地方工科院校物理基础课程教学资源的建设与共享

一、研究背景

大学物理和大学物理实验是工科院校开设的两门重要的公共基础课，在太原理工大学历来都得到各级领导的重视和大力支持。在“211”工程建设经费和学校十大系列课程改革项目经费的支持下，我们围绕“立足地方，符合地方工科院校的培养目标，适合地方工科院校学生的知识结构和能力水平”的教学改革思路，积极开展课程体系、教学内容、教学方法和教学手段的改革，在省级精品课程和省级实验示范中心建设中做了大量的工作。自19xx年地方工科院校的规模发展非常迅速，使这些院校的物理基础课程教学普遍面临着一些困难：（1）教师的教学任务重、授课学生多而接收的信息少，教学研究不足；(2)教学经费不足，实验仪器陈旧、数量少，不能满足不断扩大的教学规模的需求；（3）学生基础参差不齐，仅靠课堂教学很难满足不同层次学生的学习需求。为了解决这些问题，缓解教学的压力，迫切需要建设适合地方工科院校的优质物理课程教学资源。我们于20xx年在山西省教育厅申报了两个相关的教改项目，分别于20xx年、20xx年获得山西省教学成果一等奖。近两年，我们又在教育部提出的“高等教育质量工程”基本思想的指导下，在教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会-------物理基础课程教学指导分委员会华北协作组项目的支持下，在全面推进大学物理和大学物理实验省级精品课程建设的过程中，坚持以学生为主体、教师为主导的教学理念，以立体化教材建设、实验教学平台建设和现代信息技术在物理教学中应用为主线，多校联合，改革创新，持续建设、推广应用，构建了在地方工科院校中有一定影响的物理基础课程教学资源,并和多所地方工科院校实现资源开放共享。

二、主要研究成果

1、多校联合，持续建设，打造地方工科院校基础物理课程精品教材

教材建设是课程建设的龙头，太原理工大学物理系自19xx年以来，精心组织，持续探索，不断锤炼，进行大学物理与大学物理实验教材同步建设。为了避免单一院校可能存在的师资水平不高的问题，我们与同类或同区域院校联合共建。经过多次修订再版，所形成的两套教材《大学物理》与《大学物理实验教程》于20xx年双双入选国家高等教育“十一五”规划教材。（见附件3） 《大学物理实验教程》以太原理工大学多年的实验教材为基础，以博士生导师、教育部非物理类课程教指委华北协作组山西组组长王云才教授为总负责，联合沈阳理工大学、西安石油大学等五所院校共同建设，采用公开招标、自由撰写、择优选用的新方式，为地方工科院校的优秀教材建设提供了可借鉴的经验。例如在最新一版的《大学物理实验教程》中，选取22名来自5所院校的教师撰写的单独实验项目。（见附件4）

《大学物理实验教程》结构新颖，以物理测量量为主线，以基本器具使用、 1

基本物性测量、基本物理量测量和专题实验分层次安排教学，突出和强调了实验物理学科的系统性和完整性。教材内容新颖，在测量误差、数据处理和基本测量方法的阐述方面，介绍狄克逊和格鲁布斯准则，具有国家标准的有效位数的概念，国际通则与学术惯例提出测量不确定度的估算和微小标准差的可忽略判据，强调物理实验的科学性、严谨性和先进性。数据处理方面采用数据处理软件Excel和科学作图软件Origin。增添了一些能反映现代物理学技术发展的代表性实验，如非线性电学混沌、数码照相技术等实验内容。在内容编排上，突出实验背景和设计思路，淡化实验过程和操作步骤，促进学生主动学习、思考。

《大学物理》是太原理工大学多年来联合太原科技大学共同建设的成果。编写团队由有多年教学经历和对大学物理教学、教学改革有较深理解的资深教师和有较高学历、教学优秀的中青年教师组成。参考了大量国内外优秀物理教材，并与国内外同类教材进行比较研究，吸取了多年来采用本教材的一线教师的宝贵经验，几经修改，不断提炼与丰富，形成了最新一版的《大学物理》教材。在这一版中，按照教指委最新颁发的“非物理类理工学科大学物理课程教学的基本要求”，对原教材体系进行了整合和优化，对教学内容进行了合理地取舍，覆盖了基本要求中全部核心内容及大部分扩展内容。与同类教材相比，增加了与应用技术结合紧密的几何光学内容，增加了量子物理的比重，弱化了偏振、电介质、磁介质等内容的讨论。在培养学生自学能力，适应不同层次学生的学习需求方面做了一些努力，如增加现代物理前沿与技术专题，为学有余力的学生进一步学习提高留下余地。全书注意一些概念的更新，如强化了动量、能量、角动量守恒与时空对称性的联系；在讲述热容量时，由转动能和振动能的量子特性，指出能量按自由度均分原理的局限性等。全书注重联系应用，如在角动量守恒定律部分，讨论跳水运动员、芭蕾舞演员的动作特点；在量子力学中引入隧道效应的概念后，介绍扫描隧道显微镜，讲解隧道显微镜的工作原理及其在凝聚态物理、纳米技术中的应用等。全书注意穿插物理学史，各章后附有中外物理学家简介，有助于培养学生的创新思想，较为系统地介绍了华裔物理学家和中国杰出的物理学家代表，使学生更清楚地了解在物理学发展史上中国人所作的贡献。附录中的百年诺贝尔物理学奖简况使学生更加清晰的把握物理学的发展和前沿。

2、以国家“十一五”规划教材为核心，开展全方位的物理基础课程教学资源建设

为配合《大学物理》国家“十一五”规划教材，老教授把关指导，组织青年教师编写了《大学物理学习指导与习题选解》（20xx年科学出版社出版）、《大学物理疑难解答》（网上资源）。这些教学材料的编写垒实了青年教师的基础，逼迫他们在教学上投入精力。（见附件5）

知识渊博的周希坚教授利用他多年的积累和对物理学独到的理解，结合《大学物理》、《大学物理实验教程》国家级“十一五”规划教材的内容，编写了《物理学史》讲义，试用两年，受到广大师生的喜爱。为教师提供了丰富的教学素材，有利于提升教学内容的学术深度。（见附件5）

为配合现代化教学手段的应用，我们组织教学优秀的中青年教师和掌握计算机应用技术的优秀本科生、研究生合作编制了与国家级“十一五”规划教材配套的多媒体电子课件，物理现象、物理概念、物理规律构成了课件的主体结 2

构，又动态地增添动画演示、视频录像、相关介绍等，既使抽象概念、复杂过程形象化，弥补了传统教学方式难以表达的内容，又丰富了整个课件的内涵，增加了课件的生动性，提高了课程的吸引力。统一电子课件的应用，有利于规范教学内容，防止教学的随意性，便于教学管理。20xx年大学物理多媒体课件获山西省高等学校中青年教师网络教学课件竞赛一等奖。（见附件6）

两位知识渊博、教学经验丰富的老教授先后退休，会造成教学传承的断档，为此拍摄了周希坚教授主讲的大学物理和陈世杰教授主讲的大学物理实验全程示范教学录像。（见附件8）

为了方便实施演示实验进课堂，录制了全套大学物理演示实验教学录像，拍摄了大量有清晰演示效果的照片。（见附件11）

另外，编制了大学物理实验不确定度评估教学课件和大学物理实验电子课件（见附件7），编制了《大学物理演示实验讲义》电子图书和《近代物理实验讲义》（见附件5），满足了实验教学需求。

为了实现教学资源最大化利用和资源共享，满足不同层次学生学习的需求，建立了基于校园网的物理基础课程教学资源网站（http://www.tyut.edu.cn/wuli）。在网站的建设过程中，借鉴了国内外物理教学网站，广泛征求兄弟院校意见，采用自主研发、聚拢他人成果、购买等方式整合网上教学资源。（见附件12、13）

网站中设立有大学物理电子课件、动画库、视频库，习题指导、教案、疑难解答、教学示范录像、演示实验素材库、学生自测系统和网上答疑平台。设立有物理学家传记、诺贝尔奖简介、物理学史等电子图书。学生可以自由浏览下载所需材料，方便学生自学。网上辅导答疑，学生积极参与，活跃了师生间的交流。

网站中设有物理实验教学网络选课与管理系统，学生在校园网上进行开放式预约选课、网上答疑、成绩查询等，实现了全面开放式实验教学模式。网上实验教学录像库、虚拟物理实验库、物理实验电子课件，学生可以随时进行自主仿真实验，对实验教学内容进行课前预习和课后复习。

3．改进、自制仪器，解决实验仪器陈旧、数量少与教学规模不断扩大的矛盾

针对地方院校经费不足,实验仪器陈旧、数量少而教学规模不断扩大的问题，我们提出“改进、自制、购买相结合”的实验室建设理念。成立实验仪器研发室，由物理功底深、掌握单片机应用技术的教师总负责，多名经验丰富的实验工程师和优秀研究生参与，根据“基于简单仪器再现重要物理思想，重视淘汰仪器二次利用”的原则，对原有占实验总数约20%的仪器进行了改进和优化，完善与扩充了仪器性能，实现资源的充分利用及最优配置。并积极与天成股份有限公司等单位合作，结合本校及兄弟院校的教学需求，吸收兄弟院校提供的一些设计思路，自主研发与命题研发相结合，注意在充分反映物理内涵基础上，积极采用现代化的数字、传感等技术，自制了13种243台（套）实验教学仪器和78种85台（套)演示实验仪器，其中一些为教师的科研成果转化的实验教学项目（见附件9、10）。自制仪器不仅满足了本校的教学需求，也丰富了一些兄弟院 3

校的实验教学内容。

在原有演示实验室的基础上，建成“演示实验大厅”和全天开放的“演示走廊”，切实发挥了物理演示实验在大学物理教学中的作用，并起到学校科技馆的作用。（见附件11）

三、特色与创新

1、地方高校优势互补，联合共建，形成两套特色鲜明的国家级“十一五”规划教材及其充足的教学资源。

通过联合共建、集思广益和取长补短，《大学物理实验教程》突出了实验物理学科的系统性和完整性，强调了大学物理实验的严谨性。促进了地方工科院校物理实验教学质量的提高。《大学物理》增加了与应用技术结合紧密的几何光学，增加了量子物理的比重，弱化了偏振、电介质、磁介质等内容的讨论。在附录中较为系统地介绍了华裔物理学家和中国杰出的物理学家代表，提高了地方高校学生学习的积极性和自信心。

2、通过“改进、自制仪器”实现实验资源的充分利用及最优配置，满足了本校的教学需求，也为一些兄弟院校提供了质优价廉的教学仪器，解决了地方院校经费短缺、实验仪器数量不足与逐渐扩大的教学规模的矛盾。

3、教学资源的建设与共享为地方工科高校的基础物理教学提供了可借鉴的思路，同时也可能推广应用到其它基础课程教学中。

四、成果的推广应用效果

1、两套国家级“十一五”规划教材，被云南、河南、四川、贵州、广东、江西、北京、山西等省内外多所院校选作教材。“大学物理”教材迄今10次印刷，发行量5.1万册。“大学物理实验教程”迄今6次印刷，发行量3.0万册，在互联网上有不低于八家网站在销售本书。（见附件14、15）

2、自制实验仪器除满足本校的教学需要外，还销往太原科技大学、太原工业学院、忻州师院、吕梁高专、阳泉煤专等院校（见附件17）。改造与自制仪器解决了地方院校经费短缺、实验仪器数量不足与教学规模逐渐扩大的矛盾，同时又锻炼了师资队伍。

3．利用自制演示实验仪器、演示大厅和开放式演示走廊等，实现了大学物理随堂演示、集中演示、学生自主演示多形式的实践性教学环节。物理演示实验大厅还还起到了学校科技馆的作用，先后接纳3500人次的中小学生学习参观，是山西省科技馆“青少年科技创新与探索基地”的唯一挂牌高校。（见附件11）

4、网上教学资源为太原理工大学、太原科技大学、太原工业学院、中北大学、阳泉煤专等院校师生共享。资源的共享为教师提供了一个快速获取教学资料的门户，可以开眼界、启思路，促进了师资水平的提升，可以丰富教学内容、增 4

加教学手段、完善教学方法，促进了教学质量的提高；教学资源为学生的自主学习提供了条件和环境，学生自主选择，针对性强，积极性高，弥补了课堂教学不足，促进了学生自学能力培养。（见附件17）

5、老教授的示范教学录像和经验丰富的优秀教师编写的多媒体电子课件的应用有利于教学传承，在师资缺乏，青年教师缺少助课环节的情况下，这些资源弥补了这一不足。

6、建设的成果为地方工科院校提供了可借鉴的经验和思路。国内近百所院校教师来我系参观交流，。

教育部物理基础课程指导委员会华北地区协作组成员王云才教授于20xx年x月受邀在“全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会”就物理基础课优质教学资源的整合与建设作了大会邀请报告。

7、国家级教学名师、国家级教学成果特等奖获得者、北京交通大学王玉凤教授，原山西大学校长、中国科学院院士彭堃墀教授，教育部物理类专业教学指导分委员会委员、山东大学物理与微电子学院副院长张承琚教授，教育部基础物理课程教学指导分委员会委员、西北地区物理基础教育协作组副组长、西北工业大学出版社社长李恩普教授对建设成果给予了高度评价。（见附件16）。

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