“理工融合，学研一体，新工科背景下“应用物理”在太原理工的教学改革与实践”

教 学 成 果 报 告

一、背景与概述

党的二十大报告指出“加强基础研究”、“集聚力量进行原创性引领性科技攻关”、“提高科技成果转化和产业化水平”，强调了基础研究对于增强自主创新能力、打赢关键核心技术攻坚战、促进产业变革发展的关键作用。具有扎实理科基础，是培养工程科技创新人才的前提条件，应用理科向工科延伸是新工科专业结构重塑的重要命题，物理及其应用（广义地，本项目称之为“应用物理”）是推动现有工科与其他学科交叉融合的重要策动力。应用物理对卓越工程师解决复杂工程问题能力、创新思维创新能力、未来技术发展潜力的培养发挥着基础性、先导性作用。

本项目秉持“理工融合、学研一体”的教学理念，面向全校工科专业建立了多层次、多类型“应用物理”教学体系。在解决工程问题能力培养层面，针对不同学科专业类，在大学物理教学中实施“物理+学科专业”分类施教，将各学科专业所需先导物理知识与专业课程“无缝”衔接；在创新思维创新能力培养层面，以物理实验国家级竞赛为导向，围绕工程技术命题，施行开放式、兴趣式、自主式的教学方式，建立了面向国家、省、校三级物理竞赛的实验选修课程体系。形成了“强化工程教育，支撑工科创新”的大学物理教育系列课程和“以理明智、以工践行”教学体系，助力我校进入国际工程教育专业认证的全国第一方阵前列，成为我校国际工程教育专业认证质量体系的重要组成部分。在未来发展潜力培养层面，以应用物理专业及其创新班人才培养为依托，聚焦精密测量技术，以精密测量支撑多学科专业人才培养及其工程领域应用需求，着力培养“厚理强工”的精密测量技术领域未来领军人才。

成果关于实验室建设与管理新路径的报告被收录入中央教育工作领导小组的内参《教育工作情况》（第56期），得到教育部领导的高度肯定和表扬。成果应用对我校工科专业全覆盖，辐射到国内40余所其他高校，助力我校26个专业40余次通过国际工程教育专业认证。毕业生综合素质显著提高，就业率稳中有升。成果支撑我校各类工科竞赛，获全国大学生光电设计竞赛国家级一等奖、全国“西门子杯”中国智能制造挑战赛特等奖、全国物理实验竞赛二等奖等。

二、成果解决的教学问题

在新的时代背景下，创新型人才培养正在成为研究型、特色型大学的核心使命。先进教育理念是创新型人才培养的先导，教育教学模式改革是形成创新人才培养的核心内容与有效途径，具有学术引领性、创新思维和创新能力的教师队伍建设是创新型人才培养的主要保障。

国内外各高校在人才培养方面进行了长期的多方面的改革，并取得不少进展和良好的效果。伴随着当今工程技术的快速发展，现有人才培养体系的不足日趋明显，主要体现如下：

1. 目前工科教学趋“技术化”、“产业化”，忽视了基础物理教学，其根源是物理课程与各工科专业课程难以有机融合，导致学生无法应用物理方法分析解决复杂工程问题。

2. 新工科建设趋势是“理工融合”，但目前工科物理教学仍存在“重理论、轻应用”的弊端，其根源是缺乏系统的高阶物理实验教学体系，导致学生创新思维创新能力不足。

3. 应用物理专业教学内容广而不精，难以快速向“新工科”延伸，其根源是缺乏完善的应用物理人才培养体系，导致学生未来发展潜力不足。

三、解决问题的途径和方法

一、构建与工科专业紧密融合的“物理+学科专业”教学体系

秉持“物理为基、应用为向”的培养理念，依托“大学物理省级示范基层教学组织”，借助现代化信息技术，面向校内各学科专业群，协同创建“物理+学科专业”教学体系，共建理工融合、优势互补的共享课程资源平台。将大学物理课程与各工科专业课程群紧密结合，优化课程教学内容，加强近代物理基础，对经典物理内容现代化，对物理学前沿“科普化”；精心打造大学物理系列课程，大学物理A、B、C面向不同类型工科专业开设，根据学生毕业要求，制定不同的课程目标和教学设计，支撑培养目标达成；依托我校自建《大学物理》慕课资源，合理规划线上、线下教学内容，实现基础物理教学与专业课程教学的“无缝”衔接，提升学生应用物理方法分析解决复杂工程问题的能力。

二、构建以国家级竞赛为导向的多层次物理实验实践教学体系

依托教育部重点实验室及物理类专业博士点构建“创新物理实验实践平台”，平台面向全校工科专业服务，结合已有省级物理实验教学示范中心将物理实验课程目标拓展为四层次：一是大学物理基础实验；二是基于物理实验实践平台的高阶创新物理实验；三是面向工程实践的学科竞赛实验；四是国家级物理竞赛实验。物理实验课程设置针对校内各学科专业群分必修大学物理实验和选修高阶创新物理实验，高阶创新物理实验以国家级竞赛为导向，围绕工程技术问题，实施开放性教学，平台提供实验场所及高水平师资团队；完成创新物理实验的学生参加面向工程实践的学科竞赛实验；校内竞赛表现优异者，选拔参加国家级物理竞赛实验。通过分层教学方式，逐步提升工科专业学生创新思维和创新能力。

三、完善以精密测量为内核的应用物理领军人才培养体系

依托物理学和光学工程（精密测量）两大学科开展应用物理学专业建设，其中光学工程（精密测量）学科支撑应用物理学专业走出面向产业的特色发展之路。打造了长江学者、优青等国家级人才领衔的高水平教研团队，在教育部重点实验室等科研平台上开发面向产业化的系列科研项目，从中提炼出可用于教学的具有高阶性和挑战性的物理实验项目，形成系列开放性物理实验创新课题，学生自由选择课题，在硕导、博导引领下进行研究。进一步，导师团完成产业问题向科研问题的转化，进而转化为教学问题，并将其分解成具有课时性的大学物理和大学物理实验课程教学元素，实现基础物理和应用物理教学一体化。建立“3+1+4”本硕博一体化培养模式，提升学生未来发展潜力。

四、成果主要创新点

一、重塑了“物理为导，应用为向，理工融合”的新工科物理教学新模式

本项目创建了以物理为基础、各学科专业为支点的“物理+学科专业”教学体系，成为我校专业认证质量保障体系的重要组成部分。将新工科专业人才培养的最新要求引入教学过程，建成满足新工科专业人才培养的教学新模式，构筑基础物理和专业应用之间的桥梁，提高课程兴趣度、学业挑战度。促进学生全面发展，把握新工科人才的核心素养，强化工科学生的物理基础，培养其设计思维、工程思维、批判性思维和数字化思维，提升其创新创业、跨学科交叉融合、自主终身学习的能力。

二、创建了“分类施教，学研一体，竞赛驱动”的物理实验教学新模式

围绕学校“专业招生，大类培养”的人才培养模式，针对各大类工科人才培养目标，物理实验课程构建“大学物理实验+高阶创新物理实验”四层次的教学体系。从教学目标、教学内容，教学方式全方位分层实现物理科学与工程技术的融合贯通。以学生为主体，教师主导，紧密结合物理实验竞赛中的工程技术问题，通过验证演示、设计研究、自由探索等实验项目，激发学生对专业技术中物理规律认知的兴趣，提升学生技术研究及应用能力。关于实验室建设与管理新路径的报告被收录入中央教育工作领导小组的内参《教育工作情况》（第56期），得到教育部领导的高度肯定和表扬。

三、创设了“以点带面，科教融合，项目引领”的应用物理教学新途径

本项目破解了应用物理难以开展具有工程背景特色的人才培养问题，积极采取“扬长避短”的人才培养策略，将精密测量物理与产业技术变革紧密相联系，发挥高水平科研平台和教研团队优势，从面向产业化的科研项目中提取工程技术问题，并将工程技术问题转变为高阶开放性选题，从选题中提炼适合大学物理和大学物理实验课程教学元素，融入其后续教学，实现应用物理和基础物理教学一体化。以物理实验班为载体，构建“3+1+4”本硕博一体化培养模式，培养学生破解工程科学、技术科学中物理难题的能力和思维。

五、成果推广情况

一、面向工程应用，以理强工，新工科人才培养质量显著提升

加强应用物理专业工程应用，指导学生参加各类科技竞赛，获奖国家级13项、省部级32项；强化工科专业学生理科基础，指导工科专业学生参加全国物理实验竞赛和物理学术竞赛获奖国家级12项、省级以上30多项。80%获奖生进入双一流高校和科研院所深造。

《大学物理》和《大学物理实验》获批国家一流课程，是工科专业必修的公共基础课，培养了学生面向工程技术领域的创新思维和思辨能力，为其职业发展奠定厚实的物理应用基础。两门课程支撑了全校26个工科专业40余次通过国际工程教育专业认证，助力我校进入专业认证的全国第一方阵前列，成为我校人才质量保障体系的重要组成部分，并有效提升了学生就业率。以2023年首次通过国际工程教育认证的5个专业为例，其就业率如下图2所示，由2020年不到80%均提升到2022年的90%以上。

二、建设丰富教学资源，成果得到积极推广

《大学物理》和《大学物理实验教程》均被评国家级规划教材，累计印刷分别27次和9次，累计印数分别122700册和14000册，据不完全统计，选用或曾经选用教材的学校分别有10所和9所，图书馆采购教材作为教学参考的高校共有18所。

三、推广经验，领导肯定，社会认可

2022年本人作为地方高校唯一参会代表在全国高校实验室安全工作会议上作了实验室建设与管理经验交流发言，得到教育部钟登华副部长的高度肯定和点名表扬；有关实验室建设与管理新路径的报告被收入中央教育工作领导小组的内参《教育工作情况》（第56期）。

2016年教育部副部长林蕙青来校访问，首站参观物理实验中心，高度评价其在卓越工程师培养和支撑工程专业认证中发挥的巨大作用；2022年6月国务院副总理孙春兰到山西高校调研毕业生就业工作，肯定了本校的创新创业带动就业工作。

物理实验中心作为太原市和晋中榆次区200余所中小学的科普教育实践基地，多次作为学校招生宣传重要一站，被光明网、新华网宣传。

四、学研一体，学科吸引力快速提升

应用物理学获批国家一流专业建设点；物理实验中心获山西省高校示范实验室，开设实验课程覆盖我校全部工科专业，每学年授课和学科竞赛培训400多个班次，1.5万余人次；教育部重点实验室和学院各科研团队每年承接近千余人次本科生创新实践训练，在学研一体培养中发挥了重要作用。学生推免研究生报考本校比例显著增加，以应用物理学专业为例，升本校的比例由2019年的3.88%快速提升至2022年的16.09%，本校对学生的吸引力明显提升，如图3所示。