟登华院士指出，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，培养未来多元化、创新型卓越工程人才[1]。因此，“工科”是基础，“新”是取向。根据这一内涵，我们可以发现，“新工科”之所以“新”，在于（1）“新理念”——以应对变化、塑造未为新理念；（2）“新途径”——以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为新途径；（3）“新要求”——培养未来多元化、创新型卓越工程人才。

“新工科”的新理念、新途径、新要求也为《大学物理》课程建设提出新期盼[2-4]。经典《大学物理》课程具有自成逻辑的模块化知识体系，往往以“力学、热学、电磁学、光学、相对论、现代物理”为基本知识单元。“新工科”要求培养多元化、创新型卓越工程人才，因此更注重前沿知识和学科交叉知识体系建设、更注重实践创新课程体系建设。这就要求《大学物理》课程知识体系要向更加系统化、交叉化、创新化的方向发展。

三、土木工程类专业《大学物理》课程改革创新举措

围绕“新工科”对《大学物理》课程建设提出的新要求，我们以三峡大学土木工程专业为例，结合土木过程专业特征，创新了《大学物理》课程建设，优化了教学内容，创新了教学方式，增加了实验教学课时，以期达到课程更加系统化、交叉化、通识化的目的。

在优化教学内容方面，在力学部分，我们弱化了流体力学的知识内容，将传统选讲的应力与应变等弹性力学部分内容加强了，使知识设置更加具有专业针对性；在热学部分，我们不仅维持了经典框架下气体分子运动论的知识体系，而且将材料热力学性质（如比热、热膨胀系数、冷脆性）等与土木工程专业特点更贴切的知识点加强了，以增加课程内容的系统性，把科学、技术与专业发展紧密联系起来。在现代物理部分，我们增加了量子力学简明知识，使得本课程更具通识化的特点，满足“新工科”培养多元化、创新型卓越工程人才的要求。

在创新教学方式方面，土木工程专业《大学物理》教学实现了由公共课大班教学向定制化小班教学的转变。依托三峡大学教学条件建设，引入了智慧教室，实现了讲授式教学向探讨式、启发式教学的转变。智慧教室小班教学每个班级不超过30人，每5人编成为一个学习小组。以3D网络环境、增强现实与虚拟现实技术为媒介，实现了智能化更便捷、互动化更频繁、个性化更突出为特点的翻转课堂教学，推动传统课堂向更高层次的开放式工程教育转变。

在实验教学革新方面，“新工科”内涵要求强化实践创新能力。《大学物理》是一门理论与实验相结合的课程。为呼应“新工科”建设要求，并结合土木工程类专业特色，我们强化了与本课程配套的实验环节。例如，为了突出交叉融合的要求，在力学实验中，我们引入了“土木工程材料杨氏模量的测量”实验；为了突出创新化，在光学实验中，我们将光纤通信专业实验“光纤通信系统模块化搭建”引入了大学物理实验；为了突出主动塑造未来的理念，我们还引入了大学物理实验竞赛制度。在实验竞赛中，通过教师命题，学生自主探索的形式，实现从实验方案设计、到实验耗材准备再到实验实施、实验结果分析的全过程主动式学习覆盖。

四、结果评价

我们对改革前后学生的学习效果进行了评价。评价采用主客观相结合的方法，主观评价以问卷调查为主要标准，客观评价以学生出勤率、期中考试、期末考试、学科竞赛成绩为主要标准。在调查问卷中，我们设置了对课程总体评价、教师评价及其他意见等3大类47小类。经过汇总，我们发现相对于改革前，学生的学习兴趣有了显著提高，而且具有一定的知识交叉应用，这正好与“新工科”的要求相向而行。客观评价更加精准地反映了学习效能的提升，结果如图1所示。可以发现：相比于改革前，学生成绩平均分、及格率及满分率都有了一定程度的提高。特别是能够体现“新工科”多元化、创新型卓越工程人才要求的学科竞赛参与人数及成绩有了较大幅度的提升。这些主客观评价结果显示，三峡大学土木工程类专业《大学物理》课程改革的结果是积极的，具有一定的推广价值。

文章来源：《大学物理》 网址: http://www.dxwlzz.cn/qikandaodu/2021/0128/331.html