大学物理基础课与行业特色专业课衔接的实践及探索

　　摘要：大学物理是工科必修基础课之一，扎实的物理基础是高级工程技术人员专业发展不可缺少的素质之一。文章主要介绍了在中国民航大学这一行业特色突出的院校中，大学物理教学遇到的困难，针对性地探索如何将大学物理基础课与民航特色专业课进行有效衔接，把物理思想以及对学生专业发展特别重要的物理知识，以学科之间相互渗透的方式传递出去，为其后续的专业发展奠定宽厚的基础。

　　关键词：物理教学;专业学科;衔接;学科融合

　　大学物理作为一门工科必修的基础课，包括了力学、热学、光学、电磁学和近代物理五部分内容。一直以来，国内外各高校对物理基础课的教学都非常重视[1]。因其授课对象是工科院校的本科生，未来的高级工程技术人员，他们的物理基础是否扎实，直接影响到相关行业的技术发展。中国民航大学是中国民航事业重要的人才输出基地[2]，学生的物理基础知识储备会直接影响到其对民航专业知识的掌握，影响到他们今后工作的发展潜力，进而影响到我国民航业的技术发展。学校对物理基础课的教学不可谓不重视，《普通物理》自2005年至今一直是学校的精品课程之一。但随着学校招生规模的不断扩大，随着高中物理的课程改革，近年来，大学物理基础课教学也遇到了前所未有的挑战[3]。在我国民航业高速发展的背景下，我校民航特色专业的毕业生供不应求。但据不完全统计，每年约有10%的学生不能如期毕业，甚至一部分学生因为没有毕业证而放弃已经签约的工作单位。这其中因为物理基础课没通过而需要继续读大五、大六的学生不占少数。我们的大学物理教学因此而饱受非议，这背后的原因值得我们深思，而找到突破困境的出口更是当务之急。

　　一、现状调查及分析

　　为了更清晰更准确地了解现状，我们设计了《中航大关于普通物理课程基本情况的调查问卷》，后面简称《问卷1》，并通过学生熟悉的网络平台发放，共计收到有效问卷449份。参与问卷调查的男女学生比例接近3∶1。

　　(一)目的、重要性、兴趣调查

　　在《问卷1》中，针对进入大学的学习目的的多项选择题的结果显示，学生选择“为了将来就业”的占74.39%;选择“为了实现自己的理想”的占65.7%;选择“为了实现家长的愿望”的占27.84%，选择“为了祖国、家乡的建设”的占18.93%。这一结果有着显著的时代特征，其中与思想政治相关的分析不是我们本文的研究范畴。但这一数据也真实地反映了学生选择有行业特色的院校更多考虑的是就业。这与我校学生中普遍存在的“重专业轻基础”的思想是相吻合的。

　　《问卷1》调查结果显示，36.3%的学生认为学习物理对自己很重要，47.66%的学生认为比较重要，其余13.14%和2.9%分别认为不太重要和不重要。这一结果说明有15%的学生没有充分认识到物理学习对其专业学习和个人发展的重要性。

　　对于所开设物理课的兴趣度调查中，25.17%的学生很感兴趣，58.8%的学生感受一般，更有12.25%的学生表示对开设的物理课不感兴趣，还有3.79%的学生表示兴趣不稳定。我们说“兴趣是最好的老师”，求知欲的满足是学习的原动力。物理课本应该是一门非常有趣的学科，只有四分之一的学生表示很感兴趣，说明我们还有很大的提升空间。

　　对于学习物理的主要目的的调查结果显示，排第一位的是“物理学的概念、思想和研究方法具有普遍性，可以培育科学素质”，占52.56%;排第二位的是“为学习后续的专业打基础”，占51.67%;排第三位的是“对培养动手能力和逻辑思维能力有帮助”，占45.21%;“觉得物理学有趣，可扩大知识面”和“对今后工作和生活很有帮助”所选比例也都超过30%。可见，学生学习物理的目的是多样化的。值得一提的是，“为学习后续的专业打基础”这一选项被半数的学生作为学习物理的主要目的之一。这也提示我们任课教师如果能够有意识地做好物理基础课与专业课的衔接，可以从另一个角度来激发学生的内在需求，从而事半功倍。

　　(二)物理课与专业课衔接的现状和需求调查

　　1.一般性调查。

　　你认为物理课的学习对你进一步学习专业课的帮助是怎样的?结果是23.39%的学生选择帮助非常大，51.89%的学生选择比较大，22.27%选择不太大，2.45%选择没有帮助。

　　你认为物理课程有必要联系后续专业课程的知识吗?66.59%的学生选择是，14.03%选择否，19.38%选择不清楚。

　　你在物理学习时希望了解物理学与你所学专业的关系吗?81.07%的学生选择希望，10.02%选择不太希望，8.91%选择没想过。

　　你在专业课的学习中感到物理知识够用吗?结果显示，17.59%的学生认为物理知识绰绰有余，60.58%的学生认为基本能满足，19.38%的学生认为不能完全满足，2.45%的学生认为完全不能满足。

　　在学习专业基础课时，是否发现内容与物理课有脱节的现象?31.4%选择有，36.75%选择没发现，31.85%选择不清楚。

　　综合上述结果，75%的学生对我校物理课对专业课的帮助呈正面评价，78%的学生认为所学物理知识可以支撑专业课的学习，81.07%的学生希望了解物理学与所学专业的关系，66.59%的学生认为物理课程有必要联系后续专业课程的知识，31.4%的学生明确表示物理课与专业基础课有脱节的现象。

　　2.学生需求调查。

　　你认为对与你所学专业课有关的物理知识应该怎样?61.92%的学生认为与所学专业课有关的物理知识应该深入学习;23.39%的学生认为不用加深，用到时再学;14.7%的学生认为可以保持不变。

　　你认为对与你所学专业课无关的物理知识应该怎样?67.93%的学生认为与所学专业课无关的物理知识可以降低难度学些基础知识;22.27%的学生认为多学一些也好;9.8%的学生认为可以删掉。

　　上述两题是互补题，可以发现学生希望的物理学习是更加有针对性和有层次的，且是以自己未来的专业学习为导向的。

　　你们在专业课学习时，最需要以下哪部分物理知识?可多选，并依据重要性排序，重要的在前，次要的在后。计算方法为：选项平均综合得分=(Σ频数×权值)/本题填写人次。权值由选项被排列的位置决定。结果显示，力学3.99分，电磁学3.15分，热学2分，光学1.76分，近代物理1.62分。对我校学生而言，力学、电磁学和热学是三部分与后续专业课联系更为紧密的知识模块。

　　二、从物理知识点入手，寻找基础课与专业课衔接的入口

　　我们设计了“关于物理知识点与专业知识衔接的调查问卷”，并发放给相关专业课的任课教师，后面简称为《问卷2》。《问卷2》旨在调研学生在专业课学习前需要储备的物理知识点及其相应的教学层次，以及在专业课中是否重复教学及相应的教学层次。《问卷2》将大学物理的知识点列表，在每个知识点后面列出这样几项调查内容：专业课期望的教学层次要求(掌握、理解、了解)、专业课中是否需要再次讲授、专业课中的教学要求(掌握、理解、了解)。被调研的课程包括《理论力学》、《工程热力学》、《气体动力学》、《空气动力学》、《飞机性能力学基础》等。以我校的3个特色专业为例，做了物理知识点在后续专业课中的需求分析，数据分析见表格1。这三个专业分别是航空工程学院的飞行器动力工程专业、空中交通管理学院的交通运输专业、电子信息与自动化学院的通信工程专业。

　　整体上看，飞行器动力工程、交通运输两个专业的物理需求主要在力学、热学，而通信工程专业集中在力学和电磁学。从对物理知识需求总数上看，通信工程要求的物理知识点最多，其次是飞行器动力工程，而交通运输相对较少。这与我们在《问卷1》中的一组调查数据相吻合，我们把学生认为物理课程是否有必要联系后续专业课程的知识的结论按照学院进行分析时，飞行器动力工程专业所属的航空工程学院和通信工程专业所属的电子信息与自动化学院分别有78.67%和74.42%的学生选择“是”，排在所有学院的前两位，而空中交通管理学院的相应数据是61.95%。

　　从专业课期待的教学层次上看，《理论力学》课程期待学生的力学知识背景要略高于《普通物理》的教学要求，表现在掌握和理解层次的知识点总数上有超越;而《工程热力学》和《气体动力学》期待学生的热学知识背景要高于《普通物理》的教学要求，表现在掌握层次的知识点数目分别以22和14高于《普通物理》的9。《电磁场和电磁波》课程在波动光学、电磁学方面的期待也较《普通物理》的教学要求高，表现在波动光学的27个知识点全部是掌握和理解层次，而电磁学的72个知识点全部是掌握层次。可以看出飞行器动力工程和通信工程的学生在学习专业课时会面临一些困难。但还有一个数据不容忽视，即重要知识点在专业课中的重复授课率。例如《电磁场和电磁波》虽然期望电磁学的72个知识点全部是掌握层次，但其相应知识点的重复授课率高达96%。当重复授课率高的时候，会降低学生基础知识欠缺的感受，但同时也会造成专业课课时的浪费。另一方面，掌握层次的知识点在后续专业课中的重复授课率全部高于理解和了解层次，说明专业课教师会在课程讲授中强化重点知识。而掌握层次知识点的重复授课率也因课程而异，最高达到100%，最低仅有10%。所以，针对不同的情况应有不同的处理方式。

　　三、在教学设计中，分层次做好物理基础课与专业课的衔接

　　通过对数据的深入挖掘，我们发现有几个类型的知识点在做好物理基础课与特色专业课衔接中需要注意。

　　1.很多专业课期待学生掌握，但几乎没有专业课重复讲授的知识点。例如，力学中的“切向加速度和法向加速度”，在《气体动力学》、《空气动力学》、《飞机性能力学基础》等课程中都希望学生掌握，但只有《理论力学》中会重复，其他课程都是直接调用。这类知识点应该在物理课的学习中打牢基础，并适当结合专业课知识来简单应用。

　　2.物理课教学要求层次低，但专业课要求高的知识点。例如，力学部分的“单位制和量纲”在我校《普通物理1》教学大纲中的教学要求是了解，而62.5%的后续专业课希望学生能够掌握，且不再重复讲授。可以说，这种情况就是基础课与专业课在知识衔接上的明显脱节。针对这种情况，物理教师要加强课堂讲授和补充练习，并适时提醒学生此类知识的重要性，不要只为了物理考试而学。

　　3.专业需求差异较大的知识点。例如，热力学第二定律、熵的概念对飞行器动力工程专业的学生学习《工程热力学》和《气体动力学》就特别的重要，而在我校《普通物理1》的热学教学中就没有考虑学生专业背景的差异，大家是同一个标准，这也是造成学生感受到物理课与专业课脱节的重要原因之一。在《问卷2》中，有一道题目是“你认为与你所学专业课有关的物理知识应该()?(A深入学习B不用加深，用时再学C保持不变)”，我们很意外地发现飞行器动力工程所属的航空工程学院80%的学生选择A深入学习，远高于其他学院排在第一位，而排在最后一位的计算机科学与技术学院此项数据仅为22%。前面我们已经从《问卷1》中看到，半数的学生将“为学习后续的专业打基础”作为物理课主要的学习目的之一，我们完全可以从不同专业对物理的需求入手，引导学生学习物理的积极性。

　　在调研的基础上，本文发现建立《知识点衔接数据库》的必要性。在这个数据库中，教师可以查阅每一个物理知识点在后续哪些专业课中有应用、哪些专业的学生有应用、专业课期待学生所具备的教学层次以及专业课是否再讲授等信息。并从促进学生专业学习的角度，提示物理教师知识点的应用次数、重要程度以及教学层次的差异等信息，方便教师在备课环节中更充分地“备学生”，更方便地从学科融合的角度设计教案，从而激发学生的学习兴趣。

　　例如，在《普通物理1》讲解质点系受到合外力矩的知识点时可以联系《空气动力学》中的关于飞机尾翼的作用。一，抛出问题，“飞机的机身平衡力矩是由谁提供的(给出示意图)”，引发学生思考;二，联系后续专业，“同学们，大家有所不知，这是一道《空气动力学》的练习题，而《空气动力学》是我们交通运输专业的重要专业基础课。”三，展开讨论，先复习物理中关于力矩的定义，特别练习力矩方向的判定，如：“水平尾翼的升力向下，它对飞机重心产生的力矩应该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则判定”，接着分析力矩的平衡，得出结论;四，归纳总结，“在题目的分析过程中，大家可以体会出扎实的物理基础对专业学习的重要性，物理无处不在，是非常有趣又很有用的学科。”

　　四、总结

　　物理在工程技术中的广泛应用是物理基础课教师取之不尽用之不竭的宝藏。在建立《知识点衔接数据库》的基础上，教师有条件在教学设计中巧妙地引入后续专业课的需求，激发学生的学习兴趣，贴近学生以专业为导向的学习动机，促进学科融合，逐渐打破在特色院校中存在的“轻基础重专业”的思想，逐渐改变物理基础课教学的被动局面，从而实现为专业人才的培养奠定更扎实更牢固的物理基础。

　　参考文献：

　　[1]哈佛大学有效提升物理教学质量的举措分析[J].大学物理,2011,30(12).

　　[2]工程教育背景下多元化人才培养模式研究[J].中国民航大学学报,2012,30(4).

　　[3]基于为深化物理教学改革的调研结果的研究[J].大学物理,2013,32(12).