以科研促進大學物理課堂教學的探索

蘇劍峰 牛強

摘 要：理論性太強、脫離實際的教學內(nèi)容以及一成不變的教學方法，使得現(xiàn)如今的大學物理課堂如同一潭死水。如何將前沿的科學研究成果引入課堂教學中，使我們的課堂變?yōu)橛性吹幕钏?，從而提高教學質(zhì)量，顯得至關重要。本文根據(jù)自身教學實例，對如何以科研促進大學物理課堂教學進行了簡單的探索。

關鍵詞：科研 大學物理 課堂教學 探索

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（b）-0163-03

Abstract： Theoretical teaching content which out of the actual and static teaching methods， making today's college physics class as a pool of stagnant water. So how to bring cutting-edge scientific research into classroom teaching， turn our classroom into active living water， and then improving teaching quality is crucial. In this article， based on our teaching examples， the exploration on how to promoting college physics classroom teaching with scientific research is presented.

Key Words： Scientific research； College physics； Classroom teaching； Explore

傳統(tǒng)思維認為大學的人才培養(yǎng)方式就是教學，而教學又主要是以課堂教學為主，以致于一些高校提出教學是立校之本，把學校定位為教學型學?！，F(xiàn)代高等教育強調(diào)，高校的職能是育人，科研已經(jīng)成為很重要的育人方式。僅僅依靠課堂教學是不可能培養(yǎng)出高層次、高素質(zhì)的創(chuàng)造型人才的。據(jù)有關專家估計，課堂教學對高等教育人才培養(yǎng)的貢獻率大概是30%左右。當前，不僅僅是科研工作，包括科研成果的產(chǎn)業(yè)化都已經(jīng)成為育人的重要渠道，而且還將發(fā)揮越來越重要的作用。大學的人才培養(yǎng)不僅僅是知識傳承，還應當強調(diào)科學研究、科技創(chuàng)新對學生創(chuàng)造力的培養(yǎng)。如果大學教師自己沒有創(chuàng)新實踐和創(chuàng)新能力，是難以培養(yǎng)學生的創(chuàng)造思維和創(chuàng)新能力的。所以，沒有一流的科研，就不可能有一流的教師，沒有一流的教師，就不可能培養(yǎng)出一流的學生。作為一名大學教師，科研與教學是其基本職責，科研是產(chǎn)生知識，教學是傳授知識，努力從事科研工作，并將科研前沿和成果融入到教學中來，才能不斷提高教學的學術水平。同時，教學過程能擴大和積累廣博的學科知識，學習用準確生動的語言和文字描述學科內(nèi)容，也是對教師的全面促進。

物理是一門研究物質(zhì)的結構和物質(zhì)的內(nèi)在本質(zhì)及物質(zhì)的運動規(guī)律和相互作用的學科，蘊含了豐富的哲理和研究、思維方法，對于培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力具有獨特的優(yōu)勢。大學物理是理工科大學生的一門重要基礎課程。傳統(tǒng)的大學物理教學內(nèi)容理論性太強、與實際結合不夠緊密，使得物理教學顯得枯燥、乏味，不少同學認為學物理沒用，進而失去學習興趣，而教學經(jīng)驗豐富、基礎知識扎實的教師不能將科學研究的最新進展貫穿于課堂教學中，使得現(xiàn)在的大學物理課堂就像一潭無源之水，缺乏生機。雖然教學內(nèi)容是教學的核心要素，但教學內(nèi)容是否豐富生動，主要源于教師的科研實踐。教師通過參加科研活動，不斷汲取新知識，積累科研成果。在課堂教學中教師可以將自己或別人的科研方法、經(jīng)驗和科研成果融入于所講授的教學內(nèi)容之中，這樣可以激發(fā)學生的興趣，活躍學生的思維，從而提高教學質(zhì)量。本文從學生、教師以及課堂等三個方面分析教學與科研相結合的益處，并結合自身教學經(jīng)驗，淺談幾個在教學中引入科學研究的實例，供同行共同學習探討。

1 教學與科研相結合

1.1 拓寬視野，激發(fā)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

大學物理是一門知識結構較為寬泛而陳舊的基礎課，所用的教材理論性比較強，主要介紹物理定律和數(shù)學公式，與我們的實際生活和經(jīng)濟效益聯(lián)系不緊密，滿足不了當代大學生對未知世界和現(xiàn)實社會的求知欲，使得大部分學生覺得學習物理無用，敷衍式學習成為一種常態(tài)?？茖W研究一般是指利用科研手段和裝備，為了認識客觀事物的內(nèi)在本質(zhì)和運動規(guī)律而進行的調(diào)查研究、實驗、試制等一系列的活動，為創(chuàng)造發(fā)明新產(chǎn)品和新技術提供理論依據(jù)。科學研究的基本任務就是探索、認識未知，工作的內(nèi)容也往往涉及到某領域中的前沿問題和最新研究進展。在教學過程中給學生講一些科學前沿的問題，一方面可以喚起學生強烈的好奇心，引導學生積極思考；另一方面也可以使學生開闊眼界，增長見識。比如在講光的衍射時，可對X射線衍射等在材料科學研究領域經(jīng)常用的檢測手段進行介紹，結合某一研究材料，對如何利用X射線衍射分析材料的結構和成分進行講解，這樣既可以讓學生認識到課堂所學知識的重要性，端正學生的學習態(tài)度，又可以鞏固我們所學的衍射方面的知識。然后針對這以專題進行延伸，讓學生自行查閱資料了解除了X射線衍射外，還有其它什么測試手段，可以檢測材料的結構和成分的，或者給學生一實例，讓學生自行檢測分析該材料的成分和結構。讓學生帶著問題學習，主動思考解決問題，這樣既可以加深學生對課程教學的理解，又可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。在教學過程中引入科研內(nèi)容，不僅使學生了解專業(yè)前沿知識，體驗科學探索的樂趣，還可以掌握科研的方法，并有所創(chuàng)新和發(fā)明。

1.2 更新知識，提高專業(yè)水平，優(yōu)化教學能力

泛黃的教案，千篇一律的講解，是現(xiàn)在大學物理課堂常見的教學現(xiàn)象。多年的教學經(jīng)歷，使得大部分教師對書上的內(nèi)容爛熟于心，教學經(jīng)驗豐富老到。然而現(xiàn)在社會飛速發(fā)展，“陳舊”的知識顯然已經(jīng)不能適應現(xiàn)代教育的各項要求?；畹嚼?，學到老，作為教師更應如此，教師應不斷強化自身修養(yǎng)，努力提高素質(zhì)，方能滿足教育對教師的各方面的要求?，F(xiàn)在的大學教師，科研與教學并重，在從事科研的過程中，使教師充分地了解物理學科的發(fā)展前沿和最新研究進展，促使教師不斷充電學習，豐富自己的知識儲備，從而不斷提高自身的教學水平和科研素養(yǎng)，做到與時俱進。同時，在教學中將物理科研這種帶有研究性質(zhì)的內(nèi)容逐漸融于課堂，引導學生積極思考，可以培養(yǎng)學生自主學習意識，提高其創(chuàng)新思維能力。

教師只有通過科研，才可以時刻把握本專業(yè)的發(fā)展方向與最新成果；只有通過科研，才能不斷更新自己的知識結構，進而不斷地完善教材，充實教學內(nèi)容，并進行教學改革；有了科研之源，在教學上就會得心應手，所講授的課程內(nèi)容也會更加生動、翔實，會更加注重理論與實際的有機結合，教學效果自然會得到相應的提高。另一方面，從事科研、取得成績的教師對學生更具感召力，他們的思想觀念、道德風范、科學態(tài)度、敬業(yè)精神對學生的道德提升均起到潛移默化的作用，學生通過參與教師承擔的科研項目，既可以提高科研水平和實踐能力，又可以培養(yǎng)其團隊協(xié)作精神。

欲提升教師的專業(yè)水平，從學校層面要為教師的成長廣鋪路子，廣搭載體，比如定期對教師進行知識培訓，加強理論學習；邀請各專業(yè)的學術專家、特級教師等做學術講座，幫助教師分析案例，指導研究；鼓勵教師參加各種學術會議，了解最新的科研動態(tài)；選派骨干教師到國內(nèi)外高水平的科研院校去學習，不斷提升其科研水平。只有教師自身的知識不斷更新，與時俱進，才能更好的融入教學中，從根本上提升教學水平。

1.3 聯(lián)系科研前沿，豐富教學內(nèi)容，使課堂更靈活、生動

大學物理，是一門綜合了物理學中力、熱、光、電、相對論與量子力學等學科經(jīng)典知識的一門基礎課。大學物理中那些知識，正是幾百年前最先進的科研成果，是當時的人們對這個世界的最新最先進的認識。而新時代的科研，正是在繼承這些已有知識的基礎上，希望在將原有的舊知識推進到更新的程度，在目前依舊空白和無知的領域，做出新的發(fā)現(xiàn)。將科學研究融入教學中，既能保持物理教學的先進性，又能改進教學內(nèi)容，更能夠吸引學生關注，從而提高學習熱情。比如在講磁介質(zhì)時，可以進一步講解磁性材料偏置效應，這是目前無機非金屬材料研究中最為活躍的領域之一，是信息存儲技術的重要基礎。通常情況下，鐵磁薄膜的磁滯回線以原點為中心對稱，若體系中引入反鐵磁層，當溫度降至反鐵磁材料奈爾溫度以下時，體系的場冷磁滯回線沿磁場軸H將產(chǎn)生一個偏移量，其矯頑力相應增大，此即交換偏置效應。可以對磁偏置效應在自旋閥、磁隧道結等方面的應用進行簡要的介紹，也可以讓學生自己查閱資料，了解新材料體系中交換偏置效應的研究進展。在講電介質(zhì)時，可以引入壓電極化效應，即當對某些電介質(zhì)施加機械力時，它們內(nèi)部正負電荷中心會發(fā)生相對位移，產(chǎn)生極化，從而導致介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，這種現(xiàn)象稱為壓電效應或正壓電效應。反之，如果把具有壓電效應的介質(zhì)置于外電場中，由于電場的作用會引起介質(zhì)內(nèi)部正負電荷中心位移，而這一位移又使介質(zhì)發(fā)生形變，這種效應稱為逆壓電效應。然后進一步介紹壓電極化效應在納米傳感器、納米發(fā)電機以及太陽能電池等領域的應用，結合最新的研究成果，展示壓電計劃效應的重要應用，讓學生真正體會到學有所用。在給學生介紹科研前沿時，就使教學帶有了研究的性質(zhì)，通過親臨其境的科研經(jīng)驗，把知識講活，以啟發(fā)式、探究式的方式授課，可以發(fā)揮學生學習的積極性、主動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)造性思維，使學生創(chuàng)新性的想象力、思維能力和實踐能力得到提高，為今后走向社會能夠持續(xù)創(chuàng)造性地工作并取得良好的業(yè)績打下扎實的基礎。

2 結語

由以上分析可見，把科研與教學相結合的積極作用是顯而易見的，但這也需要花費大量的時間來尋找、研究科研與課堂內(nèi)容的結合點，以便在課堂中適當、有效的引入科研前沿，以達到提高教學質(zhì)量的目的。然而在國內(nèi)高校普遍“重研輕教”以及“大學擴招”的背景下，作為教師，大量精力用于撰寫論文和申報科研項目，不再好好備課也不再重視課堂教學，作為學生，基礎良莠不齊，對教師補充課外內(nèi)容產(chǎn)生一些抵觸情緒。所以作為領導者，應給教師們營造一個相對寬松和諧的工作環(huán)境，建立科學的激勵機制，提升教師的精神狀態(tài)，這樣教師可以合理掌握在教學和科研上的時間投入和精力分配，以科研促進教學，以教學激勵科研，實現(xiàn)科研與教學的良性互動。這樣才能發(fā)揮科研在大學物理教學中的積極作用，才能培養(yǎng)出適應新社會、具有競爭力的創(chuàng)新性人才。

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