探索物理基础课程教学新模式

  在河南省物理实验教学示范中心的实验室里,河南理工大学物理与电子信息学院电子信息工程专业的大二学生正带领团队调试着自主设计的毫米波天线。“通过物理课上的电磁波传播案例,我们创新性地将金属网格结构应用到天线设计中,实现了增益的有效提升!”这个源于课程实践的创新项目,正是河南理工大学物理与电子信息学院物理基础课程教学改革成效的生动注脚。

  面对新工科建设对复合型人才培养的新要求,河南理工大学物理与电子信息学院自2023年起启动物理基础课程体系重构工程,以电子信息工程专业物理基础课程教学为试点,推出“模块化知识体系+工程案例库”的教学新模式。经过两年实践,学生工程实践能力显著提升,涌现出数十项各类学生竞赛国家级别获奖项目和实用新型专利,进而凝练成产学合作协同育人的优秀案例。

  设计模块化知识体系

  让物理课成为专业“充电桩”

  走进重新设计的“大学物理”课堂,传统按部就班的章节体系已被打破。课程负责人教授李明解释了电子信息工程专业“大学物理(下)”课程“电磁学”部分教学内容的模块化设计:“我们将教学内容重构为‘基础夯实’和‘能力跃升’两大模块,‘基础夯实’模块具备麦克斯韦方程组等核心知识,‘能力跃升’模块则对接专业需求设置5个专题。”这些模块的设计可以帮助学生更好地理解物理知识在专业中的应用,进而提升学生专业素养和实践能力。

  另外,在“近代物理”部分,教学团队还创新性地开发了“知识芯片”——将半导体物理、量子隧穿效应等知识点封装成独立单元,结合具体实验项目开展教学。在学习半导体晶体管的工作原理时,学生通过虚拟仿真平台,实时观测掺杂浓度对元件参数的影响。这种“学完就上手”的模式,使抽象理论变得触手可及。

  “过去学一些物理知识的时候,总觉得是纸上谈兵,现在通过模块化学习,如‘半导体物理学’中的PN结专题,我能清楚解释手机快充时芯片的热损耗问题。”获得“大唐杯”全国大学生新一代信息通信技术大赛二等奖的学生表示。数据显示,采用模块化知识体系教学后,学生物理课程与专业课的知识迁移效率提升30%,毕业设计中物理知识应用率从20%跃升至40%

  工程案例库驱动

  把工程现场搬进课堂

  学院新建的工程案例库——“百例工程库”中包含近百个真实项目,每个案例都经过企业工程师和教师的双重打磨。比如,在讲解光电效应时,配套的“光伏电站发电效率检测”案例就来自合作企业的新需求。

  “上周我们刚完成激光雷达系统的噪声分析项目。”正在准备中国国际大学生创新大赛的团队负责人展示着实验日志,“我们通过分析案例库中车载激光雷达的相关测试数据和团队的实测数据,精确计算出了温度漂移对车载激光雷达的影响值。”这种“真题真做”的实践,使团队提出的补偿算法具有广阔的市场应用前景。

  实施多维评价

  让创新能力“看得见、摸得着”

  在最近举行的课程项目答辩会上,评委席出现了学院邀请的企业导师的身影。这源于改革推行的“三元评价”体系,即基础知识考核占比40%,工程实践能力考核占比35%,创新思维考核占比25%。在课程项目考核中,学生不仅要完成理论推导,还要能设计、实施相关实践内容,并撰写实验报告。这种过程性评价使越来越多学生的创新能力显著提升。

  物理基础课程教学改革还催生了新的“物理+X”创新团队。在学院组织的“光电协会”中,出现了越来越多的物理、电子、电气、机械等专业学生跨界组队,开展“物理+X”项目研究,这种跨学科培养模式,使学生在全国大学生电子设计竞赛等赛事中的获奖数同比翻番。

  发挥辐射效应

  从课堂变革到生态重构

  随着改革深化,电子信息工程专业物理基础课程教学案例库越来越充实,同时,学院正在筹建虚拟教研室,力争邀请其他高校参与共建共享案例资源。在学院物理基础课程教学成果研讨会上,与会专家评价:“这种将物理基础与工程实践深度融合的模式,为新工科建设提供了宝贵经验。”随着教学改革的推进,该模式将逐步扩大专业试点,预计未来每年将惠及全校所有学习物理基础课程的学生。