摘要：提出以专业需要为导向进行大学物理课程的模块组合，以工程能力培养为宗旨实践大学物理理论与大学物理实验相互融合，以工程应用为目标实施大学物理课程与相关专业基础课程的内容优化，优化整合应用型本科大学物理类课程，实现卓越工程师教育培养计划中提出的强化培养学生的工程能力和创新能力的目标。
关键词：卓越计划；大学物理类课程；优化；整合；能力培养
作者简介：刘扬正（1964-），男，安徽东至人，南京工程学院基础部副主任，教授。（江苏 南京 211167）
基金项目：本文系2008年南京工程学院高等教育研究项目“应用型本科大学物理教学内容优化的综合改革与实践”（项目编号：GY200801）、2010年南京工程學院教学改革项目“应用型本科大学物理理论与实验一体化教学体系建设与实践”的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）31-0113-02
随着卓越工程师教育培养计划的推广和深入，我国高等工程教育改革不断深化，高等工程教育质量全面提升，对应用型本科院校的人才培养方案、课程体系设置以及课堂教学模式都提出了全新的挑战。[1]同样，“卓越计划”的实施对应用型本科大学物理类课程的改革提出了新的更高的要求。由于“卓越计划”的重要特点之一是强调面向行业培养、加强企业与高校合作共同完成教学过程的工程技术人才培养，实施“卓越计划”的应用型本科教育一般采取“3+1”模式，3年在校学习，累计1年在企业学习和做毕业设计。由此可见，学生在校学习的时间相应压缩，与之相对应的教学内容要进行优化。“卓越计划”的重要特点之二是强化培养学生的工程能力和创新能力。大学物理的教育功能也要从注重学生对基础知识、基础理论和基本技能的掌握，转变为全面提高学生的工程实践与应用的综合能力，提升学生的创新意识和能力。
为此要对应用型本科课程进行优化整合，构建以学生能力培养为核心的大学物理类课程体系，探索与工程实际紧密联系的大学物理类课程的教学模式。本文从大学物理课程的模块组合、大学物理理论课与实验课的融合、大学物理课与后续相关专业基础课的优化，探讨大学物理类课程的优化整合，为实现卓越工程师教育培养计划提出的强化培养学生的工程能力和创新能力起到重要作用。
一、以专业需要为导向进行大学物理课程的模块组合
大学物理是以经典的物理理论为主体，包含力学、热学、光学、电磁学和近代物理学五个分支的一门科学基础课程，其特点之一是高度的相关性和严密的逻辑性。作为应用型本科所有理工科专业的基础课程，按照卓越工程师教育培养计划的要求，大学物理课程的主要功能是为强化培养学生的工程能力和创新能力打下一定的科学基础。因此，依照科学的发展、社会的需求和学生毕业后从事的实际工作需要，有的放矢地选取适合的教学内容是提高学生学习兴趣和教学质量重要的前提和保证，真正做到学以致用。[2]
物理学作为一门科学技术基础课程，可以说是所有理工科专业的基础，但是，不同的专业对物理基础知识的需求在深度和广度上存在明显的差异，大学物理教师要牢固树立为专业服务的思想，认真分析各个专业的特点，根据需求精选教学内容。[3]例如电力工程专业、电子信息工程专业与物理学中的电磁学部分结合紧密，机械工程专业、土木工程专业与物理学中的力学部分结合紧密，热能与动力工程专业则与物理学中的热学部分结合紧密。因此，在教学中应根据学生的专业需要有重点地选择教学内容，按专业划分班级进行大学物理教学就显得有的放矢。专业确定的同时，需要细化每个专业的大学物理教学大纲。为此，按照大学物理中的力学、热学、光学、电磁学和近代物理学五个部分，将整个课程划分为五个模块。在这五个模块中，有的模块仍可细分相应的子模块，例如：力学模块细分为质点运动子模块、刚体运动子模块和机械振动与波动子模块。在针对不同专业制订教学大纲时，就可以通过各模块或各子模块所安排课时的不同进行区别对待。例如，在对电力工程专业学生的实际教学中，相应地增加电磁学模块和热学模块的比重，后续专业课程所用到的知识点一定要讲深讲透，光学模块可以略讲，有的子模块甚至可以不讲；在对机械工程专业和土木工程专业学生的实际教学中，应适当增加力学模块和光学模块，特别要加强刚体运动子模块的讲解力度，因为刚体运动是新的知识且后续专业课程和实际工作中经常用到，热学模块可以略讲；而对热能与动力工程专业学生的实际教学中，流体力学子模块和热学模块则应作为重点。通过建立物理理论的“模块—子模块”组合教学模式，教师在教学中就能够根据不同专业的特点和需求，构建与每个专业匹配度高的模块组合物理教学体系，能够做到有的放矢地为不同专业的学生夯实理论基础，培养创新意识和创新能力，提高工程应用能力。
总之，优化和精选教学内容、创新教学方法和教学模式、按专业需要选择教学模块是构建应用型本科大学物理课程体系的三个重要组成部分。其中，优化和精选教学内容是前提，创新教学方法和教学模式是基础，而按专业需要选择教学模块则是关键。该教学体系的构建，不仅能够使学生掌握基本的物理知识、物理理论，而且能够为不同专业学生后续专业课的学习打下坚实的科学基础，同时还能够实现对学生工程能力和创新能力的培养，从而满足社会对应用型本科人才的要求。
二、以工程能力培养为宗旨实践大学物理理论与大学物理实验相互融合
应用型本科院校理工科专业普遍开设的大学物理和大学物理实验，是两门各自独立的课程，各自发挥着作用和承担着教育功能。然而物理学是一门理论与实验紧密结合的自然科学，理论与实验相互促进共同发展是物理学的精髓。大学物理理论课程和大学物理实验课程的相互独立与分离，势必造成学习的理论得不到实验的验证而显得空洞，操作的实验得不到理论的指导而显得肤浅。在这两门课程的实践教学中存在物理理论与物理实验的脱节的现象，因而不能使学生在学习理论时理解“理论是建立在实验基础之上”，也不能使学生体会到实验在理论建立过程中所起的重要作用，以及理论在实验辅助下的建立过程。[4]当然使大学物理和大学物理实验这两门课程在培养应用型本科学生的工程能力和创新能力的作用大打折扣。为适应卓越工程师教育培养计划，加强大学物理理论课程和大学物理实验课程的相互融合是势在必行。[5]
真正做到大学物理理论课和实验课的相互融合，就是适当的将一些大学物理理论课放在实验室中进行，理论讲解与实验操作过程交叉进行，融为一体。实现“做中学，学中做，边做边学，边学边做，学做结合”的教学目标。下面看几个理论与实验可以同时进行的教学实例，例1刚体的转动惯量，教师可以先讲解刚体转动惯量的概念和计算公式，学生做实验测量数据验证公式，甚至可以让学生自己根据实验数据总结归纳出平行轴定理；例2驻波的产生及其特征，可以先让学生做实验，形成对驻波的感性认识，根据数据总结规律，教师再做理论分析，形成数学表达式，使学生有一个完整的从感性认识上升到理性认识的过程。例3光的干涉，牛顿环和迈克尔逊干涉，教师先分别讲解牛顿环和迈克尔逊干涉的原理，重点指出虽然两种干涉图样相似，但牛顿环是等厚干涉，而迈克尔逊干涉是等倾干涉，然后学生通过实验认识牛顿环干涉现象和迈克尔逊干涉现象的相同点和不同点，加深对等厚干涉和等倾干涉的认识。大学物理理论课和实验课一体化教学的实例很多，不在此一一列举。
大学物理理论课和实验课融为一体教学的优势在于，一是激发学生学习大学物理的兴趣、积极探索的精神和创造性的思维方式。教学实践证明，学生对大学物理理论“高深莫测，难以理解”的认识有所改观，克服了学习大学物理的畏难情绪，从而产生浓厚的学习兴趣；同时学生做物理实验依葫芦画瓢，测量几个实验数据就算完成的情形明显减少。学生能够主动的思考问题，主动寻求解决问题的办法，变被动接受知识为主动探求知识，教学质量明显提高。二是提高学生理论联系实际的思想认识。实践是检验真理的唯一标准，通过实验学生对理论的正确性及时检验，加深理解；同时实践出真知，学生根据实验现象，总结物理规律，根据实验数据归纳物理定理，强化学生学以致用的观念。三是培养学生工程应用的意识和能力。物理学是现代高新技术发展的基础和源泉，学生亲身体验物理原理在工程上应用的过程，在现实的操作环境中培养和锻炼学生的工程应用的意识和能力。
三、以工程应用为目标实施大学物理课程与相关专业基础课程的内容优化
大学物理类课程是指包括大学物理理论、大学物理实验以及与物理学相关联的专业基础课，例如力学类课程（理论力学、流体力学、工程力学等）、热学类课程（工程热力学、传热学等）、电学类课程（电路、电磁场与微波技术等）以及建筑物理、建筑力学等。这些课程在内容上会出现既有交叉重叠又有衔接脱节的现象，有的知识点可能会在多门课程中都被重复讲述，造成有限课时的浪费，而有的专业课用到的知识点，在相关的基础课和专业基础课中都没有讲解，如果专业课教师不能临时补充所需内容，造成学生的知识点存在盲区，学生的知识结构不完整，导致学生对知识的理解和掌握不到位，影响教学的质量。所以大学物理类课程要紧紧围绕培养学生工程应用能力这一目标，各门课程之间根据侧重点不同，合理分工协作，实施大学物理类课程的内容优化。[6]
首先大学物理课要明确课程的基础性地位，以讲述学生在后续专业课程所需的基本物理概念和基本物理原理为主，例如大学物理中的热学模块，主要使学生掌握热力学的基本概念如压强、温度、体积、内能、功、热量等，基本原理如热力学第一定律、热力学第二定律和热力学循环等；而工程热力学的重点是热力学基本原理在工程上的应用和具体實现，具体到某种热机的热力学循环的实现和如何提高热机效率等实际问题。其次大学物理教师要有服务意识，大学物理的主要功能是为学生学习专业课服务，主动寻求大学物理知识点和专业课所需知识的契合度，在讲解的深度和广度上达到专业课学习的要求，教学内容要紧跟行业科技发展的步伐，及时将新技术需要的物理知识补充到教学中去，例如电力行业的发展趋势是智能电网的建设，如在物理教学中补充有关复杂网络和非线性动力学系统的基础知识，对学生学习智能电网的相关课程以及毕业后从事智能电网的工作都是有益的。第三大学物理要强调教学内容的工程应用性，从具体的工程实例出发讲述其中蕴含的基本物理原理，实例的工程背景与学生的专业贴近度愈高愈好，学生的兴趣越浓，对培养学生的工程意识和提高学生的工程应用能力越有利。[7]例如在给土木工程专业学生讲述振动与波教学模块时，从汶川地震中人员伤亡和房屋损失最大的地方并不是震源发生地，而是在靠近震中的周边地区的现象入手，分析其中蕴涵的物理原理，进而结合专业谈建筑设计时选址的重要性和加强安全意识的必要性。
四、结语
为实现卓越工程师教育培养计划中提出的强化培养学生的工程能力和创新能力的目标，大学物理课程要以专业需要为导向进行模块组合，大学物理理论与大学物理实验要以工程能力培养为宗旨实现相互融合，大学物理课程与相关专业基础课程要以工程应用为目标实施内容优化，进而达到应用型本科大学物理类课程优化整合的目的。
参考文献：
[1]宋佩维.卓越工程师创新能力培养的思路与途径[J].中国电力教育,2011,(7):25-29.
[2]刘建强.德国应用科学大学模式对实施“卓越工程师培养计划”的启示[J].中国高教研究,2010,(6):50-52.
[3]关立强.大学物理的理论与实验体系改革初探[J].科技信息(学术研究),2008,(36).
[4]黄淑芳,吴雨宁.大学物理教学与实验结合的改革和创新[J].大学物理实验,2008,(3).
[5]张中卫,倪涌舟,刘风勤.大学物理理论与实验验证的有机整合[J].高教论坛,2010,(11):33-35.
[6]周军.应用型本科大学物理教学探讨[J].教育与教学研究,2010,(2):104-108.
[7]胡海云,缪劲松,苟秉聪.引入工程实例改进理工科大学物理教学[J].中国大学教学,2010,(11):70-71.
（责任编辑：麻剑飞）