工科物理论文范文第1篇

一计算机仿真的必要性

计算机仿真在理工科本科毕业论文中的应用是必要的，是由理工科的学科特点决定的。理工科知识的学习以高等数学、专业英语和基本的计算机语言等专业知识为基础，专业知识根据理工科学科特点的不同而有所不同，课本知识都有一个共同点，那就是理论性都比较强，以电磁场理论这门课程为例，课程的基础课程是高等数学、大学物理学，学完这两门课程，打下一个基础才能学习电磁场理论这门课程，电磁场理论也是基于数学理论知识开始学习的，在课程的第一章一般要介绍一些数学基本知识梯度、散度和旋度的基本概念，有了这些概念为基础，将电磁学知识按照数学思路进行展开，研究电场、磁场的梯度、散度和旋度，以及所表现出来的各种电磁特性，学生在学习的过程中，如果数学知识打得不是很牢固，那么学习电磁场理论这门课程就比较困难，如何破解这个难题，将计算机仿真应用其中是将抽象的理论课程变成可视化过程的方法之一。理工课程的这一特点也直接反映到本科生毕业论文上面，本科毕业论文就是在所学习基本知识基础上开展科学研究的，而计算机仿真能够很好地拓展现有基本知识，并且可以验证你手工完成的计算结果，为你提供了一个后台检查工具，同时可将抽象的难懂的物理概念变得可视化，也可将无法实现的动态物理现象展现出来，因此计算机仿真在本科毕业论文的应用就有一定的必要性。

二几种典型的计算机仿真软件

以电子信息、光学工程和通讯工程为例介绍几种典型的计算机仿真软件。

（一）MATLAB语言编程。MATLAB语言是科学工程中一个广泛使用的计算工具，是理工科学生应用最为广泛的计算机编程语言。MATLAB是MatrixLaboratory(矩阵实验室）的缩写，20世纪80年代初，MATLAB的创始人CleveMoler博士在美国NewMexico大学讲授线性代数时，发现采用高级编程语言编写程序很不方便，为了减轻学生编程的负担，他构思开发了MATLAB软件[8]，经过不断发展，MATLAB已经成为国际上最流行的编程软件之一。MATLAB语言以数学矩阵为基本编程单元，编程语言简单，具有强大的图形表达功能，还可以提供许多面向应用问题求解的工具箱函数，并且具有强有力的系统仿真功能，MATLAB还可以与其他计算软件进行很好的兼容。根据中国知网统计数据，以MATLAB与主题关键词的有2976篇，以MATLAB仿真为主题关键词的有1756篇，以MATLAB/Simulink为主题关键词的有749篇。上面是在文章题目中含有MATLAB字句的检索结果，还有论文中应用MATLAB编程的没有统计在内，可见用MATLAB语言编程进行论文写作是大家常采用的一种科研方法。

（二）CST三维电磁仿真软件。CST电磁仿真软件是德国CST股份有限公司设计的，CST软件主要应用于电磁兼容、天线/RCS、核磁共振、超构材料以及高压配电等领域[9]。CST现在被广泛应用于各个领域，CST也是科研工作者最喜欢应用的一款电磁计算软件，据中国知网的数据显示，以CST为主题检索词的文章有919篇，可见CST也是科研工作者最常用的一种计算机仿真软件。

（三）COMSOL多物理场耦合分析计算软件。COMSOLAB公司是在瑞典的斯德哥尔摩成立，COMSOL软件是一款基于全新的有限元理论、直接针对偏微分方程为研究对象的大型数值仿真软件，可直接实现任意多模物理场、直接、双向、实时耦合，在全球领先的数值仿真中得到了广泛应用。在全球各高校中COMSOL软件已经成为教授有限元分析和多模物理场耦合分析的标准工具。通用电气、法国太阳能研发中心、日本丰田/本田汽车公司等国际知名公司都在使用这款软件进行产品研发[10]。上面介绍了三种典型的理工科所用计算软件，这些计算软件都是基于数学的基本原理，将应用到各个领域，也被科研工作者广泛应用于数值仿真当中，作为理工科本科毕业论文中也可以广泛的应用这些软件解决所学知识，拓展所学知识，将有效提升本科毕业论文的质量，更好得与社会需要接轨。

三计算机仿真在理工科本科毕业论文中应用措施

以本校电子信息、光学工程学科等为例介绍计算机仿真在理工科本科毕业论文中应用措施。

（一）教师将计算机仿真方法传授给学生。作者将CST三维电磁仿真软件教授给学生，为了做好毕业论文，作者对所带学生进行了CST软件使用操作，并给学生布置了模拟已的作业，学生通过CST软件练习，逐步掌握了CST的使用，也基本熟知了太赫兹超构材料基本结构的设计原理的流程，基本都能够独立的设计出自己的模型。在作者的指导下，学生做本科毕业论文设计了太赫兹生物传感器模型，并对所设计模型进行了多种参数的计算机仿真，并结合origin软件，通过改变四个微纳金属结构的旋转角度、位置对其仿真数据进行了分析，并进一步研究了微流通道的通道高度、覆盖层和基底不同材料对灵敏度的影响。通过数据的对比分析，最终能够实现太赫兹超材料生物传感器的灵敏度为0.0936THz/RIU。这个传授过程是根据学生的兴趣展开的，可以个别传授，也可以集体传授，需要教师有耐心，花费时间，否则学生很难在短时间内掌握熟练，并加以应用。

（二）应用计算机仿真软件延伸课本教学内容做毕业论文。针对所学电磁场理论知识中电偶极子近似场分析，课本知识中二项式展开只展开到第二项，后面的各项都忽略不计了，教师在课堂上启发学生，如果计算的后三项、四项等多项，理论上如何解释，用计算机仿真如何描述不同项数场强变化情况。在指导教师的启发下，学生以“电偶极子二项式展开的近似场解分析”为自己的研究课题作为毕业论文的研究内容,从理论上推导了多项展开项，并且应用MATLAB语言数值仿真了角度不同时，展开项数与电磁场强度的变化关系图，分析了远场解与场强多项式近似解的误差程度[11]。研究的结论延展了课本知识，同时对课本知识用MATLAB编程的方法对知识进行验证。

工科物理论文范文第2篇

1.工科类毕业设计的特征一般来说，工科学生的毕业作业偏重于解决工程技术问题，而被称作毕业设计，其实质是一个模拟现实工程的过程。高等教育人才培养中工科毕业设计的目的主要有以下三项：第一，培养大学生严谨地进行科学实验研究的态度；第二，鼓励大学生积极投身科学实践研究，大胆运用所学知识科学的进行实践设计与研究，勇于实践、勇于探索；第三，培养运用所学知识的能力，做到学有所用，在毕业设计中要善于运用所学之知识解决遇到的实际问题，使学生在毕业设计中获得从事本专业工程技术人员必须的专业能力。毕业设计不同于毕业论文，一般包括毕业论文，还包括一些与课题相关的设计图纸，实验设计、实物制作、外文翻译、文献综述、开题报告等内容。以“机械类相关专业毕业设计”举例，2004年以前毕业设计内容一般为：设计图纸+说明书（即毕业论文）；2005年以后国家相关部门提出新的要求，结合生产实践需要加入了三维设计、模拟仿真及程序分析研究。其中包括：毕业设计图纸+开题报告+任务书+实习报告+说明书正文（即毕业论文）。从上述的培养目的和国家相关要求中不难看出工科类毕业设计必须具有实际性和可操作性，需要在前期做大量的实验来解决具体的问题，这就需要消耗相当长的时间和精力，并且要在整个过程中将所学知识融会贯通。

2.工科类毕业设计存在的问题当前大部分学校都把毕业设计放在第八学期进行，而此时正是大四学生找工作、参加企业面试，复习考研的阶段，在现今的就业压力下，学生一定不会将大部分的精力放在毕业设计的完成上，用人单位为了考察所招聘学生的个人素质和能力，一般都会要求签约学生提前到单位实习，实习时间一般都会与毕业设计时间相冲突。但是要正常毕业拿到文凭又必须拿到该项学分，这就使得学生大部分只进行简单的实验甚至根本不进行实验直接采取复制、粘贴，东拼西凑的方式仅完成一篇毕业论文应付了事。另外，随着高等院校的大幅扩招导致学生数量剧增，造成了师资力量的严重不足，出现了一个指导教师指导数名毕业生的情况，这就使得指导教师选题时需要提出多个毕业设计题目，导致题目与实际脱离，超出专业要求范围等问题。表1，表2分别是某高校安全工程专业五年内的毕业设计题目性质和题目来源统计表。从表中统计数据也可以看出，虽然每年都会有一部分与科研和生产实际相结合的工程设计类、技术科学研究和工程技术研究类、软件开发类的毕业论文（设计）题目，但是理论研究类题目的数量依然占据较大的比重，在毕业论文（设计）选题方面存在着与生产实践脱节，创新能力不足等诸多问题。

二、高校工科类毕业设计质量关口前移管理方式

基于质量管理八项原则对高校毕业设计（论文）管理探讨，提出了以学生为关注焦点，关口前移，提出提高题目质量和指导水平的新方式；基于事实决策，持续改进，完善现有质量监控体系；全过程质量管理，预防为主，构建毕业设计质量保障体系三种管理方式，本研究即是对第一种管理方式的进一步拓展和实践应用，包括毕业设计时间前移及毕业设计形式多样两方面展开具体讨论。

1.毕业设计时间前移本科生毕业设计时间前移是指在完成基础课程和相关专业课程的基础上，利用学校及学院的实验和科研条件，让本科生提前进入实验室，由学生本人主导并依据自己兴趣在相关指导教师的指导下直接参与科研项目及各种科研活动，并提出毕业设计的整体思路和题目。这种方式不仅体现了“以学生的关注为焦点”的基本原则，还在很大程度上避免了在第七学期末由指导教师集中出题所出现的题目质量不高，题目与科研脱离的问题。毕业设计提前的时间不宜过早，过早会导致学生没有足够的基础知识储备，难以完成相对复杂的实验和实践过程。经过对某高校安全工程专业教学大纲及专业课程体系的研究，本科生提前进行毕业设计的时间宜从大三结束的暑假开始。在大三年级结束时，安全工程专业的学生已经完成了高等数学、线性代数、普通物理、物理实验、大学英语、大学计算机基础等公共基础课的学习，大部分学生已经通过了计算机等级考试和英语的等级考试，已经具备了初步的理论知识、计算机能力和英文水平；完成了组织行为学、系统分析与安全系统工程、质量安全管理与ISO9000族标准、职业健康与环境管理体系、安全风险管理原理等学科基础与专业基础课的学习，具备了安全工程专业所要求的基本的理论知识；完成了安全心理学及测试实验、安全管理学及实验、认知实习和金工实习等实践实习科目的学习，具备了安全工程专业所要求的基本的实验技能。在具备这些基本的知识技能后，本科生已经拥有初步的论文写作的能力。在此时尽早的进行毕业设计的相关工作，可以使传统上一个学期就要完成的工作扩展到包含有寒暑假的一年之内，时间上有了充分的保证。另外，在第七学期的专业课选课及学习过程中也会更加有针对性，学生可以带着相关课题进行课程的学习，提高学习效率，加深对课程的理解。另外由于提前进行毕业设计，指导教师与学生接触交流的机会增多，指导教师可以更系统全面的掌握学生毕业设计的总体情况，更有效的对症下药指导学生完成毕业设计。这样，通过半年的工作和学习，在最后一个学期前，包括文献查阅、实验、调研等毕业设计的大部分工作已经完成，在第八学期，毕业生只需要对前期的工作进行总结就可以顺利的完成论文的撰写工作，参加毕业答辩，有效地缓解找工作与论文撰写的时间冲突的问题，顺利毕业进入工作岗位。

2.毕业设计形式的多样化

（1）毕业设计选题形式多样化传统的毕业设计步骤一般分为指导教师提出题目，毕业生选择指导教师和论文题目，指导教师指导学生完成毕业设计三步。基本上只是指导教师和学生之间的互动，独立于学校、院系、企业等各方，致使一部分毕业设计的题目仅仅具有理论依据，脱离实际需要。在毕业设计的时间关口提前后，毕业生会有充足的时间可以提前进入实验室参与指导教师的课题研究，参加各类专业竞赛及实践活动，完成在企业中的实习。在这些活动和研究中学生可以发挥所长，充分发挥自己的主观能动性，发现自己的兴趣，从而在指导教师的指引下确定自己的毕业设计题目。目前，选题形式主要有以下几种：与指导教师科研项目相结合。目前，高等院校的许多指导教师会与校外企业合作，有自己的科研项目。这些研究大都代表着生产力的发展方向，具有很强的实际意义。学生以此类科研项目为依托，在研究中发现研究方向提出毕业论文题目，不仅可以与生产实际相结合，还能更早的了解企业要求，为以后的尽快融入工作打下基础。以各类专业技术竞赛，科技创新大赛，创新创业大赛为基础进行选题。大学院校应该尽可能提供条件鼓励学生参与到各类比赛中去，并使毕业设计与竞赛接轨。在大赛中学生发激发自己的创作热情，完成作品，从而提高毕业设计的实际效果。与学生择业就业相结合。一部分学生在大三的时候就有自己的就业目标，院校应该鼓励这些学生了解目标单位的实际生产和科研情况，提供条件让学生参与到该企业的科研项目中去，并在指导教师的指导下确定毕业设计题目。该模式可以最大程度的激发学生的主观能动性。高校学生在上述三种模式下分别接受学校、企业和导师的共同指导和管理。符合《国家中长期教育改革和发展纲要》中指出的“注重知行统一，坚持教育教学与生产劳动、社会实践相结合。”通过上述模式培养出的学生，创新能力和实践操作能力同步提升，就业能力和意识得到加强，可以更快更好的适应就业时的激烈竞争。

（2）毕业设计答辩形式多样化根据2004年修订的《中华人民共和国学位条例》条的规定“高等学校本科毕业生，成绩优良，达到下述学术水平者，授予学士学位：较好地掌握本门学科的基础理论、专门知识和基本技能；具有从事科学研究工作或担负专门技术工作的初步能力。”由此可见，毕业设计答辩通过已经不再是代表毕业生专业水平达到毕业标准的唯一方式，通过其他的方式同样可以证明毕业生掌握了本学科的基础理论、专门知识和基本技能，具有从事科研工作或担任专门技术工作的初步能力，从而获得学士学位。在毕业设计时间关口提前和选题形式多样化的前提下，学生更可能用自己擅长的方式取得专业相关的成果来证明自己的专业学习水平达到培养目标的要求，如学生在校期间，在公开出版的报刊或国际会议上发表由本人单独署名（或本人是第一作者）与本专业相关的学术论文；以科研作品形式（论文或设计）参加与本专业相关的部级或省级学生竞赛并获三等奖以上；学生申报并获准立项的部级或省级大学生创新创业项目，并通过结题验收的科研作品；获得国家专利部门授权批准的与专业相关的专利等。获得以上成绩的学生可以向学院申请用其在校期间所获得的相关成果替代毕业设计，一旦申请获得通过毕业生获得学位就可以免去毕业论文书写及答辩的步骤。多样化毕业设计答辩形式的实施，可以更好的调动学生的积极性，让学生对自己的未来规划更明确，及早的进行有目的、有针对性的准备，为高校毕业生适应激烈的就业市场的竞争节约了时间和人力成本。

三、小结

工科物理论文范文第3篇

关键词：大学物理；多元化；教学改革

1大学物理的地位以及教学现状

物理学是一门用于研究各种物质结构与物理运动变化规律的基础学科，其基础理论渗透到自然学科的各个领域[1-2]．它的各种基础概念对培养学生独立分析问题能力、解决实际问题能力、自主创新意识等各个方面具有十分重要的指导性作用．然而，随着高校的扩招和专业课程门数的增多，工科院校的大学物理课程教学存在一系列问题．为了寻找到一种适合当前时代形势下的大学物理教学方式和教学手段，结合当前的实际教学情况，分析地方类工科院校大学物理教学中存在的问题．

1.1不被重视，学时少

许多地方类工科院校对大学物理学科的重视程度较低．教育部规定大学物理教学学时不少于144，不同学校授课学时参差不齐，有的学校只有64学时，而河南工学院大学物理上册48学时，下册32学时，严重限制了大学物理授课的系统性．课本知识教师难讲，学生接受起来也困难，更谈不上学生领略物理的奥妙，从而达不到好的教学效果．

1.2课堂效率低

学生上课的听课效率普遍较低，课堂上曾出现说话、打瞌睡、玩手机、逃课等现象．学习态度不积极、不主动．产生这种现象的原因有2个：（1）课时少，教师没有过多时间生动有趣地引导学生去学习；从学生的角度来看，整节课都需要注意力集中去听课，导致学生集中注意力时间短，容易走神；（2）近年来高校扩招，一部分学生高中知识掌握得不牢固，而大学物理逻辑思维性强，授课中解决问题采用的工具是高等数学，这就造成很大一部分学生在学习上容易受挫，加上上课时间紧，没有过多时间消化学过的知识，累积越多，越提不起学习的劲头，从而出现恶性循环．

1.3内容抽象

大学物理作为基础学科，逻辑性强，内容抽象，公式繁多，并且系统性比较强．如果学时紧张，授课内容章节过多，教师只能采用传统的教学模式，满节课板书加讲解的方式授课，学生难免会产生枯燥难学的思维定式．并且这种情形下的授课，教师起主导地位，学生被迫学习，不能很好地激发学生学习的主观能动性．

1.4考核方式单一

目前，一些大学对于物理的考核模式还是单纯的考试，单一的评价和考核模式，无法很好地激发和培养学生对于物理的学习兴趣．为了有效地提高课堂教学的效果，全面培养和提升学生自主学习的积极性和能动性，改变目前的教学现状，大学物理教学的改革势在必行．

2多元化课堂教学改革

课堂是学生自主参与学习的第一场所，为了能够营造良好的物理课堂环境和氛围，精心地梳理有关物理知识，与多样化的教学手段相结合，多方位地令枯燥难懂的物理知识更加形象生动、浅显易懂地展示在学生面前，使学生处于主体地位，激发学生的自主性和学习兴趣，活跃课堂氛围，提升课堂教学的效果．

2.1有趣的物理学历史资料和名人传记的穿插

物理学的发展必定是与社会需要紧密联系的，在进行物理知识讲授的过程中，寻找合适的知识点，恰当地穿插一些物理专业中的名人传记[3-6]、物理故事，不但可以拓展学生的视野和知识面，而且能够促进学生更好地掌握物理的概念、物理史框架、物理思维和研究方法等都具有很好的帮助和指导作用．例如：2020—2021学年第2学期所开设的大学物理课程着重学习电磁学内容，在讲到电生磁这一章节时，就可以穿插丹麦物理学家汉斯•奥斯特发现了电流磁效应的传奇故事，告诉学生：一切的发展机遇只偏爱于有充分准备的人；讲到电流元可以在空间产生磁场时，穿插法国物理学家毕奥和萨伐尔与法国数学家拉普拉斯合作的故事，告诉学生：知识没有界限，学科间有很多是相通的，技多不压人，现在学习的每样知识都会有用处的；当讲到电磁感应时，可以介绍法拉第对电磁感应定律的重大贡献、麦克斯韦对麦克斯韦方程组基础理论的研究总结，对电磁波的科学预言等．这样的教学模式，增强了课堂教学的趣味性，不但能够充分激发学生的课堂学习兴趣，提高学生课堂上的专注力，而且还可以随时端正学生对待学习的态度，树立正确的学习观、人生观和世界观．

2.2丰富的多媒体教学平台

随着科技的发展，教学的硬件条件逐渐完善起来，多媒体教学在教学中充当了重要的角色[7-8]．课堂上多媒体简单的课件播放仅仅是代替了黑板书写，和传统的授课模式没太大区别，多媒体教学的作用没有发挥出来．可以从2个方面合理利用多媒体平台，首先，物理和人们日常生活以及科技前沿联系密切，因此，在教学中，找准适当的切入点，恰当地穿插演示实验的图片、动画、影视及科技小视频，视觉听觉的冲击会带动学生的情绪，跟随教师进入授课内容．例如：在讲到力学部分时，有关动量守恒定律的内容，可以下载有关火箭发射的小视频；角动量守恒定律时，就播放一些运动员跳水、花样滑冰、陀螺仪动画等片段；有关万有引力的内容时，可以适当地播放一些宇航员和飞船在太空中遨游的图片、视频等．这些动画的播放不但可以减轻学生课堂的疲劳感，而且能开阔学生的视野，拓展他们的知识面．穿插思政元素，潜移默化地对学生进行爱国主义教育．其次，合理运用多媒体网络教学平台[9-10]．例如：雨课堂、学习通等先进的网络学习平台，采用线上线下翻转课堂的教学模式等．线下发放上课资料，学生提前预习带着问题上课．课中，让学生参与线上讨论、抢答、练习等环节去探寻解决问题的方法，让学生从被动变主动学习，培养学生分析和解决问题的综合能力．课下，利用线上互动平台，完成有挑战度的科技前沿开放性问题和习题，达到拓展提高创新能力．课前准备预习、课后扩充延伸及线上、线下等各个教学环节设计，充分调动了学生的课程参与度和积极性，提高了教学效果．

2.3多元化的课程授课计划

大学物理作为工科类高校的一门基础公共课，一直以来采用统一的课程方案，统一的教学内容．然而，不同专业的学生，他们所学专业的教育侧重点也不同，所运用到的理论知识思考问题的方式不同，未来从事的领域也是不同的；另一个方面，由于近年来高校扩招，每个专业学生的基础良莠不齐，因此，按照学科专业分开制定物理学教学计划，非常有必要．例如：对于机械系的学生，牵涉最多的就是力学部分，包括动力学、运动学、刚体的定轴转动以及机械振动与波；而机械自动化方向，还与电学、电磁学内容相关；对于汽车工程专业的学生，对于动力学、热学、光学、电学等方面的内容都有所涉及，但是有些专业偏重点主要是动力学；对于电器类专业的学生，主要偏重于电磁场知识的掌握，在授课内容方面侧重点在如何运用电磁感应、涡电流等相关知识，学会分析电磁炉、核磁共振等各种仪器的具体工作原理；对于计算机专业的学生则偏重电磁学、光学等知识．先调研清楚不同专业针对大学物理知识掌握的侧重点，结合不同学科的特色以及不同学生的基本素质，制定不同的授课计划．大学物理教学内容与不同类型学生所掌握的专业性相结合，可以从另外一个侧面有效地对学生进行专业性的熏陶，让他们对自己所掌握的专业更感兴趣．

2.4多元化的课程考核方式

为充分考评学生各个方面的综合素质，提高学生的自主学习积极性，体现考核内容的多样性与挑战度[11]，采取了过程化的考核方式．期末学生卷面考试成绩权重占60%，过程化考核方式成绩权重占40%，其中40%包括课前内容预习10%，课中随堂练习10%，课中分组讨论问题10%，抢答问题10%，配合教师完成演示教学，鼓励学生讲清一个知识点等其它课堂活动10%，考勤10%，课后作业20%，单元测试20%．这样的评价模式有利于提高学生自学能力，更加注重了平时在校的学习过程，注重对知识点的理解、应用与创新．有利于提高学生的自主创新能力，改善教学效果．而针对科学研究、工程创新有兴趣的学生，则引入项目引导式考核，通过完成创新性项目，以大作业论文的形式来充分考察学生的自主学习以及探索创新能力．进行过程化考核，形成全方位考核方案，实现全面发展的育人目标．

3结语

本文结合河南工学院大学物理课程授课情况，分析了目前的教学现状，提出了地方工科院校大学物理课堂教学的改革，并把相应的课堂改革应用到平时的授课中．经过教学实践，教师普遍反映学生上课的积极性提高了，学生也觉得课堂生动有趣了，为后续不同专业课的学习打下良好的基础．

参考文献：

[1]张三慧．大学物理[M]．4版．北京：清华大学出版社，2019．

[2]马文蔚．物理学[M]．7版．北京：高等教育出版社，2020．

[3]郭奕玲．物理学史[M]．2版．北京：清华大学出版社，2005．

[4]王小平，王丽军，寇志起．物理学史与物理学方法论[M]．北京：机械工业出版社，2019．

工科物理论文范文第4篇

关键词:新工科；材料工程基础；课程改革

1前言

当前，世界经济和产业格局正在经历大调整、大变革和大发展的新历史时期。一方面，全球金融危机的影响导致经济增长步伐缓慢，发展的不确定因素增多；另一方面，全球新一轮科技革命和产业变革酝酿新突破，特别是新一代信息技术与制造业深度融合，加上新能源、新材料、生物技术等方面的突破，正在引发影响深远的产业变革。因此，各国都纷纷制定相关政策加以应对。美国提出将互联网、高级计算机等应用于工业生产中；德国政府则提出充分利用物联信息技术将工业化生产中的多个复杂工程问题进行有效融合，从而达到快速、便捷的目标；而中国政府提出“互联网+”、“一带一路”倡议等重要决策，预示着我国工业产业技术将从低端人工化走向高端智能化、从依赖进口到自主创新。面对全球产业竞争局面的变化和抢占未来产业竞争制高点的新挑战，我们必须前瞻布局、主动应对，在新一轮全球竞争格局中赢得主动权。因此，在知识经济、新一轮科技和产业革命快速发展的局势下，传统的工科教育在很大程度上已经无法满足当前经济和科技的发展需求，国家亟须建设新技术和发展新工科。为此，自2017年2月以来，教育部力推新工科建设，相继促成“复旦共识”“天大行动”以及“北京指南”的问世，构成了新工科建设的“三部曲”，拉开了人才培养改革的新篇章，促使全国高校在工程教育领域掀起了一场教学模式的改革风暴。我国要想在世界高等工程教育中占据一席之地，就要始终坚持走创新之路，在“空白区”勇往直前、开拓创新，以技术创新及颠覆构筑先发优势，切实提升我国新工科在国际中的影响力和学科竞争力[1]。当前，许多高校均存在一个显著的共性问题：办学现状与行业、产业需求不相适应。具体表现为：首先，人才培养特色不明显，许多进入工程岗位的毕业生能力不足。其次，学科基础过于薄弱，协同创新与服务社会能力不足。最后，课程体系与教学模式、知识体系建设不完善[2]。因此，新工科建设为高校的发展指明了方向，即要求高校以产业需要为导向，定位相应的卓越工程人才培养目标，构建以成果为导向的本科教育新模式，这对工程教育质量的提高、助推经济转型升级、应对未来新技术和新产业竞争都具有重要的现实意义，为把我国建设成为引领世界制造业发展的制造强国做出重大贡献。

2新工科背景下材料工程基础课程教学面临的挑战

材料工程基础是材料学科的一个重要组成部分，主要介绍了各种材料的共性规律及金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料的个性特点和多种组分复合体系的基本特征[3]。随着新材料和新技术的不断发展，人们对材料的组成、结构与性能之间关系的研究不断深入，加之测试表征技术的迅猛发展，科研工作者对材料的内部结构与性能的关系也有了更深层次的了解。材料工程基础着重研究以物质结构为基础，阐述原子结构、原子间相互作用和结合的方式，与材料内部和表面原子的空间排列状态、聚集态结构及变化规律之间的相互关系，阐明了在应力、热、电、光、磁、化学介质、氧等外界因素的作用下，各类材料所表现出来的宏观性质及内部结构的变化规律。此外，还学习材料的制备原理和主要方法。因此，在材料类相关专业中，材料工程基础作为一门专业基础课，越来越受到大家的重视。该课程可以提升学生的理论水平和分析问题的能力。因此，材料工程基础课程建设对材料学科发展具有重要的作用。苏州科技大学材料科学与工程学院是新成立的学院，学院瞄准材料科学与工程前沿，紧密结合国家重大战略需求，注重学科交叉，致力于培养具有广阔视野、坚实理论基础、较强创新能力的高素质人才。因此，为响应国家新工科政策的号召，为国家培养高素质人才，对材料工程基础进行课程改革刻不容缓。

2.1教学内容亟待改革

材料工程基础是材料专业学生的专业基础课，起着联系材料基础类课程与材料设计和应用类课程的纽带作用，在培养学生综合设计能力、产品质量检测和工程实践能力方面占有重要地位。该课程主要以材料组成与物质结构的内在联系为基础，还包括各类材料的加工行为和主要加工方法。单独来看，材料工程基础存在“内容多，难度大，学时少”的现状，如何保质保量地完成教学大纲要求，是任课教师必须面对的问题。然而，材料工程基础的部分内容与材料科学基础、材料物理性能等课程的部分章节存在交叉，因此，难免会出现重复讲授的现象。例如，这三门课程均涉及晶体结构、晶体缺陷方面的内容。教学内容的交叉反映了这几门课程在基础知识和理论方面存在较大关联，但重复教学一方面会造成课时浪费，另一方面会使得学生产生厌学情绪，导致教学效果不理想。此外，该课程部分章节内容比较难理解，会导致学生丧失学习兴趣，大大降低教学质量。因此，必须对教学内容进行改革。

2.2教学方法改革

传统的理论教学主要还是以板书、多媒体课件为主，其优点是便于学生理解理论公式的推导过程。然而，对于一些抽象晶体结构模型的讲解则显得较为困难。此外，在课堂上往往是“教师讲、学生听”的教学模式，教师对学生的知识掌握程度无法做到实时监督，无法给出客观正确的评价。现代教学并不是一个“教师教、学生学”的单一过程，而是以学生为主体、以教师为主导，师生共同参与的过程。同时，材料类专业是实践性很强的专业，理论教学的同时往往与实践相脱离，根本无法达到开设该门专业基础课的目的。在这样的教学模式下，学生把主要精力都集中在专业理论知识的学习上，通过死记硬背知识点来应对课程的考试，从而忽视了对实践应用技能的锻炼，导致不会灵活运用理论知识来解决实际问题，这与新工科背景下的培养目标并不一致。因此，为了响应新工科政策的号召，我们须对“讲授式”教学模式进行必要的改革[4]。

2.3考核方式改革

在课程考核方面，依然延续着传统的闭卷考试模式，学生的课程成绩主要由期末考试卷面成绩和平时成绩按一定比例组成，考试只是对该课程所学的总结，无法客观评价学生学习和对课程的实际掌握情况，而平时成绩与教学环节设置和课堂教学情况有关，难以给出合理的评价标准。此外，期末考试往往只侧重于对学生的理论水平进行考核，而忽略了学生独立思考问题、分析问题、解决问题以及应用知识的能力。

3材料工程基础教学改革的着力点

3.1优化教学内容，提高教学质量

内容相近、知识点有交叉的几门课程的授课教师可组成教学团队，各教师针对授课内容进行研究、交流和探讨。例如材料物理性能、材料科学基础、材料工程基础这三门课程中均涉及晶体学知识，但不同专业背景的教师对晶体的理解与表述存在较大差别，材料科学基础可注重晶体的点阵类型、晶面、晶向指数的表示方法，材料物理性能可重点讲述在应力、热、电、光、磁、化学介质、氧等外界因素的作用下，各类材料所表现出来的宏观性质，而具有材料工程基础背景的教师则可侧重于讲述材料组成与物质结构性能特征、材料的制备原理和主要方法，使学生建立材料制备—加工—结构—性能关系的整体概念。这样不仅可以加强各门课程之间的交叉，还有利于学生对知识点的多角度理解。此外，很多新技术、新材料的发现都离不开材料工程基础。因此，在教学内容中还可以结合教师的科研工作，融入一些前沿科学及研究热点课题，例如超导材料YBa2Cu3O7、教改教法Bi2Si2Ca2Cu3O10、Ti2Ba2Ca2Cu3O10和、HgBa2Ca2Cu2O8，原子团簇C60、C70和富勒烯，碳纳米管和石墨烯等。一方面可以让学生认识到课程内容的重要性和实用性，另一方面可以提高学生的学习兴趣。

3.2改善教学方式，激发学生热情

近年来，微课[5]、慕课（MOOC）[6]、翻转课堂等新兴教学模式逐渐兴起，这些教学模式也逐步成为国内外教育工作者研究和实践的热点。其中，翻转课堂是将知识传授与知识内化的过程进行颠倒，颠覆了传统课堂的教学结构，即学生课前通过观看教学视频学习新知识，在课堂上则是以做作业、交流、讨论、做项目或实验为主的一种教学形态。在该模式下，教师与学生之间的交流讨论等过程增多，极大地增加了课堂中的互动，逐步形成以学生为中心的课堂，将“教师讲、学生听”转化为“学生讲，教师听”的模式。此外，还可将学生进行分组，将部分知识点留给学生课后查找相关文献和资料，自行做课件，归纳重点，下节课在课堂上进行轮流讲课。然后，让其他学生进行提问讨论，最后由教师进行总结，并对重点知识进行讲解。例如，在学习“纳米材料”这一知识点时，可以让学生分组，列举纳米材料与块状材料由于尺寸不同导致的声、光、电、磁、热力学等物性不同的现象，例如金属的纳米粒子会在空气中燃烧、光吸收峰蓝移现象、催化活性增强、磁有序向磁无序转变、声子谱发生改变等，以及产生这些现象的原因（小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应）。同时，介绍纳米材料的表征手段，例如X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM），比表面分析仪（BET）、原子力显微镜（AFM）、扫描隧道显微镜（STM）等。最后，列举纳米材料在信息、能源、环境、生物、医药和军事领域的应用。这样不仅能充分调动学生的主观能动性，还能激发学生的潜力，让他们对知识点有着更加深刻的认识，还锻炼了学生查阅资料、语言表达以及组织协调的能力。此外，教学环节设置多元化，除了理论教学环节，开设合理的综合实验或者课程设计环节有助于反哺教学，培养学生的工程实践能力[7]，切实让学生体会学以致用，充分锻炼学生的实践应用技能，为他们今后的工作打下基础。

3.3鼓励自主学习，挖掘学生潜力

在信息化时代，利用网络资源有助于促进对材料工程基础知识的掌握。在平时的教学中，笔者经常鼓励学生利用网络资源去检索一些相关资料，如：CNKI、万方、百度学术等中文资源以及ACS、RSC、Wiley、Elesvier等英文数据库。学生不仅可以学会各类文献的检索方法，还可大大拓展自己的知识面，并且对自己课堂所学的理论知识在实际中的应用现状进行深入了解。例如，在讲述材料的结构和制备相关章节时，可以举例从结构上看，玻璃不像晶体一样在空间做远程有序排列，而属于近程有序而远程无序的结构，玻璃向熔体的转变是在一定温度区间内进行，没有固定的熔点[3]。联系到玻璃的制备过程中，需要将配合料加热到高温使其熔融，进一步加热以降低其黏度，同时加入澄清剂消除玻璃中的气泡、使玻璃液澄清，最后降低温度使玻璃液达到一定黏度，倒入锡槽后在熔融金属锡的表面上摊开，通过浮法获得具有一定厚度的平板玻璃。课后给学生布置任务，让他们通过电子资源去查阅其他无机非金属材料的制备方法。这样不仅能让学生开阔眼界，还培养了学生的自主学习能力。

3.4建立多元评价体系

建立科学有效的评价体系，是实现课程目标的重要保证，也是促进学生学习的重要机制。传统的闭卷考试方式往往导致学生考前临时抱佛脚、死记硬背，考后遗忘知识点，不利于培养学生的创新能力。针对此问题，我们可采取学习过程中的讨论、课堂表现、实践情况、文献调研以及期末小论文和考试成绩等方式，对学生进行综合评价。此种评价方式所涉及的知识面和信息量远大于考试，可真正达到对学生进行客观评价的目的。此外，在期末考试中，可考虑设置开放性试题以考查学生对于学科知识的理解，考查学生运用理论知识的能力。通过考核方式的多元变化，引导学生改变不良的学习习惯，使其积极主动地学习。

4结语

工科物理论文范文第5篇

一、优化材料化学专业课程体系的必要性

1．高等教育改革的需要。目前，优化课程体系，改革教学内容，构建合理的知识结构，注重理论联系实际，更新教学手段是高等教育改革的需求。优化课程体系不仅要使它所包含的专业基础课、专业课、实践课等形成相互联系的统一整体，而且要充分体现培养目标和培养规格。

2．现代科学技术发展的需要。近年来，随着材料化学专业教育课程论及教育理念的发展，我们根据材料科学发展规律，对材料化学专业课程体系进行了两次优化调整（分别为2008年下半年和2012年上半年）。我们优化的材料化学专业课程体系能够体现材料化学专业教育特色，完善材料化学专业课程体系，加强材料化学专业的学科方法论教育。

3．市场经济发展的需要。优化材料化学专业课程体系能够反映社会和市场经济对综合性专业人才的要求。优化的材料化学专业课程体系应该充分体现以就业为导向的思想。我们倡导与专业相关的知名企业家走进课堂开展必修课教学，实现在校内与企业的对接，强化学生的就业意识，提高学生的专业技能。

二、现行课程体系存在的问题及其成因

1．办学特色不明确。专业建设存在一些薄弱环节，如材料化学课程体系的基础课平台不够规范，课程设置不够科学，教学进程安排不够合理，等等。此外，由于材料化学专业办学时间短，存在专业学科定位不准，专业人才培养目标不够明确，课程体系不够科学等问题。近年来，为提高教学质量，适应社会对人才的需求，很多高校开展了人才培养和教学体系研究。因此，有必要对材料化学专业课程体系的建设进行思考。

2．课程设置理念滞后。在材料化学专业课程设置中，我们受传统的重视知识传授的狭义专业概念的限制，不够重视独立思考习惯、自学能力、动手能力和生存能力的培养。同时，在课程设置中存在社会需求、学生的就业取向、市场前景等的考虑程度不够周到等问题。合理的课程设置理念是让每一位学生不仅受到本专业的学术训练，而且受到广泛的通识教育，把学生培养成有专业知识、有爱心、有责任心和有雄心的智者。

3．实验教学条件欠缺。优化实践教学应该体现以下三个方面内容：一是毕业实习、毕业论文（设计）实行“分类指导，分流培养”。学生可根据个人从业需要，撰写高水平的实习报告，获取名副其实的学分。二是优化实践教学进程。各专业可根据专业特点和人才培养需要，科学、合理地确定毕业实习的时间和进程。三是增设创业实践环节。学生可通过创业训练、第二课堂与创新活动，获得创新、创业学分。而我们现行的材料化学专业的实践教学环节，因人力资源和物质资源等原因，欠缺根据学生需要安排实习和创新性实践内容。

4．师资队伍建设力度不够。师资队伍是优化课程体系的执行者，也是培养材料化学专业人才的主导者。先有优秀的教师，后有优秀的学生，再有品牌专业［2］。材料化学专业成立以来，我们加大力度引进了固体材料化学、无机功能材料、催化材料、分子生物学等领域的博士研究生数名，充实了本专业的教师队伍。目前我们正在通过各方努力引进高水平教师，加强材料化学专业的师资队伍建设。

三、课程体系的优化策略

课程体系是高校人才培养目标、课程指导思想、课程设置、课程结构及教学管理模式的综合体现，是学校办学特色、学科专业特色和人才培养特色的综合反映。课程体系是构建人才培养方案的核心内容，其是否科学合理，对培养高质量人才目标具有决定性的意义。我们通过选择、整合与调适课程体系等措施优化了材料化学专业课程体系。

1.调整教学计划，优化专业基础课内容。

（1）优化材料化学专业的无机化学课程内容材料化学专业课程体系是材料化学专业人才培养方案的核心，课程体系的科学性直接影响材料化学专业的人才培养质量。因此，随着材料化学专业办学条件的改善和教学理念的科学化，有必要优化材料化学专业课程体系。我们现行的材料化学专业课程体系中无机化学课程是大学一年级学生的必修课程。此门课程的指导思想直接影响学生在大学学习的思维模式和获取知识的习惯，这个阶段也是在大学一年级学生从中学学习模式转变成大学学习模式的关键时期。因此我们有意识地培养学生的独立思考意识和自学能力，为学生将来的学习工作打下良好的基础。无机化学课程内容包括理论部分和元素部分。我们认为无机化学理论部分内容是无机化学课程的核心部分，元素部分内容是辅助部分。目前无机化学课程详细介绍理论部分内容和元素部分内容。我们对材料化学专业的三届（2007、2008、2009级学生）90名同学进行问卷调查，结果80名同学不赞成全部介绍无机化学元素部分内容，而是希望在老师的指导下以自学方式完成无机化学元素部分内容的学习。对元素部分内容我们采取了抓典型元素性质的分析和讨论，引导学生掌握学习元素化学知识的方法；通过实例指导学生去认识一个元素、一族元素或一类元素；逐步了解结构—性能—功能之间的关系；初步掌握如何通过查阅参考书、手册汲取知识的模式。其余元素部分内容我们设置为自学内容。（2）优化材料化学专业的高等数学课程内容高等数学作为高等院校的基础学科，承担着培养学生数学能力，提高学生逻辑思维能力，为专业课程学习提供数学思想和数理方法论的任务。高等数学是化学、生物、物理、材料物理、材料化学专业的基础课程。目前一些普通高等院校的课程设置中有生物、化学、材料化学专业的“生化材”类高等数学教育教学。而随着材料化学学科与数学学科的交叉日益加深，定性定量分析发展迅速，材料结构分析、材料物理性能测试计算时需要更深的高等数学知识，所以我们把材料化学专业的“生化类”高等数学调整为“理工类”高等数学教学。同时我们在材料化学专业的高等数学课程内容中增加了线性代数的内容，以便达到材料结构测试和性能计算的知识要求。（3）材料结构分析方法课程的教学形式的优化测试方法在材料化学专业的发展起着非常重要的作用。随着科学技术的发展，人们对材料性能的要求日益广发和苛刻，对材料性能及其组分和微观结构的关系越来越感兴趣，因而不断出现新的研究方法。测试手段也越来越多样化，实验方法的数量随着科学技术的发展而急速增加。因此我们把材料结构分析方法课程的教学形式进行优化。具体做法是任课老师在课堂上介绍材料结构和性能测定仪器的原理，然后到实际仪器设备房间进行教学。学生在仪器管理人员的指导下，利用化学与环境科学学院和内蒙古功能材料物理与化学重点实验室的科学仪器设备完成本课程的学习内容。这样设置学生自己动手测定样品的结构和性能的课程，有助于提高学生的动手能力和解决实际问题的能力。（4）以专业前沿知识讲座充实课程内容课程内容应当随着社会、企业、科技的发展及时充实新知识。材料化学专业教材的内容常常是数年，甚至数十年前的人类材料科学知识的概括。所以，任课老师要根据自身研究工作经历及时充实现代材料科学知识，优化课程内涵结构。材料化学专业老师可以采用以下三种方法：一是将现代材料科技成果恰当地融入到基础课教学中，用新的材料科技内容去改造、替代、充实陈旧的教学内容，并处理好知识的继承和发展的关系，使其有机地融合在一起；二是开设材料加工新技术课程内容或开展材料设计加工科技活动，激发学生的兴趣，提高他们的动手能力；三是开展能够反映本学科专业前沿知识、最新科技成就的专题讲座。

2.加强实践教学，优化课程类型。

根据“高等院校理工科教学指导委员会通讯”所提倡的高等院校材料化学专业规范讨论稿的要求，材料化学专业的实践课程有基础课实验、专业基础课实验、专业课实验、专业实习、毕业论文等内容［3］。多元化的实践教学是培养学生创新和动手能力的最有效手段，通过实验来研究物质及其变化规律，使学生获取基本的实验动手能力、综合分析问题的能力、解决问题的能力，一定的科学研究能力和创新能力［4］。在材料化学专业实验教学上，充分考虑实验内容的科学性和系统性，选择具有一定难度和较大覆盖面的交叉型综合实验作为实验教学的主要内容，着重培养学生的创新能力。全面开放所有实验室，给学生创造开展专业综合技能训练的场所，提高学生的专业素质。目前，在各级有关部门的支持下，按材料化学课程体系要求能完成基础课、专业基础课和专业课的实验教学任务。但是经济欠发达地区的高等院校的材料化学专业的实践教学课程出现了一些新情况。以往三四十人的实习队伍进入企业、经济实体完成实践教学任务。而今，大型企业自动化程度很高，实习生很难进入车间进行实地实践学习，微小企业又没有能力接收大量实习生，加上专业实习经费的缺乏等原因，材料化学专业的实践教学课程无法实现“大部队”形式的实习任务。所以，我们对材料化学专业实践教学课程进行了优化。我们设置了适合地区特点的、按学生兴趣分成由五—八人组成的“小组”进入不同的微小企业进行不同内容的实践的多元化实践教学模式。在不同的微小企业完成实践教学课程时我们注重学生自身管理和实践指导老师巡视管理相结合，保证实践教学过程中的实习效率和学生安全问题。改变材料化学专业现行毕业论文模式，允许学生做毕业论文时根据自身兴趣爱好和就业取向选择课题，可以在学院老师的指导下完成毕业论文课题，也可以在科研所、企业、经济实体完成毕业论文课题。

3.增设自学选修课程，优化课程结构。