大學物理基礎課與行業(yè)特色專業(yè)課銜接的實踐及探索
摘要：大學物理是工科必修基礎課之一，扎實的物理基礎是高級工程技術人員專業(yè)發(fā)展不可缺少的素質之一。文章主要介紹了在中國民航大學這一行業(yè)特色突出的院校中，大學物理教學遇到的困難，針對性地探索如何將大學物理基礎課與民航特色專業(yè)課進行有效銜接，把物理思想以及對學生專業(yè)發(fā)展特別重要的物理知識，以學科之間相互滲透的方式傳遞出去，為其后續(xù)的專業(yè)發(fā)展奠定寬厚的基礎。
關鍵詞：物理教學;專業(yè)學科;銜接;學科融合
大學物理作為一門工科必修的基礎課，包括了力學、熱學、光學、電磁學和近代物理五部分內容。一直以來，國內外各高校對物理基礎課的教學都非常重視[1]。因其授課對象是工科院校的本科生，未來的高級工程技術人員，他們的物理基礎是否扎實，直接影響到相關行業(yè)的技術發(fā)展。中國民航大學是中國民航事業(yè)重要的人才輸出基地[2]，學生的物理基礎知識儲備會直接影響到其對民航專業(yè)知識的掌握，影響到他們今后工作的發(fā)展?jié)摿ΓM而影響到我國民航業(yè)的技術發(fā)展。學校對物理基礎課的教學不可謂不重視，《普通物理》自2005年至今一直是學校的精品課程之一。但隨著學校招生規(guī)模的不斷擴大，隨著高中物理的課程改革，近年來，大學物理基礎課教學也遇到了前所未有的挑戰(zhàn)[3]。在我國民航業(yè)高速發(fā)展的背景下，我校民航特色專業(yè)的畢業(yè)生供不應求。但據(jù)不完全統(tǒng)計，每年約有10%的學生不能如期畢業(yè)，甚至一部分學生因為沒有畢業(yè)證而放棄已經(jīng)簽約的工作單位。這其中因為物理基礎課沒通過而需要繼續(xù)讀大五、大六的學生不占少數(shù)。我們的大學物理教學因此而飽受非議，這背后的原因值得我們深思，而找到突破困境的出口更是當務之急。
一、現(xiàn)狀調查及分析
為了更清晰更準確地了解現(xiàn)狀，我們設計了《中航大關于普通物理課程基本情況的調查問卷》，后面簡稱《問卷1》，并通過學生熟悉的網(wǎng)絡平臺發(fā)放，共計收到有效問卷449份。參與問卷調查的男女學生比例接近3∶1。
(一)目的、重要性、興趣調查
在《問卷1》中，針對進入大學的學習目的的多項選擇題的結果顯示，學生選擇“為了將來就業(yè)”的占74.39%;選擇“為了實現(xiàn)自己的理想”的占65.7%;選擇“為了實現(xiàn)家長的愿望”的占27.84%，選擇“為了祖國、家鄉(xiāng)的建設”的占18.93%。這一結果有著顯著的時代特征，其中與思想政治相關的分析不是我們本文的研究范疇。但這一數(shù)據(jù)也真實地反映了學生選擇有行業(yè)特色的院校更多考慮的是就業(yè)。這與我校學生中普遍存在的“重專業(yè)輕基礎”的思想是相吻合的。
《問卷1》調查結果顯示，36.3%的學生認為學習物理對自己很重要，47.66%的學生認為比較重要，其余13.14%和2.9%分別認為不太重要和不重要。這一結果說明有15%的學生沒有充分認識到物理學習對其專業(yè)學習和個人發(fā)展的重要性。
對于所開設物理課的興趣度調查中，25.17%的學生很感興趣，58.8%的學生感受一般，更有12.25%的學生表示對開設的物理課不感興趣，還有3.79%的學生表示興趣不穩(wěn)定。我們說“興趣是最好的老師”，求知欲的滿足是學習的原動力。物理課本應該是一門非常有趣的學科，只有四分之一的學生表示很感興趣，說明我們還有很大的提升空間。
對于學習物理的主要目的的調查結果顯示，排第一位的是“物理學的概念、思想和研究方法具有普遍性，可以培育科學素質”，占52.56%;排第二位的是“為學習后續(xù)的專業(yè)打基礎”，占51.67%;排第三位的是“對培養(yǎng)動手能力和邏輯思維能力有幫助”，占45.21%;“覺得物理學有趣，可擴大知識面”和“對今后工作和生活很有幫助”所選比例也都超過30%�？梢姡瑢W生學習物理的目的是多樣化的。值得一提的是，“為學習后續(xù)的專業(yè)打基礎”這一選項被半數(shù)的學生作為學習物理的主要目的之一。這也提示我們任課教師如果能夠有意識地做好物理基礎課與專業(yè)課的銜接，可以從另一個角度來激發(fā)學生的內在需求，從而事半功倍。
(二)物理課與專業(yè)課銜接的現(xiàn)狀和需求調查
1.一般性調查。
你認為物理課的學習對你進一步學習專業(yè)課的幫助是怎樣的?結果是23.39%的學生選擇幫助非常大，51.89%的學生選擇比較大，22.27%選擇不太大，2.45%選擇沒有幫助。
你認為物理課程有必要聯(lián)系后續(xù)專業(yè)課程的知識嗎?66.59%的學生選擇是，14.03%選擇否，19.38%選擇不清楚。
你在物理學習時希望了解物理學與你所學專業(yè)的關系嗎?81.07%的學生選擇希望，10.02%選擇不太希望，8.91%選擇沒想過。
你在專業(yè)課的學習中感到物理知識夠用嗎?結果顯示，17.59%的學生認為物理知識綽綽有余，60.58%的學生認為基本能滿足，19.38%的學生認為不能完全滿足，2.45%的學生認為完全不能滿足。
在學習專業(yè)基礎課時，是否發(fā)現(xiàn)內容與物理課有脫節(jié)的現(xiàn)象?31.4%選擇有，36.75%選擇沒發(fā)現(xiàn)，31.85%選擇不清楚。
綜合上述結果，75%的學生對我校物理課對專業(yè)課的幫助呈正面評價，78%的學生認為所學物理知識可以支撐專業(yè)課的學習，81.07%的學生希望了解物理學與所學專業(yè)的關系，66.59%的學生認為物理課程有必要聯(lián)系后續(xù)專業(yè)課程的知識，31.4%的學生明確表示物理課與專業(yè)基礎課有脫節(jié)的現(xiàn)象。
2.學生需求調查。
你認為對與你所學專業(yè)課有關的物理知識應該怎樣?61.92%的學生認為與所學專業(yè)課有關的物理知識應該深入學習;23.39%的學生認為不用加深，用到時再學;14.7%的學生認為可以保持不變。
你認為對與你所學專業(yè)課無關的物理知識應該怎樣?67.93%的學生認為與所學專業(yè)課無關的物理知識可以降低難度學些基礎知識;22.27%的學生認為多學一些也好;9.8%的學生認為可以刪掉。
上述兩題是互補題，可以發(fā)現(xiàn)學生希望的物理學習是更加有針對性和有層次的，且是以自己未來的專業(yè)學習為導向的。
你們在專業(yè)課學習時，最需要以下哪部分物理知識?可多選，并依據(jù)重要性排序，重要的在前，次要的在后。計算方法為：選項平均綜合得分=(Σ頻數(shù)×權值)/本題填寫人次。權值由選項被排列的位置決定。結果顯示，力學3.99分，電磁學3.15分，熱學2分，光學1.76分，近代物理1.62分。對我校學生而言，力學、電磁學和熱學是三部分與后續(xù)專業(yè)課聯(lián)系更為緊密的知識模塊。
二、從物理知識點入手，尋找基礎課與專業(yè)課銜接的入口
我們設計了“關于物理知識點與專業(yè)知識銜接的調查問卷”，并發(fā)放給相關專業(yè)課的任課教師，后面簡稱為《問卷2》。《問卷2》旨在調研學生在專業(yè)課學習前需要儲備的物理知識點及其相應的教學層次，以及在專業(yè)課中是否重復教學及相應的教學層次�！秵柧�2》將大學物理的知識點列表，在每個知識點后面列出這樣幾項調查內容：專業(yè)課期望的教學層次要求(掌握、理解、了解)、專業(yè)課中是否需要再次講授、專業(yè)課中的教學要求(掌握、理解、了解)。被調研的課程包括《理論力學》、《工程熱力學》、《氣體動力學》、《空氣動力學》、《飛機性能力學基礎》等。以我校的3個特色專業(yè)為例，做了物理知識點在后續(xù)專業(yè)課中的需求分析，數(shù)據(jù)分析見表格1。這三個專業(yè)分別是航空工程學院的飛行器動力工程專業(yè)、空中交通管理學院的交通運輸專業(yè)、電子信息與自動化學院的通信工程專業(yè)。
整體上看，飛行器動力工程、交通運輸兩個專業(yè)的物理需求主要在力學、熱學，而通信工程專業(yè)集中在力學和電磁學。從對物理知識需求總數(shù)上看，通信工程要求的物理知識點最多，其次是飛行器動力工程，而交通運輸相對較少。這與我們在《問卷1》中的一組調查數(shù)據(jù)相吻合，我們把學生認為物理課程是否有必要聯(lián)系后續(xù)專業(yè)課程的知識的結論按照學院進行分析時，飛行器動力工程專業(yè)所屬的航空工程學院和通信工程專業(yè)所屬的電子信息與自動化學院分別有78.67%和74.42%的學生選擇“是”，排在所有學院的前兩位，而空中交通管理學院的相應數(shù)據(jù)是61.95%。
從專業(yè)課期待的教學層次上看，《理論力學》課程期待學生的力學知識背景要略高于《普通物理》的教學要求，表現(xiàn)在掌握和理解層次的知識點總數(shù)上有超越;而《工程熱力學》和《氣體動力學》期待學生的熱學知識背景要高于《普通物理》的教學要求，表現(xiàn)在掌握層次的知識點數(shù)目分別以22和14高于《普通物理》的9。《電磁場和電磁波》課程在波動光學、電磁學方面的期待也較《普通物理》的教學要求高，表現(xiàn)在波動光學的27個知識點全部是掌握和理解層次，而電磁學的72個知識點全部是掌握層次�？梢钥闯鲲w行器動力工程和通信工程的學生在學習專業(yè)課時會面臨一些困難。但還有一個數(shù)據(jù)不容忽視，即重要知識點在專業(yè)課中的重復授課率。例如《電磁場和電磁波》雖然期望電磁學的72個知識點全部是掌握層次，但其相應知識點的重復授課率高達96%。當重復授課率高的時候，會降低學生基礎知識欠缺的感受，但同時也會造成專業(yè)課課時的浪費。另一方面，掌握層次的知識點在后續(xù)專業(yè)課中的重復授課率全部高于理解和了解層次，說明專業(yè)課教師會在課程講授中強化重點知識。而掌握層次知識點的重復授課率也因課程而異，最高達到100%，最低僅有10%。所以，針對不同的情況應有不同的處理方式。
三、在教學設計中，分層次做好物理基礎課與專業(yè)課的銜接
通過對數(shù)據(jù)的深入挖掘，我們發(fā)現(xiàn)有幾個類型的知識點在做好物理基礎課與特色專業(yè)課銜接中需要注意。
1.很多專業(yè)課期待學生掌握，但幾乎沒有專業(yè)課重復講授的知識點。例如，力學中的“切向加速度和法向加速度”，在《氣體動力學》、《空氣動力學》、《飛機性能力學基礎》等課程中都希望學生掌握，但只有《理論力學》中會重復，其他課程都是直接調用。這類知識點應該在物理課的學習中打牢基礎，并適當結合專業(yè)課知識來簡單應用。
2.物理課教學要求層次低，但專業(yè)課要求高的知識點。例如，力學部分的“單位制和量綱”在我�！镀胀ㄎ锢�1》教學大綱中的教學要求是了解，而62.5%的后續(xù)專業(yè)課希望學生能夠掌握，且不再重復講授。可以說，這種情況就是基礎課與專業(yè)課在知識銜接上的明顯脫節(jié)。針對這種情況，物理教師要加強課堂講授和補充練習，并適時提醒學生此類知識的重要性，不要只為了物理考試而學。
3.專業(yè)需求差異較大的知識點。例如，熱力學第二定律、熵的概念對飛行器動力工程專業(yè)的學生學習《工程熱力學》和《氣體動力學》就特別的重要，而在我�！镀胀ㄎ锢�1》的熱學教學中就沒有考慮學生專業(yè)背景的差異，大家是同一個標準，這也是造成學生感受到物理課與專業(yè)課脫節(jié)的重要原因之一。在《問卷2》中，有一道題目是“你認為與你所學專業(yè)課有關的物理知識應該()?(A深入學習B不用加深，用時再學C保持不變)”，我們很意外地發(fā)現(xiàn)飛行器動力工程所屬的航空工程學院80%的學生選擇A深入學習，遠高于其他學院排在第一位，而排在最后一位的計算機科學與技術學院此項數(shù)據(jù)僅為22%。前面我們已經(jīng)從《問卷1》中看到，半數(shù)的學生將“為學習后續(xù)的專業(yè)打基礎”作為物理課主要的學習目的之一，我們完全可以從不同專業(yè)對物理的需求入手，引導學生學習物理的積極性。
在調研的基礎上，本文發(fā)現(xiàn)建立《知識點銜接數(shù)據(jù)庫》的必要性。在這個數(shù)據(jù)庫中，教師可以查閱每一個物理知識點在后續(xù)哪些專業(yè)課中有應用、哪些專業(yè)的學生有應用、專業(yè)課期待學生所具備的教學層次以及專業(yè)課是否再講授等信息。并從促進學生專業(yè)學習的角度，提示物理教師知識點的應用次數(shù)、重要程度以及教學層次的差異等信息，方便教師在備課環(huán)節(jié)中更充分地“備學生”，更方便地從學科融合的角度設計教案，從而激發(fā)學生的學習興趣。
例如，在《普通物理1》講解質點系受到合外力矩的知識點時可以聯(lián)系《空氣動力學》中的關于飛機尾翼的作用。一，拋出問題，“飛機的機身平衡力矩是由誰提供的(給出示意圖)”，引發(fā)學生思考;二，聯(lián)系后續(xù)專業(yè)，“同學們，大家有所不知，這是一道《空氣動力學》的練習題，而《空氣動力學》是我們交通運輸專業(yè)的重要專業(yè)基礎課。”三，展開討論，先復習物理中關于力矩的定義，特別練習力矩方向的判定，如：“水平尾翼的升力向下，它對飛機重心產(chǎn)生的力矩應該是由重心指向尾翼的位置矢量叉乘向下的力，叉乘后力矩的方向由右手定則判定”，接著分析力矩的平衡，得出結論;四，歸納總結，“在題目的分析過程中，大家可以體會出扎實的物理基礎對專業(yè)學習的重要性，物理無處不在，是非常有趣又很有用的學科。”
四、總結
物理在工程技術中的廣泛應用是物理基礎課教師取之不盡用之不竭的寶藏。在建立《知識點銜接數(shù)據(jù)庫》的基礎上，教師有條件在教學設計中巧妙地引入后續(xù)專業(yè)課的需求，激發(fā)學生的學習興趣，貼近學生以專業(yè)為導向的學習動機，促進學科融合，逐漸打破在特色院校中存在的“輕基礎重專業(yè)”的思想，逐漸改變物理基礎課教學的被動局面，從而實現(xiàn)為專業(yè)人才的培養(yǎng)奠定更扎實更牢固的物理基礎。
參考文獻：
[1]哈佛大學有效提升物理教學質量的舉措分析[J].大學物理,2011,30(12).
[2]工程教育背景下多元化人才培養(yǎng)模式研究[J].中國民航大學學報,2012,30(4).
[3]基于為深化物理教學改革的調研結果的研究[J].大學物理,2013,32(12).
