王皓

    王皓，博士研究生/工学博士、教授

    主讲课程情况：大学物理，力学，物理实验，材料物理， 计算机模拟方法在物理学中的应用等

    教学手段开发、应用情况：

    三十多年来， 坚持从事大学物理教学的手段开发与应用性研究，针对本科生开展了从板书教学到多媒体教学和两者的融合，再到数字化、网络化教学与实物演示教学和双语新形态等教学改革，进行了诸多面的探索及应用实践，主要概括如下：

    （1）2000/2010年大学物理采用“多媒体教学”

    从推进多媒体教学手段在物理教学中的应用着手，积极推动大学物理和大学物理实验课程多媒体教学。上世纪九十年代末期开始探索多媒体教学手段，2000年大学物理课程成为我校首批全面实行多媒体教学的课程，经过十几年的教学应用与实践，我们不断探索、完善、创新这一先进的教学手段，同时积累了大量的多媒体教学资源。今后我们还要不断改革创新，充分发挥计算机多媒体技术和互联网络技术优势，优化教学环境，提高实验教学质量。

   （2）2003/2010年“多媒体无线电遥控教鞭”产品的研制与开发，应用课堂教学

    使用多媒体无线电遥控教鞭替代鼠标，可以使教师脱离局限性的电脑旁边，在教室的任何空间位置都可以对多媒体课件进行控制、调用、挂接、翻页、选择、播放等一系列功能的使用，使教师可以在授课的同时，观察学生的接受情况和听讲的态度，更方便、更直接、更有效的进行师生互动。

   （3）2006/2018年大学物理采用“演示教学”研究

    物理学的特殊性使得有一些现象只靠语言传授无法达到很好的教学效果，这就要求教师用实验和计算机模拟，对一些现象进行形象的描绘。使学生的头脑里有一个清晰、明确的概念。自制实验仪器设备和演示实验装置，开设实验课程，学生参与设计，这对于学生理解书本知识是不可缺少的一部分。

   （4）2006/2018年大学物理采用“传统板书与多媒体教学”研究，应用课堂教学

    有些数值的演算过程、计算原理、一些算法的实现，难于理解。需要教师逐步用板书进行板书推导，学生才会明白。一些实验现象，无法用板书和语言描绘，甚至一些无法用实验器材实现的内容，要借助多媒体教学进行模拟。我们将传统的板书和多媒体教学融合在一起，针对不同知识、不同的实验、不同原理，应用不同的教学方法及手段，以达到最好的教学目的。

    （5）2007/2010年“大学物理英汉双语”、“大学物理实验英汉双语”教学，现已编写成电子教程。

    双语教材和实验教材的出版，使同学们在学习物理知识的同时，也学到了物理专业方面的英语词汇。这相当于将“大学物理”与“物理专业英语”两门课程结合在一起，对于学生今后走向社会，到实地工作岗位工作，有不可取代的作用。

    （6）大学物理实验的开放式教学研究。

   为学生开设的实验，侧重点在于学生的自主动手能力，如设计性试验、演示与创新性试验等，并设立专门的实验室房间。针对于全校理工科学生开设的一门基础课，各专业的学生排课时间不同，所以做实验的时间也不同。进行大学物理实验开放式的研究，对教学内容的开放和实验室的开放。

实行开放式教学，是实验室建设和发展的必然趋势，为培养大学生自主创新能力提供了最适合的教学环境。

   （7）2015/2018年大学物理实行数字化、网络化教学。

    2015年学校为了全面开展课程改革引进了超星泛雅平台。大学物理课程积极参与学校课程立项，在泛雅平台上建立课程，上传教案、课件、习题、教学视频等资料，利用泛雅平台辅助大学物理教学。通过泛雅平台完成通知、点名、布置作业、测验、考核、综合训练等教学任务，学生可以轻松的电脑或手机APP上完成这些教学任务，既增加了师生之间的互动又提升了大学物理课程的教学效果。

   （8）引入竞赛促教学新机制。

    通过大学物理课程改革中设置综合训练项目和参加物理实验竞赛引导学生动手研制仪器，培养学生实践创新能力。先后组织了七届“物理知识与实验技能大奖赛”，全校 40 多个专业学科五千多名学生参加，有近 900 名学生获奖。选拔优秀学生参加“辽宁省大学物理实验竞赛”并取得优异成绩。近四届竞赛我校共获得一等奖5项，二等奖8项，三等奖8项，优秀奖4项。

    对毕业生就业统计发现，这些经过实践训练并在竞赛中获奖的学生大多都有较好的发展。如，2014年竞赛一等奖获得者刘岩鑫到德国莱布尼茨汉诺威大学留学，攻读物理学硕士学位，2015年竞赛一等奖获得者柴小鹏到考入中科院物理研究所攻读理论物理专业硕士，2010年竞赛三等奖获得者罗明坤被保送到我校采矿专业攻读硕士、博士。

   （9）深化理论与实验教学互动，建立一套促进实验教学与理论教学互动与融合的新模式。

    为了促进理论教学与实验教学更好互动，相互融合，项目组经多年研究与实践建立一套促进实验教学与理论教学互动与融合的新模式：通过大学物理课程改革立项中设置综合训练项目环节指导学生制作实验仪器，将所学理论应用于实践。将演示实验仪器搬到大学物理课堂，通过现场演示实验现象促进学生对理论知识的理解。加强教学互动，以理论指导实验，以实验促进理论的理解，实现理论联系实际。同时，物理实验中心为了深化理论和实验教学互动，安排高职称、高学历的理论教师投入到大学物理实验教学中，促进物理教学与实践教学更好的融合。

    教学内容更新及教学方法改革情况：

    一、教学内容更新

   （1）物理学思想提炼

    物理学思想是研究物质的运动形式、内在规律和物质基本结构的客观存在反映在人们意识中经过思维活动而产生的结果，其内涵包括了物理科学本身的发展建立、物理学家在物理实践过程中的整个思想轨迹、研究方法的形成过程，并蕴涵了丰富的哲学思想。物理学思想是学习物理过程而形成的符合物理体系、物理规律、物理逻辑和物理方法，是物理学知识、物理学能力以及科学、哲学、美学、艺术等方面的综合体。物理学思想既可以用来解决物理问题，也可以用来解决其他问题。随着科学技术的迅速发展，在各学科的交叉领域最容易获得突破性的成果，而物理学思想对这些突破具有决定性作用。为了培养出具有丰富物理学思想的大学生，研究物理学中蕴涵的物理学思想具有重要的现实意义。在物理教学中有目的、有计划、有步骤地渗透物理学思想的教育，使学习过物理的学生无论将来从事何种职业，都能用物理学思想方法指导实践并获得成功，是非常有意义也是非常必要的。

    物理学中所涉及的物理学思想非常丰富：守恒思想、转化思想、微元思想、极限思想、对称思想、数理结合思想等。

针对教学内容不仅靠教材，更要靠提炼物理思想，在人类认识和发展中很多领域都渗透着物理学思想。能量守恒是自然界最普遍、最重要的规律之一。从物理、化学到生活中各个领域，大到天体小到微粒，只要有能量转化就一定服从能量守恒。这一伟大思想贯穿于物理学习的整个过程。能量守恒的思想对人类的贡献非常巨大，科学史上由能量守恒而导出的发现不胜枚举；为了便于认知、研究，人们常抽象转化为具体、直观，化细微为显著，化整为零，化零为整，在教学内容上提炼出转化思想。在物理实验中把不能直接测出的或研究的问题转化为间接问题；生疏问题向熟悉问题转化；把隐蔽的内因转化为外部明显的表现等。转化思想是分析问题和解决问题的一个重要的基本思想。在研究刚体平面平行运动时，依据其运动特点，把刚体转化为平面图形的运动。普通物理实验中利用单摆对重力加速度的测量，用共鸣管对声速的测量等等。无论理论知识的教学还是学生实验，处理问题的方法都蕴涵了转化思想。

    物理学之所以重要，不仅在于它对客观世界的规律做出了深刻的揭示，而且因为它在发展过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系——物理学思想。物理学思想不仅对物理学本身有价值，而且对整个自然科学，乃至整个社会科学的发展都有着重要的意义，尤其在物理教学中更是具有重要意义。在提倡素质教育的今天，因为一个人在校所学的知识是极其有限的，很多知识都是在实践中所学的，所以科学的物理思想是理性思维的重要工具，对于提高人才素质会起到事半功倍的效果，只有将知识传授和思想方法熏陶融为一体，才有助于培养学生的创新意识，提高学生的创新能力。

    （2）物理学处理问题的分析方法归纳

    物理科学方法是人们在认识物理现象、建立物理概念与规律，分析解决物理问题乃至发展物理科学的过程中形成的科学行为模式。是人类认识世界的工具，是连接物理现象、事实、现有理论与物理学未知领域的桥梁，是解决科学问题的程序。由于物理学研究对象的基础性和广泛性，使物理学方法具有广泛的科学价值，对整个科学研究都具有普遍意义。

    教学内容讲解上我们拓展物理学处理问题的方法，诸如观察法、实验法、理想化方法、 数学方法、假说方法、对称、简洁的美学方法等。掌握物理科学方法既有助于开展科学研究，也有助于学习物理知识。观察和实验是探索、建立和验证理论的基础；理想化方法、数学方法是物理学成为精密定量科学的必要条件；假说方法是创建物理学理论的先导；美学方法追求形式美，以达到理论真。物理科学方法是科学素质的重要组成部分，物理科学方法教育是素质教育的重要内容。物理学方法教育与物理学知识教学不可分割的，必须充实教材中没有的内容。

    （3）大学物理学与现代科技

    现代科学技术的发展，使科学与生产的关系 越来越密切。科学技术作为生产力，越来越显示出巨大的作用。近代物理学的巨大进步相继推动了各个领域中高新技术的突破，其影响正持续深入和扩大，这些为近现代物理学所推动的高新科技的应用正不断地被扩大，为社会现代化进程的迅速推进起着不可估量的作用。物理学中现代科技的内容非常丰富，在学习物质时我们介绍纳米材料、讲能量守恒时介绍能源、学习共振时介绍火车提速的有关知识、讲引力时介绍人造地球卫星及应用、讲重力加速度时介绍重力勘探、讲电磁波时介绍微波炉、讲导体时介绍超导与磁悬浮列车、讲波时介绍医用超声波诊断仪、讲放射性时介绍 C ₁₄在考古中的应用等内容。

    （4）针对学生专业拓展物理学内容

    工科类院校的各个专业对学生的培养更加侧重于对科学知识的应用。我国已于2016 年6月2日成为国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》的第18个正式会员，这要求我们顺应时代的要求，培养出综合素质符合国际领先水平要求的工科专业毕业生。作为自然科学最基础的大学物理课程教学要求，则需要学生通过学习后，应该能够将大学物理知识用于解决复杂工程问题；能够应用大学物理的基本原理分析研究复杂工程问题并得到正确有效结论； 能够应用大学物理知识提出解决问题的方法或对解决问题途径进行预测或模拟；形成自主学习和终身学习意识，具有不断学习和适应发展的能力。学生应该从掌握知识提升为应用知识，对于学生综合能力的培养，要求物理的教学注重理论和实践结合，与学生具体专业结合，与学生专业课程体系结合。

    大学物理的热学部分教学重点就是能量守恒及转换定律和过程进行方向的规律，而传热学作为机械大类专业的一门重要学科课程，其主要研究的内容是能量传递与转换的基本规律、提高能量利用率。我们在液压与气压传动是机械动力传动中一种重要方式，是机械类人才需要掌握的重要技能和重点学习内容，该课程中涉及了流体力学的知识。这些专业基础知识与大学物理课程中内容有重叠， 需要在大学物理课程上进行专业特色优化与结合；我们在讲波动光学时，从讨论普通光源的发光机理出发，区分自发辐射和受激辐射，介绍激光是很好的相干光源，顺势导入机械中如何应用激光技术，如激光加工、热处理、焊接技术、打孔技术、切割技术等内容。

    二、教学方法改革

    （1）问题驱动教学法

    问题驱动式教学法是指依据教学目的和要求，由教师创设问题情境，以问题的提出、探究和解决来引导学生思考，激发学生的求知欲、创造欲和主体意识。问题驱动式教学法不像传统的教学那样先学习理论知识再解决实际问题，而是以问题为驱动力，以问题解决为主线，激发学生学习兴趣，培养学生解决问题的实践能力和创新能力。问题驱动式教学法强调以学生为主体，教师在教学过程中主要起引导促进作用．教师根据教学内容和要求，精心策划，准备问题，创设师生平等互动交流的教学环境，培养学生自主学习能力。

    我们采用问题驱动式教学法，紧紧围绕课堂教学内容，以激发学生的求知欲为中心，设计问题要基于学生的物理基础，遵循学生的认知过程。不能过于简单，也不能过于复杂。在教学中首先要以问题方式引入课堂教学内容；其次，设计问题链，循序渐进推进课堂教学；再次，设计应用问题，加强物理知识点的理解；最后，预留课后问题，引导学生课外学习。力求师生互动，激发学生兴趣，促使学生主动探索、积极思维，从而提高分析问题和解决问题的能力．

    （2）自然现象提炼物理学知识论文训练讨论法

    撰写论文能扩大本科生知识面，增强他们自主查阅科研文献的习惯，培养其书面表达能力，有利于提高学生的学术素质。平时注重论文写作训练，是实现研究型教学的一种重要方法，它对提高本科生创新能力、提高学位论文的质量有直接帮助。

    我们采用利用物理知识解释一些自然现象，物理知识学以致用。学生通过从自然现象中提炼物理知识，并开展小论文的撰写训练，可以加强对物理知识的记忆，培养学生活学活用的能力。自然现象中蕴含着丰富的物理知识，大部分的自然现象都可以用物理知识进行解释。设立训练题目有往热水瓶中罐开水时的二种变调声音、行驶中火车鸣笛的变调声、贝克汉姆香蕉球运动分析、“鱼洗”现象的物理解释、为什么晴天时看到远处的山是兰色，近处的山是绿色、为什么同是水蒸气又有白云和黑云之别等自然现象。

    通过物理知识，我们就可以解释一部分自然现象，加深对这一部分知识的理解与记忆能力，从而培 养出活学活用的能力，逐渐明白物理知识对于现实生活的重要性，最终满足各方面的提升需求。

    （3）应用网络“泛雅平台”开辟第二课堂研究法

    在互联网和新媒体高速发展的今天，如何使学生在新环境里对传统物理学保持足够的好奇和兴趣、如何提高物理课程的教学质量和效果，需要我们充分利用新技术和新媒体，在优化教学内容、改进教学手段和方法上不断进行探索和创新。

我们建设“泛雅平台”，是将其同传统课堂学习相结合形成混合式教学模式，突破教学的时空限制，有效发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。利用学校提供的泛雅平台，将教学设计及相关教学材料上传到平台上，实现资源共享，为学生提供课前预习、课后进行课程答疑解惑，及课外资源拓展，同时方便教师在课中出勤、同步训练及评价，通过多屏互动、课堂教学、大数据分析，提高课程学习效果、提高专业兴趣和加强与学生的沟通交流起到重要作用。

    （4）分组讨论与反转课堂教学法

   我们建立讨论式教学法，在教师的精心准备和指导下，为实现一定的教学目标，以小组或班级为单位，在教师与学生、学生与学生之间开展积极的讨论、争论甚至辩论，相互交流小组的观点或个人的看法，互相启发，以弄懂问题、解决问题的一种教学方法。我们还建立翻转课堂，是一种新型的教学组织形式，是将课内与课外的学习活动颠倒的教学模式，其实质是颠倒了知识传授与知识内化的顺序。这两种方法都充分体现学生作为学习过程主体的主动性，引导学生积极思考，能培养和提高学生独立分析和解决问题的能力，有利于培养学生的协作意识，有利培养创造性思维和批判性思维能力，有利于提高学生的口头表达能力。

    （5）课堂训练与互动教学法

    学生素质的养成重点在于日常的课堂训练，课堂训练可以使学生通过强化的训练逐渐内化自己的素质。学生实际解决问题的能力，是其长期解决问题的经验积累，而积累的开始则是穿插在课堂内的课堂训练。所以课堂训练是非常有必要的。我们在大学物理教学中，融入以训练学生具有一定的工程应用能力为目标的内容，培养学生的自主学习能力。教学中改革授课思路和过程，在大学物理教学中引入工程物理案例，并指导学生研究侧重工程应用的课题，通过课题的完成过程，学生体会到物理基础课的重要性，训练了学生实际应用能力。

    （6）演示教具制作促进教学法

    我们非常重视演示实验在物理教学中的重要地位，其所具有的教学功能的特殊性是其它教学手段无法比拟的。自制教具、仪器设备和装置，是一种富有创意的科技活动，开发、制作物理演示实验，既能有效地提升课堂教学效果，也能激发学生的求知欲，提高学生的实验素养。教师和学生根据所学物理原理，利用身边的废旧物品或小玩具，尝试做一些小实验设计或作品，来探索物理的奥秘。

承担教学改革项目情况：