科研與教學(xué)的融合在大學(xué)物理創(chuàng)新教學(xué)中的作用

陳建中 孫海波

教學(xué)和科研是高等學(xué)校所行使的兩個(gè)重要的職能。這兩個(gè)職能在為社會(huì)培養(yǎng)所需要的合格的創(chuàng)新性人才中發(fā)揮著重要作用。 大學(xué)物理是理工科高等院校所開設(shè)的一門公共基礎(chǔ)學(xué)科。 它不僅為學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)提供所需的物理基礎(chǔ)知識(shí)，而且還能培養(yǎng)學(xué)生的物理思想、邏輯思維和創(chuàng)新能力。 相對(duì)于計(jì)算機(jī)一些快速發(fā)展的新興課程，《大學(xué)物理》是一門知識(shí)結(jié)構(gòu)較為寬泛、系統(tǒng)完善而又內(nèi)容陳舊的學(xué)科。在教學(xué)過程中如何將大學(xué)物理知識(shí)與具體的科研問題、實(shí)踐問題和科學(xué)思想有機(jī)地融合起來，追根溯源，將直接影響到教學(xué)效果和學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

正確處理科研與教學(xué)的關(guān)系，首先要樹立正確的思想觀念。在國內(nèi)一些大學(xué)，由于辦學(xué)理念受傳統(tǒng)教育觀念的影響，將教學(xué)和科研相互割裂開來，彼此對(duì)立。某些國內(nèi)大學(xué)認(rèn)為教學(xué)是高校的主體，所有工作均以教學(xué)工作為核心并為其服務(wù)，過度追求教學(xué)成果，有些人甚至認(rèn)為公共基礎(chǔ)課老師根本不需要搞科研，只上好課就可以。與此相反，某些大學(xué)認(rèn)為科研是高校的工作核心，沒有科研的高校，不能稱其為大學(xué)，過度追求科研成果，激勵(lì)老師以科研為本而忽略教學(xué)，這失去高等學(xué)校培養(yǎng)人才的教育之根本。事實(shí)上，兩種觀念均只強(qiáng)調(diào)高校的一個(gè)職能，而忽略兩種職能間的聯(lián)系和相互促進(jìn)的作用。教學(xué)是科研的潛在動(dòng)力，缺乏對(duì)教學(xué)的認(rèn)同，高校教師可能失去提高科研水平的契機(jī)?？蒲惺墙虒W(xué)創(chuàng)新的源泉，失去科研的大學(xué)也就使高校教學(xué)失去創(chuàng)新和靈魂。因此，正確處理科研與教學(xué)的關(guān)系，將有助于高校培養(yǎng)合格和創(chuàng)新性人才。本文將對(duì)科研與教學(xué)的融合在大學(xué)物理創(chuàng)新教學(xué)中的作用展開一定的討論

以科研中應(yīng)用的大學(xué)物理知識(shí)為界導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)。物理知識(shí)本身就源自人們對(duì)自然界事物運(yùn)行規(guī)律的探索、研究與認(rèn)識(shí)。將大學(xué)物理知識(shí)與科學(xué)研究和實(shí)踐活動(dòng)融合起來意味著物理知識(shí)的返璞歸真。物理知識(shí)在科學(xué)研究前沿中的應(yīng)用能喚醒陳舊物理知識(shí)和內(nèi)容的生命活力，賦予許多新的含義。 這種融合在大學(xué)物理教學(xué)中的體現(xiàn)與實(shí)施能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，激勵(lì)學(xué)生參加大學(xué)科技創(chuàng)新活動(dòng)。

牛頓第二定律是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的重要規(guī)律，也是研究物體運(yùn)動(dòng)等專業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)，科研內(nèi)容主要涉及原子分子物理和生物物理等相關(guān)領(lǐng)域。 將大學(xué)物動(dòng)力學(xué)的核心規(guī)律，并為其他它動(dòng)力學(xué)規(guī)律的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。 筆者主要負(fù)責(zé)機(jī)械工程和車輛理知識(shí)與機(jī)械、交通和車輛等實(shí)踐問題結(jié)合是很自然的事情，學(xué)生并未從結(jié)合中感受到物理知識(shí)應(yīng)用的創(chuàng)新性。 當(dāng)我啟發(fā)學(xué)生能否應(yīng)用牛頓第二定律研究蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)，探索生命現(xiàn)象的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及研發(fā)藥物時(shí)，學(xué)生先是感到驚愕，然后覺得這是不可思議。 在學(xué)生的頭腦中閃過大大的問號(hào)，這怎么會(huì)呢？借此契機(jī)，我引導(dǎo)學(xué)生如何建立蛋白質(zhì)分子中原子間的勢(shì)能函數(shù)，通過對(duì)勢(shì)能函數(shù)求導(dǎo)計(jì)算原子間的作用力，進(jìn)而應(yīng)用牛頓第二定律計(jì)算原子的加速度，利用數(shù)值積分獲得原子的運(yùn)動(dòng)速度和原子的位置。 最后將自己在國際期刊上發(fā)表的文章及文章中描述的原子運(yùn)動(dòng)方向展現(xiàn)給大家，為此激發(fā)了學(xué)生對(duì)大學(xué)物理的學(xué)習(xí)熱情和興趣。 較多學(xué)生在課下主動(dòng)查閱動(dòng)力學(xué)模擬的相關(guān)知識(shí)，并積極與我探討簡(jiǎn)單的模擬參數(shù)化和編程問題。 因此我對(duì)學(xué)生的熱情和興趣加以引導(dǎo)，成立課外分子模擬小組，使學(xué)生在科研實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的模擬，增進(jìn)學(xué)生對(duì)牛頓第二定律應(yīng)用的理解，賦予其新的生命活力，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)方法。

以大學(xué)物理知識(shí)的啟發(fā)延伸培養(yǎng)科研思維為手段，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新靈感和意識(shí)。大學(xué)物理學(xué)是一門研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)普遍規(guī)律的嚴(yán)格而又精密的基礎(chǔ)學(xué)科。使學(xué)生能夠順利地解決物理實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐呈現(xiàn)的問題，培養(yǎng)和訓(xùn)練分析解決問題的綜合能力，加深學(xué)生對(duì)有關(guān)物理知識(shí)和專業(yè)學(xué)科的理解。作為任課教師如何通過大學(xué)物理的課堂教學(xué)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維呢？通過物理知識(shí)的啟發(fā)延伸而培養(yǎng)學(xué)生的科研思維將是一個(gè)重要手段。 筆者在大學(xué)物理教學(xué)過程中經(jīng)常有意為之，給學(xué)生留有遐想的空間。學(xué)生為此很認(rèn)可該種教學(xué)方式，認(rèn)為能啟迪他們的創(chuàng)新靈感。點(diǎn)滴做法，總結(jié)如下。

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是大學(xué)物理的一個(gè)重要內(nèi)容，表示物理量隨時(shí)間按余弦或正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)。講課時(shí)明確指出位移、速度和加速度均隨時(shí)間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。為加深學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理解，我從科學(xué)研究的角度簡(jiǎn)單地給學(xué)生提示到：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)可以在兩個(gè)空間描述：一個(gè)是速度描述的實(shí)質(zhì)空間，另一個(gè)是相位空間，通過傅里葉變換可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)空間的物理量轉(zhuǎn)換。如果在實(shí)質(zhì)空間找不到有效控制量，可嘗試將其轉(zhuǎn)化到相空間或許能探索到有效控制量。后來交通工程專業(yè)的一個(gè)畢業(yè)的學(xué)生給我打電話表示感謝，說我的這個(gè)延伸提示使他實(shí)現(xiàn)了小型發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的智能化控制，得到他工作單位的嘉獎(jiǎng)。而且他還說我在大學(xué)物理教學(xué)課堂中的許多延伸提示非常重要，啟迪了他的創(chuàng)新思維、靈感和火花，從而導(dǎo)致了一些技術(shù)改進(jìn)和發(fā)明，申請(qǐng)了十余項(xiàng)發(fā)明專利。為此在大學(xué)物理課堂教學(xué)中，我經(jīng)常把科學(xué)研究結(jié)果與大學(xué)物理知識(shí)相結(jié)合，并拓展延伸，給學(xué)生留有充分的遐想空間，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新靈感，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

簡(jiǎn)言之，高校教師和管理機(jī)構(gòu)如果能正常處理科研與教學(xué)的關(guān)系，不僅有利于創(chuàng)新性教學(xué)模式養(yǎng)成和創(chuàng)造性學(xué)生的培養(yǎng)，而且也有利學(xué)校整體科研水平和教師科研能力的提高。因此無論是管理者，還是任教者和科研者均應(yīng)正確處理教學(xué)與科研的關(guān)系，教學(xué)與科研的融合是高校發(fā)展的趨勢(shì)。