大學物理與理工科學生科學素質(zhì)的培養(yǎng)

金虎

(廣東科技學院 機電工程系，廣東東莞 523083)

1 大學物理教育與素質(zhì)教育的關系

當今社會對人才的要求可概括為厚基礎、寬口徑、強能力、高素質(zhì)，而高等教育的根本任務就是要培養(yǎng)和造就高素質(zhì)的專門人才。大學物理作為理工科專業(yè)的一門重要基礎課程，一方面要求通過對它的學習能為學生較系統(tǒng)地打好必要的物理基礎，為后續(xù)課程及更深層次的學習做準備，另一方面更強調(diào)對學生科學素質(zhì)的培養(yǎng)［1］。利用物理學本身的特點，可以對學生進行科學思維及科學方法的訓練，培養(yǎng)學生嚴密的邏輯思維能力、空間想象能力和動手操作能力，使學生在科學精神、科學方法、意志品德等方面得到熏陶，以提高學生的科學素質(zhì)。素質(zhì)教育不單要求要對學生進行知識教育，而且還要把培養(yǎng)學生的能力作為教育的重點，通過大學物理的學習，可使學生具有科學精神和科學態(tài)度，掌握科學分析問題、思考問題和解決問題的方法，提高創(chuàng)新能力，最終使自身的科學素質(zhì)得到提高，成為創(chuàng)新型人才［2］。大學物理教育的目標之一就是要培養(yǎng)具有這種科學素養(yǎng)的合格大學生。

物理學是研究物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)，物質(zhì)之間的相互作用，物質(zhì)最基本和最普遍的運動形式以及相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學科［3］。對物理學學習的過程實際上是培養(yǎng)學生科學技能的過程，所以說大學物理也是一門素質(zhì)教育課?？茖W素質(zhì)培養(yǎng)的核心是科學能力，物理學理論體系的建立過程就運用了邏輯思維和非邏輯思維的方法，充分展現(xiàn)了科學素養(yǎng)的各個要素，其例可謂舉不勝舉。比如在大學物理的教學過程中，學生接觸到的第一個理想化模型是“質(zhì)點”，通過向?qū)W生講解“質(zhì)點”的概念，介紹建立理想化模型的思想和方法，使學生理解利用理想模型能夠排除非本質(zhì)因素的干擾，舍棄次要因素和無關因素，突出反映事物的本質(zhì)特征，從而使物理現(xiàn)象或過程得到簡化和處理，這樣不僅可以使學生更好地理解“質(zhì)點”的概念，還可以讓學生深刻的領會到建立理想化模型不僅是一種重要的研究方法，而且是從簡單研究過渡到復雜研究的一種手段［4］。在實際生活中物理問題往往都較復雜，它是由多個簡單問題組合而成，只有真正掌握了物理學的基本概念，物理學處理問題的基本方法，才能把復雜問題分解成簡單問題，進而解決問題 (如平面簡諧波的合成與分解)，這正是在實際的實踐中分析問題、解決問題的過程。再如在講授萬有引力定律時，通過介紹卡文迪什當年是如何測定引力恒量的扭秤實驗，使學生深刻認識到這一經(jīng)典實驗中所包涵的物理方法和物理思想的火花，同時適時簡單介紹黑洞的相關知識，讓學生對這一未知領域充滿探究之心。在講授電磁學部分時，還可以給學生介紹富蘭克林和法拉第的故事。富蘭克林出身于一個普通工人家庭，因家中有十個小孩，生活困難，他一生只在小學讀過兩年書，十二歲起就在印刷廠當童工，可學習從未間斷，他冒著生命危險做了著名的“費城實驗”，第一次告訴人們天電與地電的一致性，由于他在電學方面的卓越貢獻，被稱為是“電學之父”，他還是美國“獨立宣言”的起草人之一，一生有許多榮譽和頭銜，可他為自己寫的墓志銘是“印刷工富蘭克林”。無獨有偶，法拉第的故事同樣感人，法拉第自幼家境貧寒，一生中幾乎沒有受過什么正規(guī)的學校教育，很小就到書店做學徒，但是他利用業(yè)余時間廣泛閱讀科學書籍，立志從事科學事業(yè)，他通過自己的勤奮好學和豐富的想象力，經(jīng)過多年的艱苦努力，終于用實驗揭示了電磁感應的本質(zhì)。法拉第一生致力于科學研究，從不貪圖虛榮，成名之后世界各國贈給他的各種學位頭銜達九十四個，而他卻把所有的榮譽和獎章都收藏起來，連最親近的朋友都未見過。兩位大師的自學成才本身就是一個勵志的榜樣，而他們高尚的品格更值得我們學習。通過這些事例，不僅可以培養(yǎng)學生的科學思想和科學方法，更有助于引導學生樹立正確的人生觀和價值觀。

物理學隨著人類社會實踐的發(fā)展不斷豐富、完善與進步，目前已成為促進社會生產(chǎn)力不斷提高的重要學科，在人類社會不斷前進的道路上，物理學還將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，物理教育對培養(yǎng)學生的科學思想、科學方法和科學態(tài)度并引發(fā)學生的創(chuàng)新意識和研究能力，提高學生的科學素質(zhì)有著不可替代的重要作用。

2 目前普遍存在的一些問題

從學生方面講，在高校擴招后的大背景下，尤其是一般普通院校、獨立學院、民辦高校，普遍存在學生學習態(tài)度不夠端正、基礎較差的問題，有些還是文科生 (報考了文理兼收的專業(yè))，他們對學習大學物理課程的重要性認識不足，普遍認為物理難學，缺乏學習興趣，學習動力不夠，甚至有些同學在中學時就沒有學好，對物理課的學習有厭煩情緒，雖然教師在教學上投入了大量的精力，付出了艱辛的勞動，但教學效果不佳。還有些學生學習方法不當，普遍存在以為背會一些公式和定律就學會了物理學，遇到問題時生搬硬套，對物理基本概念的理解、物理規(guī)律的掌握以及靈活運用比較困難，不會自學。要知道大學物理與中學物理是兩個不同的學習階段，其主要區(qū)別一是內(nèi)容加深了，要求提高了，大學物理的學習更側(cè)重于概念的深刻理解和靈活應用，尤其是一些概念的掌握往往要經(jīng)過一段時間的消化才會真正領悟，同時由于用到了矢量、微積分［5］，對運算能力、推理能力的要求也比中學要高很多;二是速度快了，大學物理內(nèi)容較多，學時又少 (有的學校只有90學時左右)，教師課堂上不可能對每個問題、每個細節(jié)都像中學時反復強調(diào)和練習，而經(jīng)常是兩節(jié)課內(nèi)講授了大量內(nèi)容，需要學生課后花一定時間去整理和復習，而學生在中學學習時對教師的依賴性較強，進入大學后不能很快適應大學的學習過程。隨著知識積累的越來越多，學生只有通過主動預習、練習、復習等環(huán)節(jié)，才能掌握和鞏固所學內(nèi)容，如果不注重自學能力的培養(yǎng)，沒有充分發(fā)揮自身的主觀能動性，學習成績自然會下降。

從教師方面講，一是教學方法單一，實踐環(huán)節(jié)不足。從教學方法來看，普遍存在以教師滿堂灌為主，不注重與學生的交流，即教師在傳授知識時采用“注入式”教學方法，忽視學生主觀能動性的發(fā)揮，缺乏自主探究式學習，養(yǎng)成學生坐享其成，不積極思考，被動接受的壞毛病，這樣不利于培養(yǎng)學生獨立分析問題、解決問題的能力。二是有部分教師仍采用照本宣科的傳統(tǒng)教育模式，把概念、定律、原理講完就算完成了教學任務，不能體現(xiàn)素質(zhì)教育特點。另在實驗教學方面盡管不同專業(yè)開設了一定數(shù)量的大學物理基礎實驗，但由于多方面的原因，開放性實驗、研究和設計性實驗非常少，對學生觀察能力、實驗能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)明顯不足，理論聯(lián)系實際不夠，從教學原則上看，完全忽視了學生的個體差異，不能做到因材施教。

綜上所述，大學物理的教學在教學目標、教學方法、教學模式、教學內(nèi)容等方面均存在一些問題，這種教學現(xiàn)狀嚴重制約教學質(zhì)量的提高，因此大學物理的教學改革勢在必行。而如何將傳授知識、培養(yǎng)能力與提高素質(zhì)融為一體仍是當前許多大學課程教學改革的主題，關于這一問題，筆者結(jié)合多年來的教學實踐，就如何在大學物理教學中改變傳統(tǒng)教學模式，將素質(zhì)教育滲透其中提幾點建議。

3 就如何通過大學物理的教學提高學生科學素質(zhì)提幾點建議

1)加強興趣的培養(yǎng)，因為興趣是最好的老師。興趣對于學生學習任何一個學科都是非常重要的，學生剛開始學習時沒有興趣并不可怕，可怕的是因為沒有興趣而消極抵制。興趣可以培養(yǎng)，先天就有固然很好，但后天的培養(yǎng)同樣重要。在教學中教師可以結(jié)合課本把知識向課外延伸，多講一些日常生活中的物理現(xiàn)象，使學生感覺深奧的物理就在他的身旁，例如在學習力學部分時可問學生“結(jié)為什么能打的牢?”，在學習熱學部分時可問學生“為什么水能澆滅火?”，在學習電磁學部分時可問學生“閃電值多少錢?”等等，這樣可以吸引學生課外閱讀，不斷提出問題，達到主動學習，進而產(chǎn)生興趣。只有使學生對學習物理產(chǎn)生了興趣，大學物理的課堂氣氛才能活躍，學生的學習才能是積極主動的而不是消極被動的，這不僅有助于師生之間的交流，而且有利于將教學效果最優(yōu)化，達到教學相長，完成以傳授知識為目的向以知識傳授與能力培養(yǎng)并重的方向轉(zhuǎn)移，努力做到傳道授業(yè)解惑與全方位的素質(zhì)培養(yǎng)相結(jié)合。

2)結(jié)合多媒體技術的應用，提高學生對物理學習的積極性。以往傳統(tǒng)的教學語言是“板書”，這種模式有利于學生對教學內(nèi)容的理解，但是一些實驗現(xiàn)象不能充分地體現(xiàn)出來，適當使用多媒體技術輔助教學，不僅可以形象生動地展示課堂上演示不了的實驗，而且還可更加直觀地展現(xiàn)物理規(guī)律和物理現(xiàn)象，使難教的教學內(nèi)容變得易教、易學。例如在學習熱學的分子運動速率分布時，要用到概率與統(tǒng)計的知識，由于此時高等數(shù)學可能還沒有講到這部分內(nèi)容，學生通常難以理解，此時如果利用多媒體播放伽爾頓板的實驗短片，就能直觀地把統(tǒng)計規(guī)律展示出來，使學生不需要復雜的數(shù)學知識也能夠理解分子運動速率的統(tǒng)計規(guī)律。在講授角動量守恒定律時，可以通過給學生播放花樣滑冰和跳水的視頻資料，使學生在欣賞美的同時感受到物理在現(xiàn)實生活中的應用。

3)物理教育可以很好地培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和科學懷疑精神。教師在進行物理教學時要創(chuàng)設良好的教學情境，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，努力開拓學生的創(chuàng)新思維，積極鼓勵學生的創(chuàng)新行為。在教學過程中多滲透一些現(xiàn)代物理學的知識［6］，如:混沌、廣義相對論、納米技術、信息技術、核能與核能技術、航天與空間技術、激光技術等，把理論知識和科學思維有機結(jié)合起來，就一些當代比較前沿的理論和一些有爭議的問題，既講主流觀點也列出一些不同看法，讓學生自己判別，以激發(fā)學生積極思考。另外教師要使學生形成這樣的觀念:即便是像牛頓這樣的偉大物理學家，都有過不正確的認識，更何況我們，所以要敢于懷疑，老師講的話是可以討論和批判的，書本中的內(nèi)容也是可以修改的，不要迷信書本。

4)教師在教學中講物理學理論會給學生以知識，但講物理學史會給學生以智慧。無疑知識是重要的，但智慧更為重要。教師不僅要善于運用邏輯手段去講授物理學理論，還要善于對物理知識作出歷史的敘述，把著眼點放在物理學中的發(fā)現(xiàn)、推理及概念形成的過程上，有意識地對學生進行物理思想和方法的滲透，例如講狹義相對論時，有不少學生感覺頭痛，不好理解，教師可以通過還原愛因斯坦創(chuàng)建狹義相對論的歷史過程，追溯狹義相對論的形成背景，了解愛因斯坦的思想和所用的方法，就能在教學中做到深入淺出，講深講透。如果教師能把知識的產(chǎn)生過程引入教學并與知識融為一體，既可以使學生了解所學物理知識的來龍去脈，在知識的遞進發(fā)展中，在與錯誤或不完善觀念的對比中加深對知識的理解與掌握，同時還能讓學生在此過程中切身體會到科學發(fā)展的艱難曲折，學習到物理學家們在紛繁復雜的科學實踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的思維方式，以提高自身的科學素質(zhì)。

總之，在大學物理教學中進行素質(zhì)教育，就是要求教師從單純傳授理論知識走向與培養(yǎng)能力相結(jié)合，使學生從單純獲取知識走向?qū)W會查找和使用知識，從學習掌握舊有的知識向具有創(chuàng)新意識和能力的方向發(fā)展。大學物理教育要想在培養(yǎng)高素質(zhì)人才方面發(fā)揮其特殊作用，還需大家共同努力。

［1］秦吉紅，梁穎．在大學物理教學中應加強科學素養(yǎng)的案例剖析［J］．大學物理，2015，34(2):15－18．

［2］李宏榮，王小力，田蓬勃，等．以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標的大學物理教學改革［J］．中國大學教學，2013(8):19－21．

［3］羅圓圓，吳評．大學物理［M］．北京:高等教育出版社，2010．

［4］胡林．大學物理教學中重視物理學思想和研究方法［J］．云南大學學報:自然科學版，2010，32(S1):273－275．

［5］濮春英，周大偉．大學物理教學中學生創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)［J］．南陽師范學院學報，2014，13(3):47－48．

［6］嚴燕來，葉慶好．大學物理拓展與應用［M］．北京:高等教育出版社，2002．