在工科大學(xué)物理教學(xué)中實施研究性教學(xué)的體會

張國鋒

(北京航空航天大學(xué)物理科學(xué)與核能工程學(xué)院物理系 北京 100191)

1 引言

目前我國的高等教育規(guī)模不斷擴大，高等教育體制也在不斷改革中，教學(xué)中遇到了前所未有的新情況、新問題，需要當今從事教育工作的專家、學(xué)者和廣大一線教師群策群力，開創(chuàng)教育改革的新局面.在學(xué)習(xí)和貫徹科學(xué)發(fā)展觀的今天，高等教育的質(zhì)量更應(yīng)放在突出的位置上．

物理學(xué)從研究對象、研究方法、研究結(jié)果等方面都滲透在自然科學(xué)的許多領(lǐng)域，應(yīng)用于生產(chǎn)技術(shù)的各個部門，它是自然科學(xué)的許多領(lǐng)域和工程技術(shù)的基礎(chǔ)．大學(xué)物理作為必修的基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)大學(xué)生科學(xué)觀、世界觀等方面起著舉足輕重的作用.它所包括的經(jīng)典物理、近代物理和物理學(xué)在科學(xué)技術(shù)上應(yīng)用的初步知識等都是高等學(xué)校理工科學(xué)生所必備的．筆者認為大學(xué)物理課程的作用主要有兩大方面：一是系統(tǒng)地掌握科學(xué)基本理論；二是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的初步能力．學(xué)生學(xué)好大學(xué)物理課程不但對其學(xué)習(xí)其他科學(xué)課程有很重要的鋪墊作用，而且對其畢業(yè)之后從事工作以及進一步學(xué)習(xí)新理論、新知識、新技術(shù)都有深遠的影響．大學(xué)物理課的重要任務(wù)就是讓學(xué)生對課程中的基本概念、基本理論、基本方法能夠有比較全面和系統(tǒng)的認識和正確的理解，并具有初步應(yīng)用的能力．使學(xué)生開闊思路、激發(fā)探索和創(chuàng)新精神、增強適應(yīng)能力、提高人才素質(zhì)．

目前，各大專院校對大學(xué)物理課程都做了不少改革，我校物理系在這些方面也做了大量的工作．但從總體來看，這些改革大多停留在局部范圍內(nèi)，還沒有取得突破性的進展．例如，如何能夠更好地調(diào)動學(xué)生的積極性、讓教師的教學(xué)工作順暢，學(xué)生學(xué)得輕松；如何在低年級的物理基礎(chǔ)課中開展討論式、研究式教學(xué)；如何在教學(xué)中實現(xiàn)以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的師生互動；如何改革考試內(nèi)容和方式方法，使其既能檢測學(xué)生對知識掌握的情況，又能檢測能力和素養(yǎng)的高低.這些問題都還沒有找到切實可行的解決方法．

2 研究性教學(xué)實施方法

考慮到教學(xué)中存在的以上問題，在教學(xué)中實施了研究性教學(xué)模式.具體來說就是以教學(xué)模式的改革為切入口，積極推動研究性教學(xué)；積極推進討論式教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)方法和合作式學(xué)習(xí)方式．引導(dǎo)大學(xué)生了解多種學(xué)術(shù)觀點并開展討論、追蹤本學(xué)科領(lǐng)域最新進展，提高自主學(xué)習(xí)和獨立研究的能力．要讓大學(xué)生通過參與教師科學(xué)研究項目或自主確定選題開展研究等多種形式，進行初步的探索性研究工作．鼓勵學(xué)生參與科研項目，在課堂教學(xué)中給學(xué)生足夠想象空間；針對學(xué)生中存在的爭議問題給予時間和精力去解決；結(jié)合教師科研的優(yōu)勢，將一系列科研成果融入大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中．

(1)優(yōu)化授課內(nèi)容

以“基礎(chǔ)物理學(xué)”[1]精品課為基礎(chǔ)，結(jié)合我?？蒲袃?yōu)勢方向，對教學(xué)內(nèi)容進行必要的調(diào)整．以前基礎(chǔ)物理課程教學(xué)中關(guān)于流體力學(xué)章節(jié)屬于可講可不講的內(nèi)容，筆者認為對于宇航學(xué)院、航空學(xué)院等院系需要講解，針對這些院系加入了這些內(nèi)容，并給予時間讓學(xué)生就某些實際問題展開討論.再比如以前略去了熱力學(xué)第三定律.但它作為熱力學(xué)整體，還是應(yīng)該涉及的，因此在教學(xué)中給3到8 min時間的陳述.而有關(guān)熱力學(xué)統(tǒng)計的部分只要求學(xué)生了解，且不作為重點進行講解.近平衡輸運過程盡管重要，但是作為大學(xué)生大學(xué)物理教學(xué)，只是讓學(xué)生了解不作為要求；光學(xué)中對閃耀光柵也進行了刪除，而是重點講解透射光柵，讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上去自學(xué)閃耀光柵；相對論中強調(diào)建立相對論的主要思想、時空變換、質(zhì)能方程，其他內(nèi)容不作為要求；量子物理中重點闡述建立量子物理的必要性以及波粒二象性、波函數(shù)的概率解釋、尤其是固體能帶結(jié)構(gòu)盡管很重要，但是教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對能帶的推導(dǎo)覺得很枯燥，只要求學(xué)生記住某些結(jié)論，有興趣的可以自己自學(xué)；涉及現(xiàn)代物理成就的激光原理、量子隧道效應(yīng)，鼓勵大家搜集資料參看網(wǎng)絡(luò)文獻的過程中去總結(jié)．總之，教學(xué)內(nèi)容是隨著所在院系做調(diào)整，以其更能適應(yīng)將來專業(yè)課程的學(xué)習(xí)．

(2)改變授課方式

課堂教學(xué)重點是講思路、講方法、引問題、重討論．積極推進討論式教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)方法和合作式學(xué)習(xí)方式．在教學(xué)前，對微積分知識進行回顧(非常有必要)；教學(xué)中引入許多討論內(nèi)容：比如力學(xué)中均勻球殼對質(zhì)點引力的計算、剛體轉(zhuǎn)動慣量的各種求法、螺線管內(nèi)外磁場的均勻性的證明、熱學(xué)中如何很簡單地判定某一個過程的吸熱放熱情況、如何用光學(xué)原理測量光盤軌跡、如果把閃耀光柵上下顛倒，新的光柵方程怎么寫等.發(fā)現(xiàn)學(xué)生很善于思考，盡管這些問題中的大部分有些已經(jīng)有人詳細研究過，但是學(xué)生還是表現(xiàn)出了很大的熱情去找資料，弄懂資料，讓學(xué)生上講臺進行講解，沒有找到資料自己去揣摩．舉個例子：有關(guān)普氏擺的問題,宇航學(xué)院一位同學(xué)提出自己獨到的看法,并在課堂上展開了討論,學(xué)生一致認為此舉鞏固了所學(xué)理論知識,開闊了眼界；再比如量子理論學(xué)習(xí)中，筆者結(jié)合自己的研究方向?qū)δ壳把芯康臒衢T——量子計算機以及冷原子等進行了簡練描述，使得本來枯燥的微觀理論變得有滋有味，學(xué)生們在充滿好奇的情況下開始接受新的知識．

(3)改變考核方式

課外作業(yè)形式多樣，有常規(guī)作業(yè)、討論活動等．在以上有關(guān)課題討論中，適當?shù)亟o學(xué)生考核，表現(xiàn)好的在期末成績中適當體現(xiàn)；而且已經(jīng)開始實施小組討論：將全班分為幾個小組，每個小組在每學(xué)期必須進行一次講解，其內(nèi)容可以涉及所學(xué)大學(xué)物理的方方面面，也可以是某個習(xí)題的多種解法．

(4)定期邀請知名專家、教授作相關(guān)科研介紹

讓學(xué)生領(lǐng)略物理學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀、開闊學(xué)生視野、激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識．比如講到電磁學(xué)里面的有關(guān)磁介質(zhì)理論時，我們邀請了物理學(xué)院在此領(lǐng)域中有造詣的教師給學(xué)生進行了一次導(dǎo)學(xué)；在講授到量子隧道效應(yīng)時請通曉這方面的教師就掃描隧道顯微鏡進行了一次講解，盡管安排的講座很有限，但是學(xué)生表現(xiàn)出了高度的熱情，以后這種講座還要繼續(xù)下去．因某些原因沒能及時請到專家，可以讓學(xué)生在業(yè)余時間就某個自己感興趣的領(lǐng)域查找資料，在課間時間發(fā)給大家．值得一提的是我校電子信息工程學(xué)院的一位本科生，在筆者講解量子物理時引入了量子信息的介紹表現(xiàn)了很大的好奇和熱情，有強烈地探求欲望，目前在本人指導(dǎo)下做本科畢業(yè)設(shè)計，并投出了一篇SCI論文文稿．

(5)注意理論與實驗的結(jié)合為學(xué)生提供創(chuàng)新的機會

教學(xué)安排上在保持原有以“專題單元”組織教學(xué)的同時，鼓勵學(xué)生就所學(xué)知識提出獨到見解，積極聯(lián)系實驗室為其提供實驗機會．突出教學(xué)的自主性、開放性和創(chuàng)新性，逐漸形成一個理論與實驗結(jié)合，既能加強實驗基本技能訓(xùn)練，又具有強烈現(xiàn)代意識和高新技術(shù)色彩，給學(xué)生留有較大開拓空間的物理教學(xué)體系．

(6)注重教學(xué)和科研的結(jié)合鼓勵學(xué)生參與科研

依托學(xué)科優(yōu)勢，鼓勵學(xué)生在光學(xué)、理論物理、無線電物理、自動化控制等方向，參與各個課題組的教研或科研工作或者在周末時間去本系的研究室進行參觀交流．通過參與研究工作，學(xué)生在知識、能力、素質(zhì)等方面都將得到培養(yǎng)．

(7)加強協(xié)作交流積極發(fā)揮示范輻射作用

我校大學(xué)物理分為工科大學(xué)物理、理科大學(xué)物理、文科大學(xué)物理；給不同專業(yè)上課的教師定期舉行碰頭會，每個組及時反映出現(xiàn)的新問題、及時交流心得，共同為大學(xué)物理改革做貢獻；同時也相互進行聽課活動，共同進步．

3 結(jié)語

當代大學(xué)生是充滿活力的一代，對科學(xué)滿懷熱情，學(xué)習(xí)能力比較高，以往照搬教材的講課方法不能適應(yīng)他們；在課堂教學(xué)以及課后實行研究性、探索性教學(xué)是非常有用的．在北航宇航學(xué)院、計算機學(xué)院“基礎(chǔ)物理學(xué)”教學(xué)中采取了以上方法，效果很明顯，一定程度上化解了以往學(xué)生被動接受知識的局面．

參考文獻

1 鐘錫華，陳熙謀，陳秉乾，等.大學(xué)物理通用教程.北京：北京大學(xué)出版社，2001