“雙一流”建設戰(zhàn)略背景下的《數(shù)學物理方法》課程的教學改革與實踐

白龍+陳雷鳴

摘要：“雙一流”建設對于發(fā)展我國的高等教育具有里程碑意義，如何在“雙一流”建設背景下傳授“數(shù)學物理方法”知識進而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力是一個重要課題。本文著重論述了我們在此背景下就該課程做出的教學改革，旨在促進教學質量的提高和學生掌握“數(shù)學物理方法”知識的能力。

關鍵詞：“雙一流”建設；數(shù)學物理方法；創(chuàng)新

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）31-0101-02

建設世界一流大學與一流學科，是信息化和全球化時代背景下我國對高等教育作出的重大戰(zhàn)略決策?！半p一流”建設對于促進我國高等教育的發(fā)展和增強國家的自主創(chuàng)新能力具有十分重要的意義。以改革為動力和以學科發(fā)展為基礎的“雙一流”建設旨在建設一流大學和一流學科，實現(xiàn)我國高等教育的跨越式發(fā)展，進而為國家的建設培養(yǎng)一流人才。而《數(shù)學物理方法》是理工科諸多專業(yè)的一門重要基礎課程，在解決自然科學和工程技術領域問題的過程中發(fā)揮著重要作用。在國家積極推動我國高等教育的“雙一流”建設背景下，如何對《數(shù)學物理方法》課程進行深層次的教學改革進而提高教學質量是一個重要課題。為此，我們在《數(shù)學物理方法》教學過程中進行了積極探索和嘗試。

一、注重教學內(nèi)容的優(yōu)化組合

《數(shù)學物理方法》作為應用物理、光信息科學與工程、動力工程、電子信息技術等專業(yè)的一門重要基礎課程，它是在線性代數(shù)和微積分基礎上為了解決生產(chǎn)實踐過程中典型的物理問題而發(fā)展起來的。該課程旨在培養(yǎng)學生利用數(shù)學思維方法解決具體的物理問題的能力，為進一步學習后續(xù)專業(yè)課程提供必備的理論知識和數(shù)學工具。然而，目前該課程面臨內(nèi)容較多、學習起來難度較大、學時壓縮等問題。在此情況下，必須有效整合教學內(nèi)容，力求在重點突出和主次分明的前提下優(yōu)化教學內(nèi)容。針對我們使用的梁昆淼編寫的《數(shù)學物理方法》教材，我們把教學內(nèi)容分為四個部分，即復變函數(shù)基礎、特殊變換（包括傅里葉變換、拉普拉斯變換、積分變換以及保角變換）、分離變量法求解定解問題和特殊函數(shù)的應用（包括球函數(shù)、柱函數(shù)和格林函數(shù)）。在此基礎上，就每一部分的內(nèi)容再進行詳略得當?shù)闹v授，這種教學內(nèi)容進行層次清晰的優(yōu)化組合對于教與學起到了積極促進作用。

二、注重多種教學手段的運用

當今時代在某種意義上可以說是新媒體時代，新的時代背景必然要求教學手段的變革。傳統(tǒng)的“灌輸”式教學方法難以達到有效的教學目的。在使用傳統(tǒng)教學方式的同時，充分利用多媒體的可視化教學優(yōu)勢，對于富含物理背景的內(nèi)容，除了利用傳統(tǒng)方法講授外，還可以使用Matlab或者Maple數(shù)學軟件進行可視化教學，把計算結果以圖形或動畫的形式展現(xiàn)出來，使較為抽象的內(nèi)容變得直觀、生動和易于理解，既鍛煉了學生利用數(shù)學軟件解決實際問題的能力，又達到了教與學相長的效果。另外，我們建立了數(shù)學物理方法QQ群，在這個網(wǎng)絡交流平臺上，上傳了課程內(nèi)容簡介、教學大綱、教學課件PPT、習題庫以及一些拓展閱讀資料，方便學生預習和學習。通過這個交流平臺，老師與學生就教學內(nèi)容進行討論并且為學生答疑解惑，學生之間可以交流學習心得，充分發(fā)揮了網(wǎng)絡新媒體在促進教學效果方面的優(yōu)勢。

三、注重物理知識與數(shù)學方法的有機融合

最近，國際主流物理雜志Nature Physics 刊發(fā)了一個短文“Mathematics anywhere”，主要論述了數(shù)學在解決自然科學與工程技術問題的過程中發(fā)揮著重要作用，并且時刻影響著人類的生產(chǎn)與生活。數(shù)學是人類抽象思維發(fā)展的結晶，利用數(shù)學語言表達物理的基本思想及其理論不僅使數(shù)學擺脫了純粹邏輯推理的桎梏，而且煥發(fā)了勃勃生機。因此，數(shù)學是學習與研究物理問題的基本工具。在數(shù)學物理方法的教學過程中，必須使學生體會到數(shù)學邏輯推理的嚴格與嚴密性，同時注重利用解決某一物理問題而導入所學知識，注重數(shù)學在解決具體物理問題過程中發(fā)揮的作用。使學生在學習每一部分數(shù)學內(nèi)容時，都能感覺到數(shù)學在解決物理問題中無處不在，這不僅培養(yǎng)了學生的學習興趣，而且深化了學生對物理問題的理解。

四、注重教學過程中滲透科技前沿知識

作為“雙一流”建設工程的一個重要內(nèi)容就是“一流”的課程設置，而“一流”課程的設置不僅使得學生掌握該課程的基本內(nèi)容與基本精髓，而且需要使課程教學內(nèi)容與當今科技發(fā)展前沿問題相銜接，使學生能利用所學知識解決若干科技前沿問題。例如，電磁場與物質的相互作用一直是國際前沿課題，大部分論文中都涉及求解Helmholtz方程。在教學過程中結合一篇研究文獻，引出Helmholtz方程求解問題的講解；待學生掌握了求解此方程的方法后，利用所講授的方法，與學生一起給出求解文獻所給方程。這樣，達到了學以致用的目的。因此，要想激發(fā)學生學習看似“冗長、乏味、深奧且難懂”的數(shù)學物理方法，更需教師注重在教學過程中把每一部分知識與前沿科技研究相銜接，讓學生體會利用所學知識解決科學問題的樂趣，激發(fā)學生的學習熱情和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

總之，“雙一流”建設背景下的《數(shù)學物理方法》的教學方法改革是一個系統(tǒng)工程，它需要教師與學生互為促進，進而不斷調整教學內(nèi)容與方法，以達到培養(yǎng)一流人才的目的。

參考文獻：

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