理物理课程群“点面体”协作下的综合教学改革实践

[摘 要]理论物理课程群包括四大力学等六门课程.该文在问卷调查基础上,提出在理工科交叉、产学研结合条件下,针对应用型人才和创新型人才培养,理论物理课程群在“点面体”三个层面上深化教学改革的模式,并将三个方面有机地结合起来.这些改革措施在实际教学应用中,取得了很好的教学效果,为进一步深化理论物理课程群教学改革提供了很好的建议,理论物理课程群也被列为山东省精品课程.

[关 键 词]理论物理；课程群：教学改革；精品课程

[中图分类号]G40-057[文献标识码]A[论文编号]1009-8097（2013）12-0123-03[DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.12.024

一、引言

理论物理是从理论上探索自然界未知的物质结构、物质运动和相互作用的基本规律的学科.理论物理的研究领域主要有宇宙学、粒子物理与原子核物理、凝聚态物理、统计物理等,几乎包括了物理学所有分支的基本理论问题.我院理论物理课程群包括《理论力学》、《电动力学》、《热力学和统计物理》、《量子力学》、《数学物理方法》和《固体物理》六门主干课程,它们多数是物理学、应用物理、光信息、微电子、新能源和材料学等理工专业的重要必修课程.通过本课程群的学习和训练,可以培养学生具有扎实数理基础、良好科学素养和创新意识,掌握物理学的基本理论和方法,获得相应的科学思维和基础训练,为理论物理、凝聚态物理、材料科学、电子科学、计算机等科学和技术领域培养创新人才和高级专门人才.

虽然我校理论物理各门课程的教学改革取得了一些很多成果,但是理论物理教学系统改革研究相对较少,较多为单一学科、某些方面的研究.为适应当代科技发展和高新技术产业人才的需求,有一些共性和新出现的问题,需要系统的研究和解决.这些问题这主要表现在：

（1）传统思维定势的影响：认为理论物理课程需要的基础知识多、理论性强,部分学生认为课程枯燥、难学是正常的,没有从学生的认知准备和心理准备出发解决这一问题；

（2）由于是集中教学,课程内容又是理论课,教学中不同程度存在着重理论、轻实践,重共性、轻个性等问题,各课程任课教师之间也没有很多交流；

（3）由于微电子、材料学和新能源是近几年新上的专业,教学大纲和教学内容没有很好体现这些专业的需求,没有有效地联系当代高新技术产业发展,教学方法不能完全适应创新型、应用型人才培养的要求.

如何以专业和就业为导向,针对理工科的不同特点,深化教学内容改革,既培养培养素质高、能力强的研究型人才,又培养基础深厚、了解产业特点、符合高新技术产业发展需要的应用型人才,是理论物理教学研究面临的重要课题.本研究在多年跟踪问卷的基础上,重新梳理和设计理论物理的每门课程,提出“点面体”三个层面的教学改革模式.并在此基础上,实践和完善了这一改革体系,取得了较好的教学效果.

二、跟踪问卷调查的部分结果

自2011年起,我们连续三年对学院各专业的同学进行过《理论物理学习问卷调查》,共有1200多人次同学参加,针对各专业和前一年的问卷结果,问卷形式、内容和侧重点也不尽相同,得到了许多翔实的意见和建议.比较一般性的问题有：

（1）大部分同学们觉得学习理论物理概念抽象,难以理解.2013年针对哪些课程的学习难度较大的调查,涉及5个专业,数学基础、普通物理、理论物理等,有效问卷486份.可见,相对于其他课程,学生普遍感到理论物理课程较难.

（2）有关“觉得课程难度较大原因”的调查结果显示：23.3%认为概念和原理太抽象,28.6%认为公式条件或范围搞不清,22.6%认为数学解题能力不行,15.6%认为,老师上课内容基本听不懂,32.5%认为老师讲解能听懂,但作业不能独立完成.由此可见学生觉得学习理论物理课程难,原因很多,除了学习兴趣,集中反映的问题还有自己的认知水平和学习方法等方面.2013年的调查结果现实,较多同学即使听懂了基本概念和公式,接近三分之一的同学也不能独立解题.有的同学虽然理解公式和规律,但仍需老师讲解才能够完成解题过程,这在《电动力学》和《量子力学》等分项问卷中,也得到了验证.

（3）《数学物理方法》这门课程是理论物理的基础课,但对于所有专业的学生来说基本都是难点,这在表一中就可以看出.虽然学生对于该门课程老师们的教授风格非常认可,但很多学生不能理解这门课程的用处,也难于把握学科的主要知识点,2012年调查结果显示：有关“《数理方法》难度较大原因”的调查显示,30.2%认为自己数学基础不扎实,53.1%认为课程知识本身很难,51.7%学生认为数学问题解法多种但不知其目的,41.9%认为不知数学方程对应的物理问题.（问卷涉及5个专业,有效问卷360份）,2013年的问卷调查也是类似的结果.

（4）每个专业的同学,均有甚至一半以上的学生,不看理论相关的书籍和文章,只是在考前才看书.在完成作业的方式上,学生多参考同学作业或参,如何能够使学生自觉性学习、更好理解课本知识,并灵活的运用到解题和未来科学研究中,成为值得教学中深思和改变的问题.

（5）学院所设专业中,除了新能源专业,多数同学并非第一志愿报考,这说明很多学生对于大学选择专业上,不了解未来自己专业的发展方向,而且对于相对理论物理课程的学习有一定的惧怕心理.调剂过来的同学中,需要经过一段时间的专业了解和学习,才有可能对自己的专业感兴趣,进而对理论物理产生兴趣.

（6）基本上每个专业有考研意向的同学都在一半以上,并且绝大多数人希望考取专业相关方向的研究生,希望理论物理改革能与专业学习和考研结合起来.

问卷调查中还有其他很多有意义的结论.如,（1）从学生学习层面分析,有些同学没有充分了解学习理论物理的重要性,不能对自己的学习给以准确的定位；虽然一些学生的学习的动机和态度都很好,但自己制定计划不能很好地完成,说明自我控制能力需要加强；学生在学习理论物理的认知准备方面做的不充足或学习方法不恰当时,会给后续的学习带来较大的困扰.（2）对于具体课堂教学,学生们希望老师增加课外相关知识的讲解,以丰富课堂内容.如生活中的物理、现在物理动向、物理高新科技成果、物理学史等方面的内容,提高学生课堂学习的积极性,进而增加同学们对课程的积极性；老师不要一味讲解,可以采用模型进行教学,或运用动画模拟相关内容；多讲习题,尤其是解题的思路和方法；增加课外实验,培养学生的动手能力和实际处理问题的能力可以增加师生互动环节,组织课外研究小组等等.这些都对深化理论物理课程群教学改革有着重要的参考意义.三、“点面体”结合的教学改革

理论物理课程群的改革,首先要理顺课程群的层次：《数理方法》以《高等数学》为基础,它又是其他理论物理课的基础：理论物理中的四大力学分别以普通物理的《力学》、《热学》、《电磁学》、《光学》和《原子物理》五门课程为基础,也是学习《固体物理》,以及《高等量子力学》和《量子电动力学》等研究生课程的基础,而且它们在不同专业中的地位和作用是不同的,所讲授的内容也有所不同.而这些课程的层次和内容关联,决定着学生认知结构的层次和关联,需要在教学中认真分析和准备.

更重要的是,要深化理论物理教学改革,必须以促进人的全面发展、适应社会需要作为衡量教育质量的为标准,坚持“全面发展、彰显个性、人人成才、怎么写作社会”的培养思路,进行创新人才和应用型为人才主导的培养模式改革.所以,我们将理论物理课程群的改革,按照每一课程从知识点和教学点剖析,进而在课程层面将其教学改革系统化,最终进一步密切各课程衔接,实现理论物理课程群的立体化改革.主要做法如下：

1.点的方面改革,是理论物理课程群改革的着力点和基础,需要做大量细致的工作.具体说：（1）不断根据专业特点和培养人才需要,分析和调整各学科的教学知识点和掌握标准,进而全面修订各学科的教学大纲和各专业的教学计划；（2）为让教师掌握讲课要点和学生特点,大面积开展微课练习和公开课观摩分析,提高教师教学的基本功；（3）通过课堂教学,以及辅导员和专业班主任,尽量了解学生个体的不同差异,以便因材施教,弥补集中教学的不足.

2.课程层面的改革.包括主要两方面的内容：（1）主要是针对课程和专业特点,根据不同的教学要求,系统完善教学内容,并通过课程作业、网络教学、专题讲座和创新实验等多种形式,将这一课程教学改革系统化；（2）理顺课程群中各学科的内在联系,密切各课程之间衔接,各课程教学改革相互借鉴,以适应课程、学生和专业学科的特点,改善和优化教学.

3.体的方面改革.是指“以人为本”完成课程群的改革,按照“宽口径、厚基础、重实践、强创新”的原则,以锻炼学生的独立思考能力,表达能力、沟通能力、创新能力等为出发点,立体改革理论物理课程群,使之不仅适应不同专业特点,更符合学生的成才和发展的需要.它是建立在点面改革基础上的,具体说有以下几个方面：

（1）专业课程模块化,以适应光电产业、新材料、新能源产业需求为目的的课程体系改革,设置专业基础必修模块,以及微电子、光电信息、新能源、材料物理等4个专业选修课程模块.每个专业基础必修和选修模块中理论物理课程不同、教授的内容也不同；

（2）拓展课堂教学改革,在改善课堂教学的同时,采取课程论文为引导的研究性学习的方式,培养学生独立思考的能力；所有理论物理课程都上网,以网络课程和网络辅助教学平台,拓展和丰富学生的课外学习；

（3）在培养方法上,实行课堂教学与课程论文、创新实验等研究性学习相结合,实验教学与动手能力培养相结合,技能训练与企业实训相结合,开阔视野同学术交流相结合,创新能力与科学研究相结合,个性化培养与社会契合度相结合,在更大视野、更全面地提高学生的培养水平；

（4）评价方式上,卷面考试与课程论文相联系,设计性实验与基础性实验相联系,综合素质评价与创新性学分相联系,制定学生素质评价制度,全面考核学生学业水平；

（5）在学生培养模式方面,打破现有班级编制,以选拔和个人志愿相结合的方式,设置创新人才实验班、应用人才实验班,采取小班（不超过30人）授课,每个学生都配有一名专业老师,指导参加创新项目：实验班的每门理论物理课程都增加了学时,用于专题、探究和课程论文等教学环节；对优秀学生实行本硕连读制度等等.

四、总结

在理工科交叉、产学研结合新形势下,我校近几年的理论物理课程群改革始终立足于学生全面发展和个性化成才的目标.首先,强调知识点、课堂教授要点和学生个性特点方面的改革.其次,是课程层面的改革,不仅系统完善这一课程的教学内容和形式,而且理顺课程群中各学科的内在联系,密切各课程之间衔接.在此基础上,多方面、立体化改革和优化理论物理课程群的各个教学环节.学科群的形成教学体系更完整、更立体,使学生在综合素质、科研能力等方面有所提高,为社会培养了大量优秀的科研、应用人才.近几年,教学团队承担省级项目3项,校级教学改革项目5项,出版教材3部,发表教学研究论文30余篇,多项教研项目获省级或校级奖励,3位教师被评为学校优秀教师.2012年,理论物理课程群也成为山东省精品课程基础系列课程.