将实践环节引入理论物理系列课程的探讨

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  高等院校理论物理课程体系包括四大力学(理论力学、电动力学、量子力学、热力学与统计物理),以及数学物理方法等,上述课程的教学除要为学生系统地打好物理基础外,还肩负着培养学生科学思维方法和科研业务能力,激发学生探索和创新精神的重要任务。迄今为止,在全世界范围内各行业一致公认,物理学仍将是21世纪几项主要科学技术的共同基础。近几十年来应用型高新科技的迅猛发展使应用物理备受重视,理论物理似乎已不合时宜,在这里人们似乎忽略或忘记了几乎所有应用型物理及其连带的高新科技都是以本科理论物理为基础的,然而多数高校物理专业毕业生却往往对此毫无感受,这确实不能不说是物理教学、特别是理论物理教学的严重缺陷。
  这其中的根本原因在于,传统理论物理教学偏重“纯”理论讲解和公式推导,常使学生感到枯燥无味,甚至存在“用处不大”、“无任何实用性”等误解,因此理论物理被师生公认为“难学也难教”,总体教学效果相对不甚如意,这也是其它理工类的理论课面临的问题。但不能把理论物理教学的这种困境完全归因于其本身的抽象和深奥等客观因素,实际在教学思想和教学方法等主观因素上,目前仍存在不少弊端。调查发现,目前理论物理教学模式普遍单一,大都采用灌输式的传统教学,注重理论推导,这虽适宜传授知识,但缺乏教学应有的直观性和启发性,并鲜能涉及前沿领域,知识面窄,与实际脱节,不重能力培养,束缚了学生的学习主动性与个性发展。
  放眼到国外,我们也不难发现,最近三、四十年国外理论物理教学的变化和发展相当惊人,主要体现在以下几方面:1.教材出发点显著提高,深度和难点都远超我国现有教材;2.教学内容涉及范围更为广泛,包含许多与科研、生产和生活密切联系的知识内容,使人耳目一新;3.真正实现“精讲多练”,对基本概念和基础理论只作简要介绍,而以大量经过详细分析和解答并与实际密切联系的例题作为主线,不仅大大开阔了学生的眼界和思路,并且还为培养学生进行独立思考和独立解决问题的能力进行了富有成效的示范;4.部分习题要求学生利用计算机求解,使学生的计算机知识和编程能力经受考验并有实际用武之地。
  以上这些都是我国现行的理论物理教学所无法比拟的。由于受传统教学大纲和学时数的限制,国内高校的理论物理各门课程往往只能在搭起基本理论框架后就已接近尾声,应用内容相当贫乏或干脆没有,至于介绍物理学最新成就更是“凤毛麟角”,至多也只能点到为止,丝毫体现不出理论物理在培养科学思维方法和解决实际问题的威力所在。因此,绝大多数学生反映不仅学起来十分费劲,并且学完了也不知道究竟有何用处。
  如何使学生不要忽略理论物理的基础性和重要性,即如何将“理论”物理的“应用”性价值充分体现,是“知行合一”的物理专业人才培养目标所要求的。因此,理论物理教学需改革旧的教学模式,探索一条克服弊端、走出困境的新路。就大学本科阶段的物理教学而言,实验是最能体现理论和实践相结合的,也是培养学生实验动手能力和创新能力的最重要环节。但调查发现,当前我国很多高校中实验与理论授课结合不紧密,实验的辅助作用没有得到有效发挥,西方科技发达国家则非常重视物理实验教学和研究问题的方法。科学素质教育的核心是培养学生的实践能力和创新精神,因此,将物理实验教学与理论教学两个相对独立的教学体系有机结合,是目前教学改革的重点和时代的必然要求。
  在近几年的教学实践中,笔者及其课程组成员积极尝试,将形式灵活多样的实验与实践环节引入到电动力学、理论力学等系列理论物理课程,极大地激发了学生的学习兴趣和热情,初步摸索出一条针对“纯”理论物理课程教学的新路子。例如针对电动力学,目前绝大多数院校的电动力学仍采取纯粹的理论讲授形式,我们则大胆地在理论教学之外引入了实验教学,在近代物理实验中精心挑选了4个与课程理论内容结合紧密、同时具有科学前沿性与应用广泛性的实验:高温超导材料电温特性测试、微波的传输特性和基本测量、微波分光、光拍法光速测量实验等,供光信息科学与技术专业的学生选做,实验成绩计入平时成绩。该措施得到了学生的普遍赞誉和积极响应,使他们在理论之外得到实践锻炼,加深了对理论的理解,提高了思考和解决问题的能力。在实验中还鼓励学生以已有仪器为基础进行实验创新。例如,在微波分光仪上,学生利用自制的模具,做了二维物体的微波衍射效应实验,加深了对相关基本理论的理解,培养了学生科学研究的意识和实践动手能力。
  此外,课程组教师还有意识地引导学生善于发现、记录与课堂知识有关的问题或疑点,鼓励他们对这些问题进行讨论。同时教师也在课堂上主动加入一些小课题,这些课题不一定要有重大意义或科学价值(如课本上未加详细讨论的内容),也不一定非要学生如搞科研般埋头苦钻。一般学生只要能尝试写出研究性或综述性报告,就能达到培养基本科研素质,提高思维方法的教育目的。而对于那些肯钻研的学生,则可根据其特点,鼓励其参与教师的科研活动。一旦学生经过自己的钻研获得成功,就会得到身心的愉悦。
  上述工作不但需要学生掌握好相关的课内知识点,而且需要查阅大量课外资料和文献,从而达到了培养学生科研能力的目的。经近几年的实践,上述措施效果显著。
  总之,在针对如何有效地改革理论物理系列课程的教学模式这一问题上,广大物理教师应积极思考和探索,尝试将开放的、研究性的实验与实践环节灵活引入教学,使学生在有限时间内能更有效地接受知识,帮助其真正理解理论物理的“美”和“应用性”,并力图与学生的专业知识相结合,激发其学习动机和兴趣,大大提高学生的创新精神和创造力,为最终培养成为有知识、有能力、适应社会发展需要的应用型大学本科人才而打下坚实的基础。
  参考文献:
  [1]尹世忠,赵喜梅.开好近代物理课.大力推进素质教育[J].邢台师范高专学报,2000,(4):55-57.
  [2]喀兴林,王锡绂.李申生.高等院校物理专业理论物理课程体系改革已势在必行[J].大学物理,1998,17,(3):41-43.(编辑 王影)
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