新時(shí)代理工科本科物理學(xué)教育改革的思考

摘 要：隨著我國(guó)新工科建設(shè)的提出，高等教育人才培養(yǎng)目標(biāo)的確定，理工科本科物理學(xué)教育改革面臨著重大挑戰(zhàn)。針對(duì)傳統(tǒng)本科物理學(xué)教育觀念和教學(xué)方法中存在的本質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行討論，從學(xué)科知識(shí)特點(diǎn)、成才要素、教育管理制度三個(gè)方面出發(fā)，提出重塑本科物理學(xué)教育改革的理念和方法。

關(guān)鍵詞：邏輯思維；成才要素；趣味教學(xué)

“新工科”建設(shè)的提出后，高等學(xué)校本科物理學(xué)教育處于重要地位。北京大學(xué)物理學(xué)院理論物理研究所劉玉鑫教授指出：“全球十大新興突破性技術(shù)”所占據(jù)的十個(gè)主要領(lǐng)域——人工智能、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛交通工具、3D（三維）打印、納米技術(shù)、生物技術(shù)、材料科學(xué)、能源儲(chǔ)存、量子計(jì)算這十個(gè)領(lǐng)域中有九個(gè)直接與物理相關(guān)。教育部具體建議的六類“未來(lái)技術(shù)學(xué)院”——腦科學(xué)與智能技術(shù)、光子與量子芯片技術(shù)、光物質(zhì)與能源技術(shù)、仿生智能材料科學(xué)與技術(shù)、生物芯片技術(shù)，基因組健康技術(shù)，全部屬于物理學(xué)的范疇和外延。理工科大學(xué)當(dāng)前本科物理學(xué)教育仍存在陳舊的教學(xué)觀念和教學(xué)方式、落后的教師管理制度，因此無(wú)法培養(yǎng)出新時(shí)期要求的創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才。

一、抓住物理學(xué)知識(shí)特點(diǎn)，遵循自然科學(xué)的邏輯思維模式、遵循實(shí)驗(yàn)科學(xué)規(guī)律、遵循理論與實(shí)際相結(jié)合的思路，進(jìn)行教育模式的改革

（一）遵循物理學(xué)的自然科學(xué)邏輯思維模式講授物理學(xué)知識(shí)。物理學(xué)是研究物質(zhì)、能量的本質(zhì)與性質(zhì)，以及它們彼此之間相互作用的自然科學(xué)。本科物理學(xué)傳統(tǒng)的授課方式是教師是導(dǎo)演、編劇，以“傳授已知知識(shí)”的方式成為課堂整個(gè)過(guò)程的主體，學(xué)生在教學(xué)過(guò)程是被動(dòng)的“知識(shí)容器”。因此，學(xué)生覺(jué)得大學(xué)物理學(xué)枯燥無(wú)味、學(xué)習(xí)物理學(xué)知識(shí)很費(fèi)勁、僅僅為了考試完成習(xí)題，甚至“背題”。即便是成績(jī)好的學(xué)生畢業(yè)多年以后也都忘了大部分本科物理學(xué)知識(shí)。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師是領(lǐng)路人。將學(xué)習(xí)任務(wù)按照邏輯思維模式——現(xiàn)象、根源、定性解釋、定量推導(dǎo)——安排學(xué)生由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由感官到抽象、由個(gè)體到系統(tǒng)地分析問(wèn)題。運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)推導(dǎo)，對(duì)物理公式及物理量需重視其物理意義的理解，使知識(shí)由抽象符號(hào)和公式轉(zhuǎn)化為學(xué)生信手拈來(lái)的常識(shí)。鼓勵(lì)一個(gè)問(wèn)題多角度思考和尋求多種解決方案。培養(yǎng)具有邏輯清晰、求真、嚴(yán)謹(jǐn)、抽象、系統(tǒng)、創(chuàng)新思維能力的本科人才。

（二）加入物理實(shí)驗(yàn)講授物理學(xué)知識(shí)。物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。曾經(jīng)有位物理學(xué)家說(shuō)過(guò)，再漂亮的理論如果與實(shí)際不符，那它是南郭先生，其存在是沒(méi)有意義的。盡管本科物理學(xué)知識(shí)比初、高中階段的知識(shí)復(fù)雜，但完全通過(guò)公式推導(dǎo)、分析推理等理論形式講授，不符合學(xué)科特點(diǎn)，更不宜培養(yǎng)真正有物理思維的科技創(chuàng)新人才。在當(dāng)前條件下，若理論不能計(jì)算或預(yù)測(cè)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)可得到結(jié)論。此外，物理實(shí)驗(yàn)是一個(gè)過(guò)程，不僅僅是一些數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)給學(xué)生的感受是真實(shí)具體的。因此，教師在授課時(shí)加入演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、或者實(shí)驗(yàn)過(guò)程的視頻，積極規(guī)劃、設(shè)計(jì)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)和討論，減少黑匣子實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)成為理論教學(xué)的重要組成部分。遵循從現(xiàn)象到物理本質(zhì)，從簡(jiǎn)單到抽象的思維過(guò)程。這樣更符合物理學(xué)認(rèn)知的邏輯，學(xué)生對(duì)物理概念、公式、定理的物理意義理解會(huì)更深刻。復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教師呂景林等前輩們?cè)凇拔锢硌菔緦?shí)驗(yàn)拓展”方面的教改已見(jiàn)成效。此外，在理論和實(shí)際結(jié)合過(guò)程中學(xué)生會(huì)逐漸感覺(jué)到自己在物理學(xué)領(lǐng)域、在某些跨學(xué)科領(lǐng)域里可做些實(shí)際的事，他們找到了樂(lè)趣，找到了價(jià)值。在這個(gè)過(guò)程中也訓(xùn)練了學(xué)生面對(duì)“確定性的工作”轉(zhuǎn)變?yōu)椤安淮_定性工作”時(shí)身心的協(xié)調(diào)能力，勇敢、無(wú)畏地去發(fā)掘?qū)氋F的創(chuàng)造力的素質(zhì)。

二、理工科本科學(xué)校應(yīng)不斷完善高校教師管理制度，適應(yīng)新時(shí)代教育改革的步伐

（一）質(zhì)量的理工科人才培養(yǎng)需要配備一定比例的稀缺人才擔(dān)任教師。正如國(guó)科大流傳的一句話“絕大多數(shù)高校是教師來(lái)培養(yǎng)科學(xué)家，而國(guó)科大是用科學(xué)家來(lái)培養(yǎng)科學(xué)家”。新時(shí)代對(duì)人才的要求是多維，對(duì)培養(yǎng)人才的教師必然也被要求在知識(shí)、能力和價(jià)值觀方面是令人佩服的。在當(dāng)今道德水平不斷下滑階段，有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平高、科研能力強(qiáng)、道德水平高尚的人，當(dāng)之無(wú)愧被稱為稀缺人才。教師作為學(xué)生的引領(lǐng)者，其對(duì)學(xué)生的影響是巨大的。首先，對(duì)于專業(yè)水平和科研技術(shù)能力而言，如果任課教師有真正參與科研、工程、或進(jìn)行軟硬件等器件設(shè)計(jì)的經(jīng)歷。那么在教學(xué)過(guò)程中講授的內(nèi)容會(huì)更有實(shí)用價(jià)值，講解思路會(huì)更易于接受，對(duì)課程內(nèi)容、考試內(nèi)容的設(shè)計(jì)會(huì)更符合時(shí)代的要求。從而更有可能培養(yǎng)出新時(shí)代要求的創(chuàng)新型、復(fù)合型和應(yīng)用型人才。其次，對(duì)于教師的道德品質(zhì)而言，“次品”決不能當(dāng)老師，否則后患無(wú)窮。對(duì)于缺乏師德的還是不要當(dāng)教師。

（二）公開、公正對(duì)待各項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)制度、教學(xué)和科研基金項(xiàng)目、專業(yè)培訓(xùn)、技術(shù)文化交流等項(xiàng)目，以及請(qǐng)一線教師參與教學(xué)大綱的制定、新專業(yè)課程結(jié)構(gòu)的制定、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的確定、教學(xué)比賽評(píng)分規(guī)則的制定等等教學(xué)指導(dǎo)工作，對(duì)物理學(xué)教師專業(yè)水平和品德修養(yǎng)的提高均有積極推動(dòng)作用。改革開放四十年，提高教師教育水平的一系列政策和措施還是無(wú)法做到公開、公正。從教育教學(xué)改革宏觀規(guī)劃到微觀調(diào)整，很多時(shí)候是領(lǐng)導(dǎo)和專家在絞盡腦汁談?wù)摰氖拢c絕大多數(shù)一線教師無(wú)關(guān)。一線教師不能發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，不但浪費(fèi)了一線教師這種優(yōu)良的資源，更重要的是，沒(méi)有一線教師的現(xiàn)實(shí)合理建議，很多制度和規(guī)定無(wú)法使各種項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)最初的目的，甚至得到相反的結(jié)果，導(dǎo)致一線教師心理失衡?？陀^的分析此現(xiàn)象背后的原因，一方面，規(guī)則和制度的公開透明，以及普通教師的話語(yǔ)權(quán)，在當(dāng)今仍然不是容易實(shí)現(xiàn)的事。另一方面，有些普通教師并不關(guān)注“規(guī)則和制度內(nèi)容”，因?yàn)殛P(guān)注與否對(duì)自身并無(wú)影響。

綜上所述，高校本科物理學(xué)教育改革應(yīng)遵循學(xué)科特點(diǎn)和成才規(guī)律，其質(zhì)量水平?jīng)Q定于教師的素質(zhì)、學(xué)校管理制度的執(zhí)行者。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳愛(ài)華，侯勇峰，楊秋波，郝杰.加快發(fā)展和建設(shè)新工科主動(dòng)適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[J].高等工程教育研究，2017（01）：1-9.

[2] 徐向民，李正，韋崗，等.創(chuàng)新引領(lǐng)戰(zhàn)略下的電子信息類專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)[J].高等工程教育研究，2018（02）：153-164.

基金項(xiàng)目：文章由“安徽理工大學(xué)博士基金項(xiàng)目”支持。

作者簡(jiǎn)介：周宏麗，安徽理工大學(xué)山南校區(qū)力學(xué)與光電物理學(xué)院，講師，博士。