刘 泽，唐 琳，张亚飞，母雪玲
（成都大学，四川 成都 610106）
1 《大学物理》教改的背景
纵观人类历史发展中的三次工业革命，每一次都是以物理学的发展为前导。物理学是推动人类科技前进的强心剂，是其他自然科学发展的基础。17、18世纪，牛顿创建的热力学理论，使得人类研究出了蒸汽机，开启了人类第一次高效利用热能和机械能的开端，极大推进了生产力的进步，进而引发了第一次工业革命[1]。19世纪电磁理论的发现，使人类成功创造出了电器以及通信设备，人类社会从此进入了电能的时代，迎来了第二次工业革命[2]。20世纪，随着量子力学和相对论的建立，人类深入地认识到了原子内部结构，在这个基础之上，开发出了核能并且成功应用了放射性同位素，从而促进了半导体、激光、超导信息技术的发展，使生产力又一次得到了提高，人类进而完成了信息化的第三次工业革命[3]。新时代伴随着全球科技产业日新月异的发展趋势，新型产业对人才的要求也越来越高。科技部等部门引发了《加强从0到1基础研究工作方案》，强调“加强数学、物理等重点基础学科的支持”，这为满足大学人才培养中物理学科的教学提出了新的挑战与机遇[4]。
应用型城市大学，其学科设置紧扣城市中长期发展目标，密切结合城市产业结构布局，担负着为城市经济发展输送专业性人才的重任[5]。因此，在应用型城市大学教学方面，更需要因地制宜，培养出适合本地区企业需求的专业人才。高等教育阶段，基础课的设置是专业人才培养的第一步。《大学物理》作为理工科大一、大二学生的专业基础课程，在人才培养中起着重要的作用。在课程设置上，《大学物理》学分一般设置为3.5分，甚至可以达到4分。从学分的权重可以看出，本学科是一门重要的专业基础课程，涉及的专业有：自动化工程、网络工程、电气工程、机械设计工程、能源动力工程、土木工程、药学工程以及食品安全等。随着时代的发展，为了更好地为学生打好专业课的基础，《大学物理》的教学工作也需要与时俱进[6]。然而，目前其教学工作也面临亟须解决的问题。主要体现在学生对本课程缺乏重视，部分学生认为《大学物理》与所涉及的专业课缺乏联系，进而导致了消极学习的态度。这是由于学生对《大学物理》的定位不清晰，没有认识到《大学物理》是未来专业课的基础。此外，教师在课堂上也没有将教学与专业课相互联系。因此，如何端正本科生对学习《大学物理》的态度，激发他们学习的主动性，是目前教学中需要解决的首要问题。就此，笔者认为可以从以下几个方面对教学工作进行改革。
2 教学改革的主要措施
2.1 培养学生利用高等数学来处理物理问题的思想
《大学物理》与高中物理的主要区别在于：引入了《高等数学》中微分、积分的思想。这对于刚刚涉足《高等数学》学习的学生来说，还很难将高数的思想融入物理。对运动学微分、积分的方法处理物理问题还相对陌生，甚至逃避。其解题方法还停留在高中的简单多项式求解方式。因此，在教学过程中要进一步加深微分、积分的求解思想。比如在即将讲授运动和力这一章时，可以先带领学生复习矢量求导及运算，为后期质点运动的学习提供充足的准备。此外，在初期的教学过程中，涉及极限、导数等高数知识，要对其进行细致的讲解。帮助学生建立微分法解决物理问题的能力，进而循序渐进地引导学生走入《大学物理》的学习。
在习题课中，通过典型例题并结合作业中出错率比较高的数学问题，进行集中讲解，加强学生对《大学物理》知识点的消化。比如，在求解运动学方程中速度和加速度问题。就是应用高等数学中微分的知识来处理《大学物理》的很好体现。由运动学方程可以得到速度和加速度的表达式为
讲授此题前，可以让学生独立思考。对运动学中涉及的速度和加速度的求解过程，可以让学生进行分组讨论。在教学中发现，部分学生对运动学所涉及的速度求解的问题还存在疑惑。此时，可以提示学生从向量的方法入手来求解。通过独立思考、小组讨论、老师提示这三部分，加深学生对《大学物理》问题的理解，进而提高学生对学习《大学物理》的信心。学生也在学习过程中，锻炼了自己解决问题的能力。
2.2 增加物理事件和实验的引入
目前大多数老师授课过程中，仍然依托于教材。书中部分公式、定理比较干涩，难于理解，并且书中的知识点和原理没有与实际生活、现代化生产相互联系，加之定理的推导过程会使用大量的微分、积分计算，导致课程比较枯燥，容易造成学生对《大学物理》失去兴趣。
教师可以适当增加与授课知识点相匹配的现实物理事件，比如在学习动量守恒定律时，可引入X-Space火箭发射与回收的视频。在讲解定轴转动刚体的角动量守恒定律时，可引入近期冬奥会花样滑冰的录像进行角动量分析。在讲解多普勒效应时，可以引入工程师通过多普勒效应查找马航370飞机失事位置的视频。在讲解法拉第电磁感应现象时，可以引入电磁炮的研发过程视频。在讲静电点屏蔽知识点时，可以引入进行高压电施工的工人师傅，身穿金属编制的屏蔽衣进行工作的视频。在讲解楞次定律时，可以给学生介绍楞次定律在磁悬浮列车上产生阻尼力的原理视频。在讲授万有引力定律时，可以给学生介绍神州十三号进入太空后，宇航员的失重现象。这些物理事件的引入，不仅可以丰富教学内容，触及学生感兴趣的话题。而且使课堂变得活泼、生动。成功地调动学生的好奇心，有益于学生对知识点的理解。
此外在《大学物理》授课的过程中还应增加课堂演示的实验内容，比如，讲气体分子热运动时，引入布朗运动的实验。讲卡诺循环的时候，引入空调压缩机工作的实验。讲弹性模量的时候，引入通过万能试验机测试材料弹性模量的实验。讲刚体的转动时，引入回转仪中的万向支架实验。对于电磁感应的教学，引入金属棒切割磁感线，在闭合的回路中产生电流的实验。通过现场的实验，可以将抽象的原理直观化，便于学生的理解。
2.3 增加模拟软件可视化教学
在教学过程中可以借助模拟软件，给学生展示得到的物理实验仿真过程。模拟软件得到的结果可以将复杂、抽象的物理概念简单化、可视化。将无法通过实验直观得到的物理过程，清晰地展现在教学中。比如在讲授摩擦力这个物理概念时，一个块体在受到摩擦时会产生摩擦力以及变形，通过公式计算得到的应力值和变形量是个非常抽象的值，并且摩擦力在块体中的分布情况也很难在计算中直观体现出来。因此，可以利用Ansys Workbench模拟软件将整个摩擦受力的过程模拟出来。如图1（a）所示为计算得到的应力云图，可以清晰地观察到刚体受力过程中的摩擦力分布情况，以及最大摩擦力的分布位置。如图1（b）所示为应变云图，可以让学生观察到物理过程中物体的整体变形以及局部变形的情况。
图1 Ansys Workbench模拟的物体受到摩擦力的力学过程
在讲授恒定电流的磁场时，学生对磁感应强度的概念在理解上有难度，对磁场方向的判断也比较模糊。因此我们可以通过有限元软件，模拟得到电圈通电后的磁场分布。如图2所示，为通过有限元软件得到的叉指电圈磁场分布情况。模拟软件的使用，可以让学生更加生动地理解课本上的物理现象，增强他们对所学知识点的掌握，同时有助于提高学生对《大学物理》学习的兴趣。
图2 Comsol模拟得到的线圈磁通量密度
2.4 注重课前引入
对于一些重要的知识点，在教学过程中要提前引入。比如下节课要讲质点系的功能原理，本节课结束前教师可以提问什幺叫做保守力？什幺又是非保守力？两者有什幺显着不同呢？在空间中，保守力和非保守力做功的主要区别在哪呢？请同学们课下思考。这样学生会在课下通过超星学习平台、慕课等网上学习平台、相关书籍、文献，进行调研。通过该方法，学生学习知识由“被动型”转化为“主动型”，从学习态度上发生转变，做学习的主人。
2.5 开设侧重于实际应用的《大学物理》兴趣课程
每学期开设1节小班兴趣讨论课程，课程所涉及的《大学物理》内容主要与实际生活相匹配。在课堂上出一些学生有兴趣的题目进行讨论，这些题目需要提前告诉学生。比如：
（1）运动会中，运动员以什幺样的角度投掷铅球，才能让铅球达到最远的距离？铅球在空中能够达到的最大高度是多少？
（2）做圆周运动的物体，其角速度、角加速度与线速度、线加速度之间的关系？切向加速度与发现加速度在改变圆周运动速度上，各自承担的职责是什幺？
（3）假如你乘坐宇宙飞船太空旅游，二十年后回来时，当年和你同岁的朋友多少岁了？
（4）如何运用能量守恒以及动量守恒来推算长征运载火箭的推力？
通过这些问题的引入，让学生自己通过调研文献、书籍的方式去探索答案。不但调动了他们学习的积极性，也加深了与其对应的相关课本知识点的理解程度。
3 总结
《大学物理》是应用型城市高校本科生教学的一门重要的专业基础课程，它对培养本科生逻辑思维能力、创新能力、解决问题的能力有着重要的作用。本文通过对《大学物理》目前存在的问题进行分析，着重对如何提升学生学习《大学物理》的兴趣、端正学生学习态度为出发点，进行了一些教学改革的探索和改革，目的是给学生创造一个轻松、独立自主的学习环境。通过《大学物理》的教育改革，主动对接城市行业发展需求以及企业创新的需求，充分把握人才发展的方向，发挥《大学物理》教学的优点，培养出具有较强专业能力、行业背景，胜任行业发展的应用技术性人才。当然还有很多需要改进的地方，比如如何更好地将《大学物理》课程与专业课进行有机的结合，这还需要与专业课老师进行深入沟通，同时还需要提高自己的专业水平。
