摘要: 在新工科建设的浪潮中，高等教育机构肩负着培养未来多元化、创新型卓越工程人才的重要使命。这一时代背景对理工科学生的培养标准提出了前所未有的高要求，尤其注重多学科交叉融合、创新能力与实践技能的培养。本文聚焦于《应用物理学专业导论》课程，深入剖析了在新工科框架下的课程内容设计、教学方法及考核体系的创新实践。通过精心构建课程目标、优化内容结构、革新教学模式及多元化考核方式，本课程致力于引导学生深刻理解新工科背景下应用物理学的精髓、发展脉络及高效学习路径，为学生后续的专业深造与职业发展铺设坚实的基石。
Abstract: In the wave of new engineering construction, higher education institutions shoulder the important mission of cultivating future diversified and innovative outstanding engineering talents. The background of this era has put forward unprecedentedly high requirements for the training standards of science and engineering students, especially emphasizing the cultivation of interdisciplinary integration, innovation ability, and practical skills. This article focuses on the course “Introduction to Applied Physics” and deeply analyzes the innovative practice of course content design, teaching methods, and assessment systems under the new engineering framework. By carefully constructing course objectives, optimizing content structure, innovating teaching models, and diversifying assessment methods, this course is committed to guiding students to deeply understand the essence, development trajectory, and efficient learning path of applied physics under the background of new engineering, laying a solid foundation for students’ subsequent professional advancement and career development.
1. 引言
在科技日新月异的时代背景下，伴随着产业结构的深刻变革与重塑，人类社会正步入一场前所未有的生产生活方式转型与升级浪潮之中。在这场波澜壮阔的历史进程中，新工科建设犹如一股强劲的东风，应运而生，成为推动高等教育与产业发展深度融合的关键力量。其核心精髓聚焦于一个“新”字，这一“新”不仅闪耀在教育理念的前瞻性光芒中，更深深植根于课程体系的革新创造，以及教学模式的颠覆性变革中。新工科教育，以立德树人为根本宗旨，致力于锻造出一批批既拥有卓越创新能力，又兼备深厚跨学科素养及广阔国际视野的工程精英[1]。在这一目标下，应用物理学作为理工科领域的坚实基石，其教育质量的提升显得尤为迫切与重要。
《应用物理学专业导论》作为引领学生探索专业奥秘、踏上学术征途的启航之作，其教学内容的深度挖掘与教学方法的锐意创新，对于点燃学生的专业热情、启迪其职业梦想具有不可估量的深远影响[2]。
2. 新工科背景下应用物理学专业人才培养的要求及目标
我校作为一所以工为主、土木建筑学科为特色的应用研究型大学，积极响应新时代“新工科”建设的理念，矢志不渝地致力于培养兼具高尚品德、卓越智慧、强健体魄、审美情趣及劳动精神的全方位高素质人才。在应用物理学专业领域，我们旨在培养既掌握扎实的物理学基本理论与方法，又具备将物理学原理应用于解决实际工程技术问题的能力的人才。他们将在光电技术、建筑声环境及光环境等前沿领域发挥重要作用，成为具有现代科学意识、国际视野和国际竞争力的复合型高级专门人才。《应用物理学专业导论》作为该专业的启蒙课程，其目标在于自学生踏入校园之初，便引领他们全面而深刻地理解本专业的培养目标、精心设计的课程体系、广阔的研究领域以及高效的学习方法。通过这门课程，学生将初步构建起对应用物理学专业的整体认知框架，激发对专业知识的浓厚兴趣与探索欲望，从而在学术道路上奠定坚实而稳固的基础，为未来的卓越成就奠定基石[3]。
3. 课程内容设计与实践策略
我校开设《应用物理学专业导论》课程的宗旨，在于为刚踏入应用物理学领域的新生提供全面而深入的专业引导。当前，该课程采用了多元化的教学模式，既包含由资深专任教师精心讲授的理论课程，又邀请行业前沿专家举办专题讲座，以理论与实践并重的方式拓宽学生视野，引导学生进行职业规划[4]。
鉴于理工科专业对学生学分的合理规划与要求(通常不超过160学分)，本课程经过精心策划，设置为8学时，并构建了六大紧密相连的教学模块。这些模块旨在从多维度、全方位地展现应用物理学的独特魅力与广阔前景，不仅涵盖基础理论的精髓，还深入探索其在现代科技、工业应用及未来发展趋势中的重要作用，旨在激发学生对专业的热情，为后续的专业学习奠定坚实的基础。
第1部分为专业概论[5]，主要介绍应用物理学专业的专业特点、发展简史[6]、了解本专业的培养计划、培养方向、公共理论课程、技术基础课程、专业课程以及主要的实践性环节、专业间的交叉融合与协同发展、就业前景与职业发展路径；重点理解本科教育期间的专业知识体系框架，并在此基础上，思考及规划自己的四年大学生活。
第2部分介绍了专业培养方向。本专业培养方向包括光电技术方向和建筑声光方向，以光电技术方向为例进行介绍，该光电技术方向侧重于培养学生掌握光电信息获取、传输、处理及应用的基本理论和实验技能。学生将深入学习光学、电子学以及光电检测技术等相关课程，通过理论学习与实验实践的结合，掌握光电系统的设计、开发与应用能力。这一方向的学生未来可从事光电产品研发、光电仪器制造、光电系统集成与维护等领域的工作，成为光电技术领域的专业人才。专业为学生提供激光器设计、全息照相、太阳能电池等前沿实验的条件[6]。
第3部分介绍了激光玻璃的研究进展及应用。激光玻璃研究随着激光技术的进步而深入，性能与应用持续拓展。皮秒、飞秒等超短脉冲技术为加工应用带来新机遇。材料创新方面，追求更高激光损伤阈值、宽光谱透过及优良热导性的新型激光玻璃，提升了切割、焊接等加工效能。加工技术亦不断创新，涵盖激光焊接、打孔等，提升精度与效率，减少材料损耗。应用领域广泛，光电子中用于光纤通信、激光打标等；医疗上，高精度手术刀及医疗设备制造显现优势；建筑上，助力玻璃幕墙精确拼接；航空航天、军事装备及科研仪器亦广泛采用，如制造高精度光学元件、激光制导武器等，展现了激光玻璃的多领域价值与潜力。
第4部分介绍了传感器及光电检测技术的原理及应用。传感器及光电检测技术是工业自动化、安全监控、环境监测等领域的关键技术。传感器将非电学量转换为电信号，基于电阻、电磁、光电等效应。光电检测技术利用光电效应，将光信号转换为电信号，实现测量与控制。光电传感器广泛应用于工业自动化，监测物体位置、形状等；安全监控中检测入侵、火灾，提供安防数据；环境监测则监测空气质量、温湿度等。此外，光电传感器还具备光电隔离功能，增强电路稳定性，同时能测距测速，满足多种测量需求。这些技术共同推动各领域智能化发展。
第5部分介绍了粒子物理及原子核物理。粒子物理与原子核物理是物理学关键分支，探索物质基本单元及相互作用。粒子物理研究基本粒子(如电子、质子、夸克)及其相互作用(电磁、弱、强、引力)，依赖高能加速器。原子核物理则聚焦于原子核结构、性质及与粒子相互作用，涵盖衰变、裂变、聚变等。粒子物理重基本单元，原子核物理重单元在复杂系统中的表现。两者相辅相成，推动物理学进步，深刻影响现代科技，如能源、医学等领域。
第6部分介绍了材料物理研究内容和应用。材料物理融合物理学与材料学，深入研究材料组成、结构、物理性能及其应用。它分析微观结构、原子电子运动，解析导电、磁性等性质，助力电子、能源、信息等领域发展。从半导体到热电材料，从DVD存储到光纤通信，材料物理应用广泛，同时，它在医疗、航空航天等领域也发挥关键作用。随着科技的进步，材料物理研究与应用前景将更加广阔，推动社会多领域创新发展。
4. 考核方式多样化
传统的考试和作业评价方式不足以全面衡量学生的综合能力。专业导论课程可以通过改革教学评价方式，促进学生的全面发展和主动学习。针对课程目标要求，建立相对应的考核指标，进行多样化考核，以检验课程目标的达成度情况。我们设计的考核方式有作业与课堂测试、出勤率与课堂参与、专业调研报告等。通过作业巩固学生对当天课程内容的学习效果，确保知识点的理解和掌握；课堂测试则是对学生即时学习效果的检验，有助于教师及时调整教学策略；出勤率作为学生学习态度的重要指标，应纳入考核体系；课堂讨论发言等互动环节能够激发学生的思考，促进知识的深入理解和应用，同时也能促进同学间的交流和学习，达到“充分交流、共同进步”的学习效果；引导学生通过图书馆、网络等资源，对专业研究的某一领域进行调研，并提交调研报告或学习心得，进而考察学生对该课程内容的理解及其后续的专业学习计划，这有助于提高学生的自主学习能力和研究能力。
5. 提升课程目标实现效果的策略
为了精准对接学生的学习需求与既定的课程目标，结合课程在育人体系中的定位，课程形成了“学生中心、持续改进”的教育理念。根据课程特点，对课程内容进行了精心的优化与动态调整，在内容中有机融入“大国工匠”、中国现代光学等思政案例，旨在确保每一堂课都富含引导价值。根据专业特色，进行教学设计，包括学情分析、教学目标、内容选取、教学过程设计、教学方法、教学资源、情景设计、教学实施、教学评价、反思等。
组建“班主任 + 专业老师 + 学业导师 + 辅导员”四方协同育人的课程团队，遵循课程教学规律和学生成长规律，教学过程中通过分组讨论密切关注每位学生的学习轨迹与即时反馈，灵活调整教学策略，以此作为教学优化的重要依据。进一步地，我们深入洞察每位学生的独特性与差异化需求，将学生情况反馈给辅导员、班主任和学业导师，齐抓共管促进学生发展。
6. 结论与展望
在新工科背景下，《应用物理学专业导论》课程的内容设计与实践，体现了以学生为中心、注重创新能力培养的教学理念。通过优化课程内容、创新教学方法、强化实践教学和改革考核方式，激发学生的学习兴趣和积极性。本课程为学生后续的专业学习和职业发展奠定了坚实的基础。通过本课程的学习，学生将能够明确专业定位、掌握学习方法、认识学科价值，为后续专业学习奠定坚实的基础。未来，我们将继续探索和完善课程体系，以适应新工科建设的需要，培养更多优秀的卓越工程人才。
基金项目
山东省教育发展研究微课题(课题编号：FC082)；山东省研究生优质教育教学资源项目：《第一性原理计算》(课题编号：SDYKC2023148)；山东建筑大学《光电检测技术及应用》研究生教学案例库(课题编号：ALK231102)；山东建筑大学教学改革研究项目重点专项：学分制改革下物理专业课程建设及考核方式改革与研究。