基于交叉学科的大学物理教学探究

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  摘 要:现代科技的进步使得不少理工类学科和物理学结合而诞生了新的交叉学科,而有的社科类学科也将物理学当作研究工具,这种趋势越来越明显了。基于此,大学物理教学的作用也变得更重要了。本文主要从交叉学科发展角度来探讨大学物理教学,以期提供有益的教学建议。
  关键词:大学物理;交叉学科;教学
  科技日新月异的发展让自然学科的融合速度不断加快。传统学科的基础理论发展日益困难,而交叉学科在科技转化、经济发展中活力四射,这让不少科研人员更加注重研究教材科学。交叉学科研究的不是某个学科的前沿领域,需要研究者要多种学科知识背景以及研究基础。比如生物物理研究者应该对物理和生物两种学科基础知识十分了解,且还要有先进的研究方法,对生物合成技术、探测技术等很熟悉。作为多学科基础的物理学,大学物理课程是理工、农、医学等学科的专业基础必修课。大学物理训练学生逻辑思维,提升学生的问题分析解决能力,培养他们的科学素养,其意义重大。强化大学物理教学能力,可以将交叉学科知识作为一种很好的选择。本文主要从大学物理教学中交叉学科知识渗透的必要性方面来探讨大学物理教学。
  一、大学物理教学中交叉学科知识的必要性
  大学生对物理知识及理论的学习是通过大学物理教师的教学来获得,这是培养大学应用型人才的重要途径。而在这其中,培养学生的物理探索、创新以及问题解决能力又是重中之重,不过,当前的大学物理教学仍然存在不少问题。在大学物理教学中,从学生们的学习反应来看,不少学生兴趣并不高,不知道大学物理课程的重要性,而且在大学物理学习中感觉和专业课相比,既难以提起兴趣,又与专业关系不大,学习态度消极,故而教学效果也不佳。交叉学科知识的重要性的另一方面源于教材建设。有不少新科技成果都是通过外文发表,并被我国学者翻译到国内,这期间有时间上的滞后性,教材编纂也一样。这就使得传统教学难以及时了解科研新进展。并且,教材内容的修订也无法根据每个和物理学有关联的其它学科的交叉学科知识及最新研究成果进行修正。所以,教材学科知识在大学物理教材中内容很少。科技的发展促进了学科融合,交叉学科领域成果频出。大学物理涉及了相对论物理、力学、量子力学、光学等板块,并且各自间自成体系,是不少领域的研究基础,大学物理完美地反映了学科交叉。大学物理应该和时代发展紧密相连,而不是作为一门古董课程来看待。
  二、基于交叉学科知识的大学物理教学建议
  在不同院系理工科专业中,大学物理课程是学生的必修基础课,根据其它学科来渗透交叉学科知识。因此,在教授大学物理课程时,应该根据各专业的教学要求以及难以程度,在按计划完成教学任务的前提下,按照各学科的特点有目的、有选择地融合交叉学科知识,以防止出现和教学重点相偏离的问题,这比专门开设有关讲座有更大的好处。具体来说,它用不着大学生对基础知识进行过多的学习,也没有太多的数学知识要求,而且两者之间还有着很自然的衔接,课程内容也比较贴近,掌握起来也方便。还有就是,可以有效提高大学生的物理学习热情,从而影响他们对本专业的学习兴趣,教学质量也会进一步提升。
  比如,我们以生物系的学生为例,在讲解大学物理的电学知识时,就可以比较自然地将生物物理知识穿插进去,以生物神经网络研究大脑记忆、识别功能的基本模型为例。作为人类,大脑的神经元已经达到了1010这个数量级,大脑功能通过神经元反馈、传递神经递质间的电脉冲信号,最明显的表现就是人的联想记忆。由此我们可以通过计算机模拟人的神经网络模型,以物理方法演示人类大脑工作机制,这样就可以很好渗透到大学物流教学中。细言之,教师在课堂上为了给学生展示Hopfield神经网络的联想记忆功能,可以将一个小于100行的Fortan程序来举例。从人工智能层面来讲,这正是不少科学家不懈追求的目标。关于这方面的研究还有待进一步挖掘,而在这个领域工作,扎实的物理学能力以及生物学背景是必不可少的。渗透进神经网络知识,生物专业的学生就可以深刻认识到在物理学中他们的生物学特征是怎样通过编码、计算机演示体现出来,这就有助于让他们懂得物理知识学习的重要性,明白生物物理对他们以后的学习有着更好的影响。
  再如,对于有生物和医学背景的学生来说,可以将物理、生物、医学三个学科交叉知识介绍给学生,以此引导学生了解现代科学发展让学科间的交叉融合越来越紧密,细化越来越繁多,所以掌握好跨学科知识对大学生的专业发展是很重要的。[3]以物理中的光学知识为例,教师可以的渗透内容可以选择“以激光共聚焦扫描显微镜实现医疗诊断先进性”来阐述。在国企的生物体研究或者医学诊断里,通常都是使用离体的生物组织切片这种方法,并分析特定的染色,如果利用激光共聚焦显微镜来达到共聚焦断层扫描,就可以无损检测大块组织或者活体,深度聚焦对步进电机控制以及扫描断层来宗族光学切片,还能够三维重建生物组织,使之立体化。并在这个基础上根据荧光探针标记,定位、定性、定时、定量分析细胞内的微细结构以及离子动态变化。又比如,对于电信专业或者电子专业的学生来说,则可以将IPv6等新互联网技术渗透进去。
  三、结语
  总的来说,教师可以按照自身科研情况和学生的专业知识体系来选择相关的交叉学科知识融入到大学物理教学中。关于大学物理教学中交叉学科知识的渗透涉及很多,在此不一一赘述,不过,根据教学实践来讲,物理教学中交叉学科知识渗透的深浅应该按照教学实情来选择,交叉知识的更新需因人而异,让教师有更多的发挥空间。在大学物理课程学习中,交叉学科知识应该作为一种专业知识的延伸,可以有效帮助学生探究知识的新领域,从而让他们实现全面发展,提高其科学探索兴趣,为大学物理课程的学习提供强劲的动力。
  参考文献:
  [1]王建华.交叉学科大学物理及试验教学改革[J].沈阳大学学报(社会科学版),2013,15(4):504
  [2]庞绍芳、张永元.交叉学科背景下的“大学物理”教学改革初探[J].课程教材改革,2012,(237):85
  [3]石少波、郭力.大学物理教学渗透交叉学科知识的实践与思考[J].长春师范学院学报(自然科学版),2010,(3):121
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