加強(qiáng)科學(xué)素質(zhì)教育，建設(shè)省級(jí)精品課程

吳 平 楊雁南 許秋生

（南京航空航天大學(xué)理學(xué)院，江蘇 南京 210016）

1 引言

物理學(xué)是科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，在培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思維和科研能力等方面，是其他課程無(wú)法取代的.隨著時(shí)代的發(fā)展，大學(xué)物理這門(mén)基礎(chǔ)課程如何在學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)等方面發(fā)揮其應(yīng)有的作用，以適應(yīng)人才培養(yǎng)的需要，是近年來(lái)各高校研究和探討的重要課題.

眾所周知，近代物理學(xué)的誕生和發(fā)展，使人類(lèi)的認(rèn)識(shí)由宏觀(guān)進(jìn)入到微觀(guān)和宇觀(guān)，帶動(dòng)了現(xiàn)代自然科學(xué)各個(gè)學(xué)科的全面深入發(fā)展，導(dǎo)致20世紀(jì)激光、核能、半導(dǎo)體和計(jì)算機(jī)四大發(fā)明以及光信息、核技術(shù)、微電子和信息技術(shù)等新興工業(yè)的崛起，大大推進(jìn)了人類(lèi)文明的進(jìn)程.但長(zhǎng)期以來(lái)，高校的物理教育在教學(xué)內(nèi)容上還是以經(jīng)典物理學(xué)為主，而形成于20世紀(jì)初的近代物理學(xué)，以及20 世紀(jì)以來(lái)發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)則涉及較少.這對(duì)大學(xué)生的現(xiàn)代科學(xué)觀(guān)的形成、科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是不利的.有調(diào)查表明，大學(xué)生對(duì)科學(xué)技術(shù)具有比較廣泛的興趣，但對(duì)高新科學(xué)技術(shù)知識(shí)了解較少，對(duì)高新科技領(lǐng)域的科學(xué)術(shù)語(yǔ)與原理理解較差［1］.因此，隨著科學(xué)的發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容的更新和現(xiàn)代化是必須的［2］.

在這樣的背景下，我們從2000年開(kāi)始，對(duì)部分專(zhuān)業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)的內(nèi)容和體系進(jìn)行改革，加強(qiáng)近代物理和高新技術(shù)的教學(xué)，開(kāi)設(shè)了“近代物理與高新技術(shù)”、“近代物理實(shí)驗(yàn)”等系列課程，取得了較好的成效，2010年課程被選為江蘇省高校精品課程.

2 以現(xiàn)代教育思想為指導(dǎo)，構(gòu)建科學(xué)素質(zhì)教育系列課程

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，物理學(xué)在歷史上一直是處于主導(dǎo)地位的，在21世紀(jì)仍將處于主導(dǎo)地位，它的作用將會(huì)更加突出［3］.20世紀(jì)以來(lái)，近代物理學(xué)的原理和方法得到快速的發(fā)展，并在高新技術(shù)中得到普遍的應(yīng)用.值得注意的是，對(duì)眾多的20世紀(jì)以來(lái)形成的物理理論知識(shí)，在一般的理工科專(zhuān)業(yè)的后續(xù)課程中已不再涉及，而這些內(nèi)容恰是學(xué)習(xí)新理論、新知識(shí)和新技術(shù)的基礎(chǔ)，它們是人才科學(xué)素質(zhì)中重要的要素，是當(dāng)代高素質(zhì)人才知識(shí)結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)部分，也是新形勢(shì)下進(jìn)行科學(xué)研究、知識(shí)創(chuàng)新、高新技術(shù)開(kāi)發(fā)所必備的科學(xué)素質(zhì)的一個(gè)重要部分.因此，加強(qiáng)近代物理與高新技術(shù)課程的建設(shè)，對(duì)于培養(yǎng)適應(yīng)新形勢(shì)、具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)科技人才具有重要的意義.

自2000年開(kāi)設(shè)近代物理與高新技術(shù)課程以來(lái)，我們以素質(zhì)教育、通識(shí)教育等現(xiàn)代教育思想為指導(dǎo)，注重發(fā)揮物理學(xué)在素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)方面具有的獨(dú)特作用，以近代物理的基本思想、基本方法及其在高新技術(shù)中的應(yīng)用為主線(xiàn)，針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生，開(kāi)展了“近代物理與高新技術(shù)”課程的建設(shè).在經(jīng)典物理課程之后，開(kāi)設(shè)了“近代物理與高新技術(shù)Ⅰ”、“近代物理與高新技術(shù)Ⅱ”，在“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程之后開(kāi)設(shè)“近代物理實(shí)驗(yàn)”課程，構(gòu)建起加強(qiáng)本科生科學(xué)素質(zhì)教育的系列課程.其中“近代物理與高新技術(shù)Ⅰ”面向航空主機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，涵蓋了量子論、相對(duì)論、激光物理與技術(shù)、紅外物理與技術(shù)、非線(xiàn)性物理、材料科學(xué)與技術(shù)、新能源等方面的教學(xué)內(nèi)容，具有一定的航空航天特色.“近代物理與高新技術(shù)Ⅱ”面向電子信息技術(shù)類(lèi)的學(xué)生，涵蓋了量子論、相對(duì)論、固體物理、半導(dǎo)體物理、微電子技術(shù)等方面的教學(xué)內(nèi)容，具有電子信息特色.

在課程建設(shè)中，我們認(rèn)識(shí)到近代物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)和掌握近代物理基本理論和方法的重要手段，可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用近代物理的基本原理、基本方法的能力，初步掌握近代物理和高新技術(shù)中的一些基本實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)手段.因此，我校利用“211工程”項(xiàng)目建設(shè)了近代物理實(shí)驗(yàn)室，在原子核物理、原子物理、低溫物理、磁共振技術(shù)、微波技術(shù)、譜線(xiàn)分析、相對(duì)論、光信息處理、光纖通信等方面建立起基本的實(shí)驗(yàn)手段，為適應(yīng)培養(yǎng)新世紀(jì)高科技人才的要求提供了基本的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，面向理工科專(zhuān)業(yè)的學(xué)生開(kāi)設(shè)了“近代物理實(shí)驗(yàn)”課程.

3 關(guān)注科技發(fā)展前沿，不斷更新教學(xué)內(nèi)容

物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，與科學(xué)和技術(shù)有著密切的關(guān)聯(lián)作用.在近代物理與高新技術(shù)課程教學(xué)中，不斷將科技發(fā)展的前沿知識(shí)引入課堂是十分重要的，這樣有助于學(xué)生了解科學(xué)技術(shù)的新概念和新思想，拓展學(xué)生的想象空間，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力［4］.

在“近代物理與高新技術(shù)Ⅰ”課程的教學(xué)中，我們將激光武器、紅外探測(cè)與隱身、巨磁阻材料、清潔能源等方面的發(fā)展和成果介紹給學(xué)生，并且注意本校學(xué)生的專(zhuān)業(yè)方向特點(diǎn)，教學(xué)中結(jié)合航空航天方面的高新技術(shù)發(fā)展的事例，引起了同學(xué)們的極大興趣，如高能激光、激光制導(dǎo)、激光推進(jìn)，飛機(jī)和火箭等飛行器的紅外輻射特征及其隱身技術(shù)等，使課程既具有強(qiáng)烈的時(shí)代氣息，又具有航空航天特色.圖1是飛行器的紅外輻射特征教案的部分截圖.在“近代物理與高新技術(shù)Ⅱ”課程教學(xué)中，我們注意加強(qiáng)半導(dǎo)體物理與微電子技術(shù)的教學(xué)，并將最新的微電子制備技術(shù)和測(cè)試分析技術(shù)介紹給學(xué)生.在“近代物理實(shí)驗(yàn)”課程上，注重使學(xué)生初步掌握近代物理和高新技術(shù)中的一些基本實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)手段，以適應(yīng)培養(yǎng)新世紀(jì)高科技人才的要求.

圖1 教案部分截圖

4 把握本科教學(xué)特點(diǎn)，因材施教實(shí)施課程教學(xué)

由于專(zhuān)業(yè)方向的差異，非物理學(xué)類(lèi)的本科生在近代物理教學(xué)上存在著數(shù)理基礎(chǔ)課程不相適應(yīng)的問(wèn)題，因而給近代物理課程的教學(xué)帶來(lái)一定的困難，這也是長(zhǎng)期困擾高校大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化改革的一個(gè)重要因素.

在開(kāi)展“近代物理與高新技術(shù)”課程教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)教學(xué)對(duì)象為大二、大三學(xué)生的特點(diǎn)，我們認(rèn)真分析研究了他們已接受的數(shù)學(xué)、物理等方面課程學(xué)習(xí)的情況，精心編寫(xiě)出版了《近代物理與高新技術(shù)》教材，從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，實(shí)施因材施教，注意不過(guò)多地涉及高深理論和技術(shù)細(xì)節(jié)，不強(qiáng)調(diào)理論的系統(tǒng)性和完備性，力求采用普通物理學(xué)的教學(xué)方法（即所謂的“普物化”），適當(dāng)鋪墊一些理論過(guò)程，既有一定的深入又不至于太難，既要淺出又不流于膚淺，使課程教學(xué)的深度、廣度、進(jìn)度適合學(xué)生的知識(shí)水平和接受能力，使學(xué)生初步了解近代物理學(xué)和高新技術(shù)中的基本概念和方法、近代物理對(duì)高新技術(shù)的作用、當(dāng)代高新技術(shù)的發(fā)展等，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力，為學(xué)生適應(yīng)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展打下基礎(chǔ).

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，由于同學(xué)們相關(guān)理論課程的學(xué)習(xí)較少，我們就采取實(shí)驗(yàn)前補(bǔ)習(xí)的方法，根據(jù)所開(kāi)設(shè)的近代物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，集中對(duì)實(shí)驗(yàn)中涉及到的理論、原理等進(jìn)行簡(jiǎn)明、通俗的講解，以使同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中能夠理解實(shí)驗(yàn)原理和方法.

5 采用多媒體教學(xué)手段，提高課堂教學(xué)效果

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，集多種媒體技術(shù)于一身的計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)進(jìn)入課堂.計(jì)算機(jī)多媒體手段可以表現(xiàn)小到微觀(guān)粒子、大到宇宙的客觀(guān)世界，因而在近代物理和高新技術(shù)的教學(xué)中，可以發(fā)揮出獨(dú)特的效果.

在課程建設(shè)過(guò)程中，針對(duì)課時(shí)較少和近代物理現(xiàn)象難以觀(guān)察的特點(diǎn)，我們積極地將多媒體教學(xué)手段引入到教學(xué)中，發(fā)揮多媒體技術(shù)可以表現(xiàn)小到微觀(guān)粒子、大到宇宙的客觀(guān)世界的優(yōu)勢(shì)，充分利用視頻、插圖、照片等多媒體技術(shù)，繪制插圖、收集照片、剪輯制作視頻，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，將文字、公式、插圖、動(dòng)畫(huà)、照片、視頻等信息有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，表現(xiàn)出傳統(tǒng)教學(xué)手段難以表現(xiàn)的現(xiàn)象、概念和過(guò)程，既能使學(xué)生加深對(duì)內(nèi)容的理解，又增大了教學(xué)信息量，增加了課堂的趣味性，提高了教學(xué)效果.在10年的教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)不斷修改、完善，我們制作的電子教案趣味盎然，生動(dòng)活潑，現(xiàn)在在整個(gè)課堂教學(xué)中都采用多媒體教學(xué)，受到了學(xué)生的歡迎.圖2為材料科學(xué)與技術(shù)電子教案的部分頁(yè)面.

圖2 多媒體電子教案

通過(guò)多年的教學(xué)積累，現(xiàn)在已經(jīng)初步建立起教學(xué)圖片、教學(xué)視頻的多媒體資料庫(kù)，為發(fā)揮計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)信息量大、生動(dòng)活潑的特點(diǎn)打下了基礎(chǔ).

6 建設(shè)課程教學(xué)網(wǎng)站，滿(mǎn)足個(gè)性化教學(xué)的需要

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)實(shí)踐科學(xué)結(jié)合的一種教學(xué)形態(tài)，它從手段和形式上改變了傳統(tǒng)教學(xué)，使得教學(xué)過(guò)程更加開(kāi)放、更加便捷，使個(gè)性化學(xué)習(xí)成為現(xiàn)實(shí).

在課程建設(shè)過(guò)程中，課程教學(xué)網(wǎng)站的建設(shè)是重要內(nèi)容之一.我們制作了“近代物理與高新技術(shù)”課程教學(xué)網(wǎng)站（見(jiàn)圖3），其內(nèi)容包括：課程介紹（包括師資隊(duì)伍、課程大綱、考核方法等）、電子教案、作業(yè)習(xí)題、視頻資料、教學(xué)錄像、實(shí)驗(yàn)介紹、閱讀資料等.除了在課堂上引入科技發(fā)展前沿知識(shí)外，我們還及時(shí)收集科技發(fā)展動(dòng)態(tài)、最新成果等信息，編入閱讀材料，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以下載教學(xué)資料，觀(guān)看相關(guān)視頻，閱讀相關(guān)資料，從而加深了對(duì)課程內(nèi)容的理解，擴(kuò)大了視野，收到了很好的效果.

圖3 課程教學(xué)網(wǎng)頁(yè)

7 結(jié)語(yǔ)

“近代物理與高新技術(shù)”系列課程的建設(shè)，其目的是培養(yǎng)工科大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，使學(xué)生初步理解近代物理和高新技術(shù)的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法，接受科技前沿信息和知識(shí)，形成現(xiàn)代的、科學(xué)的自然觀(guān)，為適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展打下基礎(chǔ).實(shí)踐表明，近代物理和高新技術(shù)的教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力具有顯著的作用.

［1］王冰.大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和對(duì)科學(xué)技術(shù)態(tài)度的調(diào)查與分析［J］.黑龍江高教研究，2008，（6）：111～113

［2］盧德馨.大學(xué)物理學(xué)研究性教學(xué)（續(xù)）［J］.物理與工程，2004，14（2）：1～4

［3］吳百詩(shī).再談工科大學(xué)物理教材改革問(wèn)題［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2003，（2）：35～36

［4］張德啟，錢(qián)懿華，吳永熙.大學(xué)物理教學(xué)中科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)［J］.高等理科教育，2001，（5）：56～60