重定性\\輕運算的農科專業大學物理教學改革嘗試

摘要：文章通過對現階段農科大學物理面臨的困境的分析，提出了過分強調定量運算的教學模式已經嚴重脫離現有的實際情況。指出要正確面對物理課程的地位、目標。并給出了經過實踐證明行之有效的以定性分析為主要內容的改革措施。關鍵詞：農科物理；科學素養；定性分析

中圖分類號：G642.0文獻標志碼：A 文章編號：1002-2589（2012）06-0179-02

大學物理是農科專業的一門必修的基礎課。但是近年來，農科專業的大學物理教學遇到了很多的困難。面對困難，很多高校的物理教師采取了不同的應對方法，比如引入新的多媒體技術、虛擬技術等，或者將大學物理結合農科專業來講授，或者開設各種物理周邊的選修課來增加學生的接受度等等。但是各種治標的方法都不足以真正解決農科物理教學面對的困惑，本文提出了正確面對農科大學物理的學科地位，從學生成長的角度來思考如何改革大學物理教學的方法。

一、農科物理面臨的困境

現階段農科物理教學所面臨的困難主要有這樣幾個方面：

(一)大學物理的直接應用作用不明顯

在高等教育已經進入大眾化的形勢下，農科院校所培養的大學生除少部分通過考研進而開始從事研究工作外，絕大多數的學生畢業后都是要直接面向社會，開始一線的工作。接受高等教育，在這些學生看來，只是一個謀生的投資階段。學生在學習中會更加重視那些會對其將來工作產生直接影響的專業課程，大學物理課程的基本性質就是一門科學基礎科，它培養的是學生的科學素養，而非實踐技能，它所具有的作用需要在學生長期的工作學習中慢慢體現，并不具有短期的直接作用。所以在一些學生看來，這門課程是可有可無的。這種“物理無用論”甚至在很多專業課教師中也存在著。

（二）大學物理不能反映最新的科技發展

現有的大學物理理論體系經過多少年的沉積，已經基本上形成了所謂力學、熱學、電磁學、光學、近代物理這些成熟的理論框架。這一框架根深蒂固，雖然看似嚴密、扎實，卻將物理學最新的科學成果擋在了外面。學生會感覺到，大學物理只是用微積分來重新講解了一遍中學物理而已。而對于學生有興趣的近代物理的各種理論、應用，在教學中往往只是泛泛的簡介一下，或者干脆不講。

（二）物理教師過于“專業”

物理教師們在授課時，常常以“專業”的姿態來進行課程講授。在授課時進行大量的嚴密的定量運算。在物理專業人士看來，物理學的嚴謹、細密之美就是體現在這樣的高度定量化分析中的，如果要培養學生嚴謹的科學態度，科學精神，似乎舍此再無他法了。殊不知，就是在老師的一遍又一遍的微積分運算中，作為非物理專業的農科學生離物理學也就越來越遠了，因為這些物理教師沒有全面的了解農科學生的基礎水平，他們在大一第一學期開始的高等數學往往還沒有結束，物理教學中就要開始使用高數中的各種工具了。最終造成了學生聽不懂，不理解，進而不愿學。

（四）物理課時數太少，無法深入講授

大學物理課程在農業院校中的課時數這幾年越來越少，現在有些學校的大學物理課時數僅為四十學時，理論課加上十六學時實驗。這么短的授課時間是根本無法系統全面地進行大學物理講授的。在教學理念和教學大綱已經不適于現有的教學課時的時候，教師往往機械的縮減教學內容，前面的細講，后面的粗講甚至不講。

二、正確理解大學物理教學目標

面對以上的困難，物理教師應該客觀、正確地面對。在物理學的作用上，很多物理教師會本能地覺得物理學是所有自然科學的基礎，所以物理學也就是所有農科專業的基礎課程，從物理學中可以分出許多分支，來形成后續的專業課程。其實在實際的教學中，并不是這樣的。在農科專業的課程體系中，大學物理其實是無法直接為任何一門專業課服務的，也就是說，大學物理不能作為任何專業的專業基礎課。

物理教師在教學中應該牢牢把握大學物理的教學目標。物理教學的目標包括三個方面[1]：

(一)知識性目標

包括物理現象、定理、定律、原理，物理結構（理論結構），物理學的方法（理論化方法、數學化方法、實驗化方法）等等。

（二）智能性目標

包括觀察能力（注意日常生活現象的觀察），提出問題的能力，解決問題的能力，解題能力（基本思想、物理問題數學化、數學推演、物理意義的討論），實驗能力（設計、操作、抽象）等等。

（三）思想性目標

科學的世界觀，高尚的品格，堅強的意志等等。

在現有的教學環節中，物理教學對于知識性目標貫徹得很好，而對智能性目標和思想性目標涉足很少。具體的體現就是在課堂上，學生要面對大量的物理模型，進行繁瑣的數學分析、計算。但是在后兩項目標上做得很差，直接體現的就是學生在一般問題的分析中，大多不會熟練地使用物理知識來分析解決問題。對于科學的整體認識，大學物理現在做到的就更少了。

從物理的課程教學目標中去分析，不難看出，物理教學不僅要讓學生學到物理學知識，更要讓他們形成自己正確的科學自然觀，了解和掌握物理學科所體現的認識論、方法論以及科學的思維方式。就此而言，物理學應該是一門科學素質教育課程[2]。

三、采取的改革措施及其效果

為了提高學生的科學素質，我們采取了以定性分析為主的主式，弱化定量計算；強調對一般問題的觀察、分析并解決的能力。在教學中重點強調學生的直觀感受與理論抽象和邏輯分析的結合。為此，我們從以下幾個方面來進行實踐：

（一）以實驗現象為入口，引導學生進行對實際問題的分析及解決

比如，在力學課程教學中，使用一個常人經常出錯的思想實驗：跳蚤長大一千倍，其起跳高度能否也增大一千倍在這個問題的分析中，我們可以引導學生引入質量密度、能量密度、機械能守恒、能量守恒等概念，通過詳細的分析加上簡單的運算，即可得出正確的結論，即無論跳蚤長得多大，它都只能跳的和原來一樣高。通過這一分析，可以進一步推廣到，動物體型的比例變化，會帶來什么樣的影響。最后還可以推廣至探空火箭為什么要使用多級火箭。通過這一系列的分析過程，可以使學生加深對力學規律的理解，同時培養了學生提出問題、解決問題的能力。并且還能夠使學生的學習過程一直處于快樂的狀態中。

（二）在近代物理的范圍內，直接使用學生已經知道的結論，反過來推出其基本的原理

比如在相對論的教學中，傳統的方法是從兩個基本假設開始，使用洛倫茨公式去推導相對論的結論。但是其結論中的質能方程是學生非常熟悉的一個知識點。我們可以從該點出發，先設定能量與質量之間可以相互轉化，即：dE=d(KM)=KdM，對于這樣一個方程式，通過核爆炸、核電等知識很容易讓學生理解。然后將該公式帶入牛頓第二定律，通過簡單的微積分運算就可以得到洛倫茨變換的公式[3]。通過這樣的方法可以使抽象的物理理論更容易讓學生接受。

（三）在實驗中大量引入探索性實驗，來提高學生的實驗分析能力[4]。

比如，我們在傳統的楊氏雙縫干涉實驗中，在觀察并測量了光屏上的條紋后，增加一項內容，要求學生研究光屏上條紋的形成原因，并用實驗驗證。這里，無一例外，全體學生都會給出經典物理中的干涉理論（因為這在教科書中有詳細的分析計算），在該理論中，每一條條紋都是兩條雙縫投射過來的光線的疊加。但是在學生嘗試著使用一些障礙物遮在雙縫和光屏之間時，出現了與經典光學理論完全不相符合的實驗結果。并且該實驗結果可以完全推翻教科書中的干涉理論。在這個實驗結果中，不僅與幾何或者波動光學完全不符，甚至與學生從初中開始學習的經典物理理論完全不符，這引起了學生強烈的興趣，通過對這樣一個實驗的分析，學生意識到經典物理理論的局限性，增加了對于量子理論的直觀感受。

（四）引入近代物理知識，介紹最前沿的科技發展

在課程中，我們設置了相當多的課時來給學生簡介廣義相對論、量子力學、宇宙學等最新的科技發展。在這些內容的講解中，更多使用了物理學史的內容，基本不涉及具體的數學運算。讓學生通過對物理學發展史的了解，能夠建立自己科學的世界觀。

（五）改革考試方式，減少運算項目，增加定性分析內容

在課程考核中，我們嘗試了降低定量計算難度，減少計算量，增加分析題的比例，在考察基本的物理定律、定理的基礎上，進一步考查學生的觀察能力，提出問題解決問題的能力。在實踐中，學生普遍反映這樣的定性分析問題往往看起來好像很簡單，但是仔細看時卻發現需要很仔細的分析，其難度往往比計算題還要高，但是相比之下，分析題更能夠讓學生接受，學生可以盡其所能使用自己所掌握的物理知識來分析解答，能夠體現出其真正而又全面的物理能力和水平。反觀計算題，如果有數學障礙，學生就完全無法解答了。

（六）開設以大學物理為基礎的相關選修課程

如開設《量子力學入門》、《農業生產中的現代檢測技術》、《光學儀器原理與實用技術》等等，這些課程在大學物理的基礎上，通過大量的定性分析與描述，在盡量不使用復雜數學運算的前提下，讓學生將物理理論與實際的生產活動直接聯系起來，使學生理解物理學基礎理論的作用，同時加深對專業課程及生產中要使用的各種儀器設備的理解。

小結

通過以上的改革措施，通過在教學中大量引入定性分析，弱化定量運算，在近幾年的農科物理教學中已經取得了很好的效果。學生普遍反映大學物理的學習變得有趣了，實用了。學生通過對大學物理的學習，不僅能夠用科學的態度分析生活中遇到的問題，還對最新的科技加深了了解。這些不僅使學生的科學素養得到了提高，還使學生能夠更好地融入到專業的學習與研究中。

參考文獻：

[1]汪紅翎.試論大學物理教學目標及教學原則[J].中山大學學報論叢，2004，（3）:34-35.

[2]毛駿健，吳於人.建設以知識、能力和素質為教學目標的大學物理精品課程[J].大學物理，2008，（10）:44-46.

[3]柴學平.一種新的質速關系推導方式[J].塔里木農墾大學學報，2003，（3）:63-64.

[4]王祖源，毛駿健.國家大學生創新性實驗計劃[J].中國大學教學，2007，（9）：26-28.