新工科背景下“大学物理”教学与科研融合的研究

［摘 要］ 物理学作为一门研究物质基本结构、运动形式、相互作用和转化规律的学科，是其他一切自然科学和工程技术的研究基础。新工科背景下，“大学物理”课堂教学不仅要重视理论基础，更要与科研创新相融合，为创新人才的培养奠定良好基础。从新工科背景出发，分析“大物课堂”现状及存在问题，进一步提出在新工科背景下从课前、课中以及课后多方面着手，如何引发学生的创新以及科研兴趣，如何带动学生创新及科研积极性，如何培养学生的创新思维，建立创新意识，发展其科研创新能力，为国家和社会输送所需的新工科人才。

［关键词］ 新工科；“大学物理”课堂教学；科学研究；交叉融合

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）05-0049-04

为主动应对新一轮科技革命和产业变革，2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，同时先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，构成了新工科建设的“三部曲”，奏响了人才培养主旋律，开拓了工程教育改革新路径［1-2］。物理学作为一门研究物质基本结构、运动形式、相互作用和转化规律的学科，是其他一切自然科学和工程技术的研究基础。课程中的基本概念、基本理论和基本方法是一个科研工作者或工程技术人员科学素养中的重要组成部分。大学作为培养个人能力和塑造未来发展方向的重要阶段，不仅注重学科知识的传授，也注重学生的批判性思维、创新意识和跨学科能力的培养，使学生具备面对未来社会挑战和职业发展的能力。因此，在新工科的背景下，有必要对“大学物理”课程进行改革，以适应新工科人才培养的需要，为国家和社会输送所需人才。

一、“大学物理”与科研创新相融合的意义

创新人才培养是新时代我国高等教育的时代责任和历史使命。面对知识经济的挑战，高等学校的教育功能正在从注重传播知识、单纯强调教学职能，转向强调教书育人和培养全面发展的能力强、素质高、富有创新精神的人才［3］。将科研创新与大学课堂相融合，有利于充分发挥高等学校的智力资源优势和科研资源优势，有利于学生科研能力的建立，从而全面推进创新人才的培养。高校教师应积极开展丰富多样的研究性教学，调动学生学习的主动性和探索精神。大学生应主动参与各种学术交流活动和科学研究，开拓思维方式，提高自身的研究能力和创新能力。所以，只有通过教学与科研的有机融合才能够从根本上有效提升教学质量和效益，推动高素质创新人才的培养［3］。

此外，“大学物理”与科研创新能力相融合，有利于改变传统枯燥理论的学习，融入创新研究成果，可以激发学生学习的积极性；从教师角度，也可以充分发挥教师的价值。现在多数高校青年教师都是教学科研型教师，除教学工作外，还有自己专业的研究方向和科研课题，在教学的同时传播自己的科研课题并激发学生的创新思维，可以让教师有更强的成就感和自豪感。同时，该过程中也可以发掘具有科研潜力的学生，为自己以后的研究生培养后备军。

二、“大学物理”课堂教学现状

物理学作为一门自然科学，存在覆盖范围广、知识涵盖面大以及知识点繁多等特点。“大学物理”作为基础课程，为了辅助学校各个专业课程的需求，主要讲授内容包括力学、光学、电学、磁学、热力学以及近代物理学等多方面的知识。但综观各大学的物理课堂不难发现，目前大多数教学效果欠佳，造成这种现象的主要原因主要包括以下几方面：（1）目前大部分高校的“大学物理”课程存在学时少、知识点涵盖面多的问题，导致课程进展速度过快，学生无法很好地消化课程内容，造成学生实际所掌握的物理知识量与教师所讲授的知识量差异较大。大多数学生只是学会了最为浅显的表面内容，而对于其深刻的物理意义知之甚少。还有部分学生存在“吃老本”的现象，依靠初高中所学知识点来帮助其应对“大学物理”内容。甚至有部分学生为了应付考试死记硬背物理知识，对于一门自然科学学科，这种现象是相当可怕的。（2）“大学物理”课程对学生的逻辑思维能力以及数学思维能力要求较强，所以很多学生由于欠缺相关能力或者知识，造成其物理知识掌握欠佳。例如，“大学物理”的电学部分，除了相关物理知识外，对学生的微积分理解和推导能力要求较强，部分学生由于数学基础差或者在学电学部分时还没有学习高等数学，这就造成了他们在“大学物理”课堂解题困难，久而久之就跟不上教师的节奏甚至掉队。（3）教学大纲存在单一性的问题。“大学物理”作为一门公共必修的基础课程，面向全学校所有专业服务。但是各个专业实际上对于物理知识点的要求是不一样的，可现在多数学校存在着全校各个专业讲授知识一样、大纲统一的情况，并没有因地制宜地开展教学大纲的设计。这就造成很多学生需要花费大量的时间精力去学习与自己专业不相关的知识点，而与自己专业关联性较强的知识点反而没有时间去掌握。同时，这也浪费了本就紧张的课堂学时。（4）课堂内容过于枯燥传统，创新性不强。中国传统的应试教育造成了学生从小到大的思维模式和学习习惯，大学物理课堂多数也延续了初高中的教学模式和方式，除了在讲授知识量和授课速度上的不同，并没有在教学方式、教学效果上做更多的考虑与提升。而大学是学生步入社会的第一步，是离“学以致用”四个字最近的地方，大学更应该注重培养的应该是学生的思维模式、创新能力以及学习能力，而不再是传统的灌输式学习。大学更多的学习时间是在课后，是学生自己的时间，不再有人督促，所以更重要的是要让学生真正地爱上学习、学会思考，他们才能发展得更好。所以，高校有必要对“大学物理”课堂进行改进，以配合新工科建设的需要，培养出真正的应用型、工程型人才。

三、新工科背景下“大学物理”课堂与科研创新融合的初步探索

创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。科学技术的本质是创新，科学技术的发展靠创新［4］。随着新工科教育理念的实施，要求对传统工科教育观念进行改变［5］。在教学目标上，新工科正向着培养面向工业界、面向世界、面向未来的卓越工程科技创新者转变；在教学方式上，新工科教学向着教师讲授、学生实践、师生研讨三者有机结合的以学生为中心的教学方式转变；在教学内容上，新工科向着跨界融合的多学科交叉转变，既重视传授理论知识，又注重培养学生的应用能力。注重教学内容中加强自然科学前沿进展、工程实际和其他相关学科知识的联系，引导学生进入未知的世界及领域，充分激发其探索和创新的欲望，强化对学生的素质和创新意识教育，更好地适应新工科背景下的课程要求。在这样的背景下，针对“大学物理”课堂的教学方式上进行了如下初步探索。

首先，针对课前预习环节，改变传统的仅仅凭借学生主观能动性自主预习的模式，通过雨课堂等多媒体手段，在上课前一周定时推送预习内容、布置相关预习作业。让学生通过自我预习，先对基础内容加以了解和熟悉，避免课堂上大量新知识的涌入造成的知识点消化不及时，无法跟紧教师节奏甚至掉队。同时，在课前预习内容时，有针对性地设置一些与本节课知识点相关的创新性题目。比如，在“光学”课程的提前预习推送中，会让学生设计一些光路图，然后带着在设计过程中遇到的问题来进行后续课程的学习，在学习中找答案，会比无目的的学习更有效果。

其次，针对课堂教学环节，改变传统教学方式上教师讲学生听的老旧教学模式。充分运用智慧树、雨课堂等多媒体手段，从课件的制作、展示以及辅助相关视频内容来吸引学生的注意力，激发他们的学习热情和积极性。在每一个知识点的分析、讲解后，向学生推送习题，通过答题情况统计及时了解学生的掌握情况，及时进行问题纠正，保证课堂质量。在此基础上，讲解每一个知识点与现实生活和科研上的关联度和应用情况，以及与其所涉及的相关新科研成果，让学生明白为什么学，有什么用。比如，在讲授静电平衡内容时，可以联系到电磁屏蔽与吸收的相关研究领域，讲授有关雷达探测以及国防安全等相关知识与科学技术手段，使学生建立初步的科学的思想和创新思维，激发学生新鲜感，拓展学生科研知识，培养科研兴趣。从本科课堂建立科研意识，这些对开阔思路、激发探索和创新精神、增强适应能力、提高素质都起着重要的作用。再比如，在讲授波动光学部分教学内容时，讲到光学仪器的分辨本领时，联系到我国建立的最大射电望远镜“天眼”，让学生初步理解“天眼”为什么建设得如此之大，也让学生清楚学有所用的具体应用，激发学生的学习热情；与此同时，也起到了思政元素的引入，培养学生的爱国热情和情怀。讲到X射线的布拉格公式时，对于布拉格公式的应用介绍进一步延伸到课题组研究内容，利用布拉格公式可以进行新材料的分析与研究，让学生初步懂得，学与用并不遥远，只要善于思考，科学研究与科研发现就在身边。充分利用课堂时间，通过在授课过程中不断地激励其思考、鼓励学生大胆提出自己的见解和想法，潜移默化地培养学生的工程思想与创新思维。

最后，针对课后时间，利用线上线下相结合的方式进行知识拓展和进一步的创新培养。主要包括以下几个方面：（1）教师利用网络为学生推送动画、视频等包含科技前沿相关文献，并根据内容提出相关问题，学生通过视频学习、搜索查找相关文献资料，完成问题，在此过程中培养学生勇于开拓思维，培养理工科学生科学观察、分析和解决实际问题的能力。（2）建立AI课程，比如“光学AI”课程，学生可以更加直观、深入地了解和学习光学知识，激发学生学习积极性和学习热情。（3）对于授课内容采取了全程录像的模式，学生在课后可以随时随地就课堂内容进行回看，以此才能提升学生的学习质量；与此同时，我校开展了每周定期线上线下答疑，对学生的疑问及时解决，以此来提升教学效果，更有利于课外知识的拓展和接纳。（4）积极鼓励学生参加各类竞赛，通过竞赛既可以做到学有所用，巩固学生所学知识，又能够锻炼学生的能力，建立他们的创新思维模式，为以后的发展打下基础。（5）我校基础教研中心还建立了“导师制”培养模式，学院的科研团队教师作为本科生导师，本科生自主选择感兴趣的研究方向然后进入导师团队，提前感受科研环境和学术前沿。导师会定期布置文献让本科生进行阅读，并对其进行总结，与导师探讨阅读心得，并利用科研时间进行简单的实验操作，真正地身临其境来体会科研的魅力，为他们的科研能力与科研习惯的培养打下坚实的基础。（6）优化了考核方式。在新工科的背景下，为了更好地验证教学模式改变的效果，所以考核方式也必须做出改变。因此，我校改变了只用期末考试卷面成绩来衡量学生学习情况的考核方式，采用了“2+2+3+3”的考核模式，即网络课程学习占比20%，平时成绩占比20%，期中考试成绩占比30%，期末考试成绩占比30%。这种考核模式可以鼓励学生通过更多的渠道学习，也可以更加积极主动地完成教师布置的相关任务。并且，在期末考试中我们还设置了“非标准化试题”，即设计实验，该部分主要是考核学生的动手能力，学生通过自己准备相应仪器，完成试题要求的相关设计工作，给出测试数据或实验装置等。

四、新工科背景下“大学物理”课堂与科研创新融合的成效分析

对于学生而言，通过在“大学物理”课堂上对科研创新内容的引导和熏陶，使学生对科研有了新的认识，创新能力也有了一定的提升，促进了学生参加创新赛事的热情。我校学生积极参与省市以及国家的各类科学竞赛，均取得了较好的成绩。此外，很多学生对一些科研表现出了浓厚的兴趣，如对于光纤的发展与应用、隐身材料的类型和发展等，甚至有些学生表示自己终于清楚所学知识可以实际应用在哪里了，找到了今后努力的方向，明确表明自己以后要进行更深入的研究生学习，为国家的发展贡献自己一份力量。对于教师而言，一分耕耘一分收获，通过课堂教学的改革，激励了学生的学习热情，也激励了教师的授课热情，尤其对于年轻教师，这种方式可以很好地把自己的科研成绩与教学相结合，让科学与科研真正地融合起来，让身为年轻教师的我们更加体会到了授课的乐趣，以及身为教师的光荣。

结语

在新工科的背景下，“大学物理”课堂与科研创新相融合不仅可以提升学生的学习积极性，改善课堂的教学效果，更重要的是培养了学生的创新思维，建立了创新意识，这是对于一个工科院校学生应该具备的基本素质。同时，这也反向激励了教师提升自己的科研能力，可以更好地指导、引导学生。所以，在新工科的背景下，“大学物理”课堂与科研创新相融合是高等教育，尤其是工科高校发展的必然要求。在今后的教学工作中，我们要不断探索，不断发展新的教学方式方法，努力为国家培养出卓越的科技人才。

（课题组成员：姜海丽、欧阳秋云）

参考文献

［1］李瑞东，赵立珍，袁峰，等.新工科背景下“大学物理”课程的教学探讨与实践［J］.教育教学论坛，2023（23）：149-152.