在河南省物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的實(shí)驗(yàn)室里，河南理工大學(xué)物理與電子信息學(xué)院電子信息工程專業(yè)的大二學(xué)生正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)調(diào)試著自主設(shè)計(jì)的毫米波天線?！巴ㄟ^物理課上的電磁波傳播案例，我們創(chuàng)新性地將金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)應(yīng)用到天線設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了增益的有效提升！”這個(gè)源于課程實(shí)踐的創(chuàng)新項(xiàng)目，正是河南理工大學(xué)物理與電子信息學(xué)院物理基礎(chǔ)課程教學(xué)改革成效的生動(dòng)注腳。
面對(duì)新工科建設(shè)對(duì)復(fù)合型人才培養(yǎng)的新要求，河南理工大學(xué)物理與電子信息學(xué)院自2023年起啟動(dòng)物理基礎(chǔ)課程體系重構(gòu)工程，以電子信息工程專業(yè)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)為試點(diǎn)，推出“模塊化知識(shí)體系+工程案例庫(kù)”的教學(xué)新模式。經(jīng)過兩年實(shí)踐，學(xué)生工程實(shí)踐能力顯著提升，涌現(xiàn)出數(shù)十項(xiàng)各類學(xué)生競(jìng)賽國(guó)家級(jí)別獲獎(jiǎng)項(xiàng)目和實(shí)用新型專利，進(jìn)而凝練成產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人的優(yōu)秀案例。
設(shè)計(jì)模塊化知識(shí)體系
讓物理課成為專業(yè)“充電樁”
走進(jìn)重新設(shè)計(jì)的“大學(xué)物理”課堂，傳統(tǒng)按部就班的章節(jié)體系已被打破。課程負(fù)責(zé)人教授李明解釋了電子信息工程專業(yè)“大學(xué)物理（下）”課程“電磁學(xué)”部分教學(xué)內(nèi)容的模塊化設(shè)計(jì)：“我們將教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)為‘基礎(chǔ)夯實(shí)’和‘能力躍升’兩大模塊，‘基礎(chǔ)夯實(shí)’模塊具備麥克斯韋方程組等核心知識(shí)，‘能力躍升’模塊則對(duì)接專業(yè)需求設(shè)置5個(gè)專題?！边@些模塊的設(shè)計(jì)可以幫助學(xué)生更好地理解物理知識(shí)在專業(yè)中的應(yīng)用，進(jìn)而提升學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐能力。
另外，在“近代物理”部分，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)新性地開發(fā)了“知識(shí)芯片”——將半導(dǎo)體物理、量子隧穿效應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)封裝成獨(dú)立單元，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開展教學(xué)。在學(xué)習(xí)半導(dǎo)體晶體管的工作原理時(shí)，學(xué)生通過虛擬仿真平臺(tái)，實(shí)時(shí)觀測(cè)摻雜濃度對(duì)元件參數(shù)的影響。這種“學(xué)完就上手”的模式，使抽象理論變得觸手可及。
“過去學(xué)一些物理知識(shí)的時(shí)候，總覺得是紙上談兵，現(xiàn)在通過模塊化學(xué)習(xí)，如‘半導(dǎo)體物理學(xué)’中的PN結(jié)專題，我能清楚解釋手機(jī)快充時(shí)芯片的熱損耗問題。”獲得“大唐杯”全國(guó)大學(xué)生新一代信息通信技術(shù)大賽二等獎(jiǎng)的學(xué)生表示。數(shù)據(jù)顯示，采用模塊化知識(shí)體系教學(xué)后，學(xué)生物理課程與專業(yè)課的知識(shí)遷移效率提升30%，畢業(yè)設(shè)計(jì)中物理知識(shí)應(yīng)用率從20%躍升至40%。
工程案例庫(kù)驅(qū)動(dòng)
把工程現(xiàn)場(chǎng)搬進(jìn)課堂
學(xué)院新建的工程案例庫(kù)——“百例工程庫(kù)”中包含近百個(gè)真實(shí)項(xiàng)目，每個(gè)案例都經(jīng)過企業(yè)工程師和教師的雙重打磨。比如，在講解光電效應(yīng)時(shí)，配套的“光伏電站發(fā)電效率檢測(cè)”案例就來自合作企業(yè)的新需求。
“上周我們剛完成激光雷達(dá)系統(tǒng)的噪聲分析項(xiàng)目?！闭跍?zhǔn)備中國(guó)國(guó)際大學(xué)生創(chuàng)新大賽的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人展示著實(shí)驗(yàn)日志，“我們通過分析案例庫(kù)中車載激光雷達(dá)的相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)和團(tuán)隊(duì)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，精確計(jì)算出了溫度漂移對(duì)車載激光雷達(dá)的影響值?！边@種“真題真做”的實(shí)踐，使團(tuán)隊(duì)提出的補(bǔ)償算法具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
實(shí)施多維評(píng)價(jià)
讓創(chuàng)新能力“看得見、摸得著”
在最近舉行的課程項(xiàng)目答辯會(huì)上，評(píng)委席出現(xiàn)了學(xué)院邀請(qǐng)的企業(yè)導(dǎo)師的身影。這源于改革推行的“三元評(píng)價(jià)”體系，即基礎(chǔ)知識(shí)考核占比40%，工程實(shí)踐能力考核占比35%，創(chuàng)新思維考核占比25%。在課程項(xiàng)目考核中，學(xué)生不僅要完成理論推導(dǎo)，還要能設(shè)計(jì)、實(shí)施相關(guān)實(shí)踐內(nèi)容，并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種過程性評(píng)價(jià)使越來越多學(xué)生的創(chuàng)新能力顯著提升。
物理基礎(chǔ)課程教學(xué)改革還催生了新的“物理+X”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。在學(xué)院組織的“光電協(xié)會(huì)”中，出現(xiàn)了越來越多的物理、電子、電氣、機(jī)械等專業(yè)學(xué)生跨界組隊(duì)，開展“物理+X”項(xiàng)目研究，這種跨學(xué)科培養(yǎng)模式，使學(xué)生在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等賽事中的獲獎(jiǎng)數(shù)同比翻番。
發(fā)揮輻射效應(yīng)
從課堂變革到生態(tài)重構(gòu)
隨著改革深化，電子信息工程專業(yè)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)案例庫(kù)越來越充實(shí)，同時(shí)，學(xué)院正在籌建虛擬教研室，力爭(zhēng)邀請(qǐng)其他高校參與共建共享案例資源。在學(xué)院物理基礎(chǔ)課程教學(xué)成果研討會(huì)上，與會(huì)專家評(píng)價(jià)：“這種將物理基礎(chǔ)與工程實(shí)踐深度融合的模式，為新工科建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)?！彪S著教學(xué)改革的推進(jìn)，該模式將逐步擴(kuò)大專業(yè)試點(diǎn)，預(yù)計(jì)未來每年將惠及全校所有學(xué)習(xí)物理基礎(chǔ)課程的學(xué)生。