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摘要:大学物理是高等学校的一门重要的基础课,对培养创新型人才起着重要作用,但当前应用型本科大学物理课程教学内容和教学方法存在很多问题,因此本文以徐海学院为例,探讨应用型本科大学物理课程教学模式的改革与实践。
关键词:独立学院;大学物理;教学改革
前言
应用型本科教育在我国的发展是近几年的事,它是随着社会经济发展,随着高等教育由“精英教育”向“大众化教育”转变应运而生的。发展应用型本科教育既是社会经济、科技发展的要求,也是教育发展的要求,有利于更加合理地调整高等教育的结构。
徐海学院是教育部批准的全日制普通本科学校,是中国矿业大学以新机制举办的独立学院,它在办学理念和人才培养上的定位是非常明晰的。即坚持“学而优则用,学而优则创”的办学理念,以“培养德智体美全面发展,宽基础、精专业、重实践、强能力、高素质的应用性、创新型、国际化高级技术人才”为人才培养目标。
徐海学院成立之初,大学物理课程教学移植了学院母体的教学模式。但是对于以应用性为办学指导思想的普通应用型本科院校来说,这种移植过来的大学物理教学模式能否体现“应用型”?是否能够适应应用型人才培养目标?能否适应学院的学生实际呢?进入新世纪以来,社会上对大学物理教育有一种倾向,认为大学物理教学应向纵深方向发展,内容越深越好,越专越好。这对那些研究型大学的人才培养来说是合适的,然而对于应用型大学的人才培养来说,则是有问题的。这是因为,应用型大学面对新世纪不断扩招,一大批中学毕业的新生升入高一层次的大学,在招进的大量学生中,有许多是基础打得不够扎实,学习能力不是很强,学习的自主性还不够高的学生。再加上现在高考制度,高中面对高考的应试教育,中学物理教学不断弱化,结果使普通大学招进的新生中,许多学生物理基础显得不够扎实,甚至有的物理基础极其薄弱。
因此,针对应用型大学的学生状况和应用型人才培养目标,应用型本科院校大学物理课程教学既不能照搬高水平母校的教学模式,更不能弱化大学物理在应用型本科院校的地位,而应该通过深入研究,探索适合于应用型本科院校的大学物理课程教学模式。
一、《大学物理》课程教学模式改革
根据徐海学院制订的“应用性、创新型、国际化高级技术人才”培养目标,结合应用型本科院校的学生状况,本着加强基础性、拓宽知识面的原则,在分析原有物理教学内容的基础上,我们提出物理教学内容和教学方法改革主要在以下几个方面。
1.调整原有教学体系。为了使大学物理课程适应应用型本科院校的具体要求和实际需要,结合徐海学院自身的实际情况,我们认为有必要对原有大学物理课程教学体系进行适当调整,使之符合应用型本科物理的教学要求。例如,在原来的物理教材中,力学这部分教学内容常按照质点运动学、牛顿定律、动量守恒定律、能量守恒定律、角动量守恒定律这样的顺序分三章来讲授。我们认为,可将相关内容合并集中到两个章节中去讲,如将质点运动学、牛顿定律合并成作为力和运动一章来讲授。动量守恒定律、能量守恒定律、角动量守恒定律这三大守恒定律合并成一章。这样物理内容在结构体系上更加合理。再如,在原教材中,振动与波动两部分教学内容不包含在力学部分教学,而是放入到光学部分与光学合在一起构成一个整体教学单元。这样的体系虽然有一定的道理,但这样做的结果割裂了振动与波动同力学的关系,使得力学体系构成不完整。此外,依照原来的顺序,电磁学部分的内容也被打乱,将其中有关电磁振荡和电磁波等内容归于振动与波动部分,这样的体系看似强调了物质运动的共性,但却忽视了教学内容的连续性,使得教学内容散乱,不利于学生学习。我们认为,可将振动与波动两部分教学内容归到力学部分教学,电磁振荡和电磁波两部分教学内容仍归到电磁学部分,这样物理内容在结构体系上更加合理、更完整。另外,由于相关内容集中,也便于实际教学。在教学内容上,既要顾及到由浅入深,由个别到一般的认识规律,又要保持教材的系统性和完整性。在概念阐释上,以清晰、准确、严谨为基本原则,注重与工程实际密切结合,不要过多涉及理论来源及深度的细节问题。在解题方法的介绍上,应采用简单的公式及推导,少用繁琐的数学理论推导,多用图示分析,力求灵活多样,以实用高效为目标。
2.优化物理教学内容。近二十年来,近代物理知识急剧膨胀,边沿学科、交叉学科不断涌现。要想把物理整体知识结构在有限的时间内传授给学生是不可能的。我们认为,教师在教学中应在原有教材基础上,针对应用型本科的学生状况,大胆创新、敢于取舍,对课堂教学内容进行优化调整。例如,可以删去理论性太强的内容,适当增加应用性内容。当然,教学内容的优化调整一定要基于原有教材,进行合理的优化,我们并不主张对原有教材进行大刀阔斧、面目全非式的改革,这样能够有利于学生在现有教材基础上学习,如果教学内容脱离教材,将会给学生学习带来极大不便。课堂教学内容的优化应该体现四个特点:浅、宽、新、用。浅:就是各物理学部分内容的知识深度、难度要浅,要求要降低;知识细节不要过多强调,练习题要求掌握基本题,难题不要求,偏题删除。如麦克斯韦速率分布律一节,可以重点讲授分子速率分布函数的意义,习题中有关速率分布函数、分布百分率的计算可以不作要求。再如,爱因斯坦狭义相对论中有关洛伦兹坐标变换、速度变换的推导可不作要求,重点讨论其意义以及它和相对论时空观的关系,而与之相关的难度较大的计算题可完全删除。宽:就是拓宽知识面,物理学内容的知识面要宽,不局限于原有的传统普通物理教学大纲的内容。讲授的知识面要“宽”,这不仅指本专业知识面(或说纵向知识)宽,而且还指横向学科之间的交叉的知识,物理做为工程技术的基础,在其发展的过程孕育了许多新的学科分支,并和其他 的学科交叉形成了许多交叉学科,因此,大学物理教学内容应有意识地将学科之间横向联系和比较的知识教给学生。在联系、比较、综合中培养学生科学思维方法,为创新能力培养打下宽厚的基础。比如,线性物理和理想化条件下的经典物理学,知识面可以扩大到近代物理学以及非线性物理学的基本概念,知识范围超出原有大学物理的要求。新:就是引进新知识,在不打乱基本大学物理教学体系的基础上,遵循物理学的发展规律更新知识,增加20世纪新发展的物理学知识。有一种观点认为教材中传统内容是千锤百炼的“精华”,不能做少许更动。实际上这是以不科学的态度来对待科学。我们必须在理论上坚信科学必然是发展的,在实践上发现传统内容中的错误或陈旧部分,提出或补充正确的、新的内容,使讲授内容更好地符合科学发展的真实进程。有机地加入新内容是必需的。很难想象以17世纪和19世纪内容为主体的教材能将学生培养成“跨世纪人才”。对于新内容的加入,必须首先经历“寻根”的过程,即要找到前沿内容在基础层次上的“根”。这样在讲授有关基础内容的时候,就可以辐射出去。尽管基础课内容相对稳定,而覆盖面又大于专业课,要变更或挑战传统内容难度非常大,事实证明是可以做得到的。适当的时间作更新对适用教材而言是必要的。比如,可以增加对称与守恒、耗散结构理论、广义相对论等内容。用:就是突出物理学的应用性,即物理学理论在工程技术、高新技术中的应用,物理学思想在哲学、世界观等方面的应用。比如,在讲授力学时,可以引导学生探讨力学模型和规律在“哥伦比亚”号航天飞机失事原因分析中的应用;在讲授热力学理论后,可以指导学生探讨喷气发动机燃料的选择;在电磁学中,可以引入电磁炮的物理原理、磁透镜等;在光学中可加入激光干涉仪、全息干涉及应用、光纤传感器等;近代物理中加入超导与磁悬浮列车、核磁共振及其医学成像原理、纳米材料及其应用等。诸如此类的物理学应用相当普遍,教师在教学中可以根据实际情况,有目的地引导学生在物理学的应用领域做一些有益的探索,得到一些有意义的结论,建立基本的科学观念、思维方式,提高分析和解决问题的能力。
3.基础知识与学科发展前沿内容并举。过去学生的学习往往是以教师“讲解式教学”和学生“接受性学习”为主。教师往往把教学理解为讲解知识、技能、概念、原理,学生往往把学习理解为习诵、模仿和做题,学生的学习是被动的。这样就会使学生只满足课本上的知识,既不利于学生进行主动性地学习,又不利于培养和开发学生的创造性能力。鉴于这种情况,教师在教学过程中可结合课程的教学内容与自己的科研工作和经历,适当地介绍学科前沿的发展情况,如对称与守恒理论、纳米粉体、薄膜等材料的力学性能、利用原子力显微镜制成的纳米硬度计、非线性力学理论、介观与原子力学等内容。这样,不仅使学生开阔了眼界,而且还培养了学生主动探索知识、应用知识、解决问题的研究性工作能力。
4.知识教育与素质教育并重。当今科学技术正朝着广泛联系、横向交叉的大趋势发展,自然科学与人文社会科学的交叉与渗透,科学精神与人文精神的交叉与渗透,已经越来越明显了。因此,教师在课程的讲授过程中对学生进行知识、能力与素质的全面培养,就成为造就高素质应用性与创造性人才、提高大学生文化素质的一个重要途径。
首先,教师在讲授的过程中,结合教学内容有机地融入物理学发展历史方面的内容(如从力学、热学到波动学,从经典物理到近代物理等),并简要地介绍与课程有关的中外科学家如玻耳兹曼、拉格朗日、麦克斯韦、洛伦兹、爱因斯坦、玻尔、普朗克、薛定谔、波恩、德布罗意、钱学森、黄昆、李振道、杨振宁等的治学精神、成才道路、研究方法和哲学思想,这将会极大提高学生的学习兴趣,激发学生的爱国热情,培养学生发现知识、创新知识的思维方式。
其次,教师在讲授的过程中,始终坚持理论联系实际的原则。如在讲授光的双缝干涉理论时,先讲授光的干涉原理,然后让学生据此设计出实验方案,最后让学生到实验室亲自做实验来验证这些理论。与此同时,教师还充分利用日常生活中的事例及启发式的教学方法引发学生的好奇心与疑问,激发他们积极思索与探讨。如在讲授光的偏振效应时,列举了某些溶液的旋转光的偏振面的例子,同时介绍了用细缝判断光的偏振面的简单方法,并让学生自己去做实验。理论同实践联系起来,进一步增强了学生对知识的理解,提高了他们的学习热情。
结束语
加强课程建设,促进教学内容和教学方法的改革,对提高应用型本科的办学水平具有重要意义。教学改革既要挣脱传统教学的束缚,又要吸取传统教学的精华,还要研究面临的新问题,任务十分艰巨。重要的是教师要统一思想、转变教学观念,逐步贯彻素质教育的新理念。
参考文献:
[1]夏兆阳,张宁.应用型大学本科物理课程教学改革研究.
[2]唐海燕,孙宝光,等.应用型本科大学物理课程教学建设与实践.
[3]谢爱娟.王家庆.应用型本科大学物理教学改革的探索与实践.
关键词:独立学院;大学物理;教学改革
前言
应用型本科教育在我国的发展是近几年的事,它是随着社会经济发展,随着高等教育由“精英教育”向“大众化教育”转变应运而生的。发展应用型本科教育既是社会经济、科技发展的要求,也是教育发展的要求,有利于更加合理地调整高等教育的结构。
徐海学院是教育部批准的全日制普通本科学校,是中国矿业大学以新机制举办的独立学院,它在办学理念和人才培养上的定位是非常明晰的。即坚持“学而优则用,学而优则创”的办学理念,以“培养德智体美全面发展,宽基础、精专业、重实践、强能力、高素质的应用性、创新型、国际化高级技术人才”为人才培养目标。
徐海学院成立之初,大学物理课程教学移植了学院母体的教学模式。但是对于以应用性为办学指导思想的普通应用型本科院校来说,这种移植过来的大学物理教学模式能否体现“应用型”?是否能够适应应用型人才培养目标?能否适应学院的学生实际呢?进入新世纪以来,社会上对大学物理教育有一种倾向,认为大学物理教学应向纵深方向发展,内容越深越好,越专越好。这对那些研究型大学的人才培养来说是合适的,然而对于应用型大学的人才培养来说,则是有问题的。这是因为,应用型大学面对新世纪不断扩招,一大批中学毕业的新生升入高一层次的大学,在招进的大量学生中,有许多是基础打得不够扎实,学习能力不是很强,学习的自主性还不够高的学生。再加上现在高考制度,高中面对高考的应试教育,中学物理教学不断弱化,结果使普通大学招进的新生中,许多学生物理基础显得不够扎实,甚至有的物理基础极其薄弱。
因此,针对应用型大学的学生状况和应用型人才培养目标,应用型本科院校大学物理课程教学既不能照搬高水平母校的教学模式,更不能弱化大学物理在应用型本科院校的地位,而应该通过深入研究,探索适合于应用型本科院校的大学物理课程教学模式。
一、《大学物理》课程教学模式改革
根据徐海学院制订的“应用性、创新型、国际化高级技术人才”培养目标,结合应用型本科院校的学生状况,本着加强基础性、拓宽知识面的原则,在分析原有物理教学内容的基础上,我们提出物理教学内容和教学方法改革主要在以下几个方面。
1.调整原有教学体系。为了使大学物理课程适应应用型本科院校的具体要求和实际需要,结合徐海学院自身的实际情况,我们认为有必要对原有大学物理课程教学体系进行适当调整,使之符合应用型本科物理的教学要求。例如,在原来的物理教材中,力学这部分教学内容常按照质点运动学、牛顿定律、动量守恒定律、能量守恒定律、角动量守恒定律这样的顺序分三章来讲授。我们认为,可将相关内容合并集中到两个章节中去讲,如将质点运动学、牛顿定律合并成作为力和运动一章来讲授。动量守恒定律、能量守恒定律、角动量守恒定律这三大守恒定律合并成一章。这样物理内容在结构体系上更加合理。再如,在原教材中,振动与波动两部分教学内容不包含在力学部分教学,而是放入到光学部分与光学合在一起构成一个整体教学单元。这样的体系虽然有一定的道理,但这样做的结果割裂了振动与波动同力学的关系,使得力学体系构成不完整。此外,依照原来的顺序,电磁学部分的内容也被打乱,将其中有关电磁振荡和电磁波等内容归于振动与波动部分,这样的体系看似强调了物质运动的共性,但却忽视了教学内容的连续性,使得教学内容散乱,不利于学生学习。我们认为,可将振动与波动两部分教学内容归到力学部分教学,电磁振荡和电磁波两部分教学内容仍归到电磁学部分,这样物理内容在结构体系上更加合理、更完整。另外,由于相关内容集中,也便于实际教学。在教学内容上,既要顾及到由浅入深,由个别到一般的认识规律,又要保持教材的系统性和完整性。在概念阐释上,以清晰、准确、严谨为基本原则,注重与工程实际密切结合,不要过多涉及理论来源及深度的细节问题。在解题方法的介绍上,应采用简单的公式及推导,少用繁琐的数学理论推导,多用图示分析,力求灵活多样,以实用高效为目标。
2.优化物理教学内容。近二十年来,近代物理知识急剧膨胀,边沿学科、交叉学科不断涌现。要想把物理整体知识结构在有限的时间内传授给学生是不可能的。我们认为,教师在教学中应在原有教材基础上,针对应用型本科的学生状况,大胆创新、敢于取舍,对课堂教学内容进行优化调整。例如,可以删去理论性太强的内容,适当增加应用性内容。当然,教学内容的优化调整一定要基于原有教材,进行合理的优化,我们并不主张对原有教材进行大刀阔斧、面目全非式的改革,这样能够有利于学生在现有教材基础上学习,如果教学内容脱离教材,将会给学生学习带来极大不便。课堂教学内容的优化应该体现四个特点:浅、宽、新、用。浅:就是各物理学部分内容的知识深度、难度要浅,要求要降低;知识细节不要过多强调,练习题要求掌握基本题,难题不要求,偏题删除。如麦克斯韦速率分布律一节,可以重点讲授分子速率分布函数的意义,习题中有关速率分布函数、分布百分率的计算可以不作要求。再如,爱因斯坦狭义相对论中有关洛伦兹坐标变换、速度变换的推导可不作要求,重点讨论其意义以及它和相对论时空观的关系,而与之相关的难度较大的计算题可完全删除。宽:就是拓宽知识面,物理学内容的知识面要宽,不局限于原有的传统普通物理教学大纲的内容。讲授的知识面要“宽”,这不仅指本专业知识面(或说纵向知识)宽,而且还指横向学科之间的交叉的知识,物理做为工程技术的基础,在其发展的过程孕育了许多新的学科分支,并和其他 的学科交叉形成了许多交叉学科,因此,大学物理教学内容应有意识地将学科之间横向联系和比较的知识教给学生。在联系、比较、综合中培养学生科学思维方法,为创新能力培养打下宽厚的基础。比如,线性物理和理想化条件下的经典物理学,知识面可以扩大到近代物理学以及非线性物理学的基本概念,知识范围超出原有大学物理的要求。新:就是引进新知识,在不打乱基本大学物理教学体系的基础上,遵循物理学的发展规律更新知识,增加20世纪新发展的物理学知识。有一种观点认为教材中传统内容是千锤百炼的“精华”,不能做少许更动。实际上这是以不科学的态度来对待科学。我们必须在理论上坚信科学必然是发展的,在实践上发现传统内容中的错误或陈旧部分,提出或补充正确的、新的内容,使讲授内容更好地符合科学发展的真实进程。有机地加入新内容是必需的。很难想象以17世纪和19世纪内容为主体的教材能将学生培养成“跨世纪人才”。对于新内容的加入,必须首先经历“寻根”的过程,即要找到前沿内容在基础层次上的“根”。这样在讲授有关基础内容的时候,就可以辐射出去。尽管基础课内容相对稳定,而覆盖面又大于专业课,要变更或挑战传统内容难度非常大,事实证明是可以做得到的。适当的时间作更新对适用教材而言是必要的。比如,可以增加对称与守恒、耗散结构理论、广义相对论等内容。用:就是突出物理学的应用性,即物理学理论在工程技术、高新技术中的应用,物理学思想在哲学、世界观等方面的应用。比如,在讲授力学时,可以引导学生探讨力学模型和规律在“哥伦比亚”号航天飞机失事原因分析中的应用;在讲授热力学理论后,可以指导学生探讨喷气发动机燃料的选择;在电磁学中,可以引入电磁炮的物理原理、磁透镜等;在光学中可加入激光干涉仪、全息干涉及应用、光纤传感器等;近代物理中加入超导与磁悬浮列车、核磁共振及其医学成像原理、纳米材料及其应用等。诸如此类的物理学应用相当普遍,教师在教学中可以根据实际情况,有目的地引导学生在物理学的应用领域做一些有益的探索,得到一些有意义的结论,建立基本的科学观念、思维方式,提高分析和解决问题的能力。
3.基础知识与学科发展前沿内容并举。过去学生的学习往往是以教师“讲解式教学”和学生“接受性学习”为主。教师往往把教学理解为讲解知识、技能、概念、原理,学生往往把学习理解为习诵、模仿和做题,学生的学习是被动的。这样就会使学生只满足课本上的知识,既不利于学生进行主动性地学习,又不利于培养和开发学生的创造性能力。鉴于这种情况,教师在教学过程中可结合课程的教学内容与自己的科研工作和经历,适当地介绍学科前沿的发展情况,如对称与守恒理论、纳米粉体、薄膜等材料的力学性能、利用原子力显微镜制成的纳米硬度计、非线性力学理论、介观与原子力学等内容。这样,不仅使学生开阔了眼界,而且还培养了学生主动探索知识、应用知识、解决问题的研究性工作能力。
4.知识教育与素质教育并重。当今科学技术正朝着广泛联系、横向交叉的大趋势发展,自然科学与人文社会科学的交叉与渗透,科学精神与人文精神的交叉与渗透,已经越来越明显了。因此,教师在课程的讲授过程中对学生进行知识、能力与素质的全面培养,就成为造就高素质应用性与创造性人才、提高大学生文化素质的一个重要途径。
首先,教师在讲授的过程中,结合教学内容有机地融入物理学发展历史方面的内容(如从力学、热学到波动学,从经典物理到近代物理等),并简要地介绍与课程有关的中外科学家如玻耳兹曼、拉格朗日、麦克斯韦、洛伦兹、爱因斯坦、玻尔、普朗克、薛定谔、波恩、德布罗意、钱学森、黄昆、李振道、杨振宁等的治学精神、成才道路、研究方法和哲学思想,这将会极大提高学生的学习兴趣,激发学生的爱国热情,培养学生发现知识、创新知识的思维方式。
其次,教师在讲授的过程中,始终坚持理论联系实际的原则。如在讲授光的双缝干涉理论时,先讲授光的干涉原理,然后让学生据此设计出实验方案,最后让学生到实验室亲自做实验来验证这些理论。与此同时,教师还充分利用日常生活中的事例及启发式的教学方法引发学生的好奇心与疑问,激发他们积极思索与探讨。如在讲授光的偏振效应时,列举了某些溶液的旋转光的偏振面的例子,同时介绍了用细缝判断光的偏振面的简单方法,并让学生自己去做实验。理论同实践联系起来,进一步增强了学生对知识的理解,提高了他们的学习热情。
结束语
加强课程建设,促进教学内容和教学方法的改革,对提高应用型本科的办学水平具有重要意义。教学改革既要挣脱传统教学的束缚,又要吸取传统教学的精华,还要研究面临的新问题,任务十分艰巨。重要的是教师要统一思想、转变教学观念,逐步贯彻素质教育的新理念。
参考文献:
[1]夏兆阳,张宁.应用型大学本科物理课程教学改革研究.
[2]唐海燕,孙宝光,等.应用型本科大学物理课程教学建设与实践.
[3]谢爱娟.王家庆.应用型本科大学物理教学改革的探索与实践.