淺析大學物理教學現狀和改革措施

　　摘 要： 作者分析了普通高等院校大學物理課程的教學現狀：重內容，輕思想；重經典，輕近代；重理論，輕應用。并針對上述現狀提出如下教學改革措施：重視物理思想教學，改革教學內容；結合物理學史教學，培養科學思維能力與創新能力；適當開展專題討論，增強課程的實用性與趣味性。
　　關鍵詞： 大學物理 教學改革 創新思維
　　大學物理是高等院校理、工、農、醫等各專業學生的一門必修基礎課。開設該課程的目的：一是要為后續課程準備必要的物理知識，二是使學生在物理思想、研究問題的科學方法與創新能力方面得到提高。本文分析大學物理的教學現狀，并針對現狀問題提出教學改革的三項措施。
　　一、大學物理教學現狀
　　目前由于各省高考制度改革及高考科目的調整（3+x），大學新生的物理基礎參差不齊；另外各院校、各專業所安排的大學物理教學課時也被一再壓縮。一般大學物理教材中將所有內容分為十五個章節，每章又包含若干小節。按照傳統的教法，該課程需要約200個課時方能講授完全部內容，“內容多”與“時間緊”的矛盾非常突出。因而在大學物理課教學過程中，出現了難堪的局面：教師難教，學生難學。
　　許多教師在講授過程中以經典物理為主，近代物理內容少；重視基本理論教學，少涉及物理學應用及和各專業領域的結合。這使學生誤認為物理是成熟的、古老的、偏離實際的科學。學生修過大學物理課程，仍然對20世紀物理學的兩大主要進展——量子力學和相對論知之甚少，對由物理學所引發的高新技術領域的應用更是少有涉獵。
　　有人認為大學物理以高等數學為工具解決物理問題，比中學物理的高明和進步之處在于微積分思想的應用。通常大學物理課程為大學一年級學生開設，與高等數學課程同步開設。這又引起一個突出矛盾：學生還不具備熟練運用微積分的能力。所以學生會感到大學物理課程課時少、內容多、解題繁、學習難度大，從而對物理失去興趣。為解決困難，一種做法是大量削減教學內容，對有些內容避難就易、蜻蜓點水。其后果是使學生甚至有些非物理專業教師感覺大學物理學而無用。
　　二、改革大學物理教學的措施
　　可見，目前教師和學生更多地糾結于如何更好地進行經典物理知識的傳授和學習，且教學內容陳舊，未能達到既定的教學目標。所以該課程亟待與時俱進地改革教學內容：弱化對高等數學的要求和依賴程度，精簡經典物理內容，重視近代物理內容，優化學生的物理知識結構，并著重于實現對學生的物理思想、研究問題的科學方法與創新能力的培養。筆者根據學習和教學經驗，提出下列改革措施。
　　（一）重視物理思想教學，改革教學內容。
　　重視物理思想教學，可以引導學生把書越讀越薄，高屋建瓴地學習物理；而不是陷入細節的知識學習，即使考試得高分也依然低能。在教學過程中重視整合教學內容，貫穿物理學思想。另外由于課時限制，我們要大膽改革教學內容，不苛求全面、系統、面面俱到，但應具有一定的涵蓋面和完整性，力求用通俗、簡潔的語言描述物理現象和規律，避免復雜的物理推導和數學計算。
　　此改革措施成功運用的參考案例是Six Ideas That Shaped Physics系列叢書的出版及被廣泛采用［１］。該系列叢書整合了物理學中的“六大思想”：守恒律、牛頓定律、相對論、電磁學理論、實物粒子的波動性、熱力學。
　　物理專業學生不太熟悉的宇稱守恒，現代物理基本知識和應用物理知識“六大思想”也并不是全新的提法，其實質與已有的一些理論不謀而合。首先守恒律是在物理教學中一直強調的基本物理思想，包括六種守恒定律：動量守恒、機械能守恒、角動量守恒，及質量守恒、電荷守恒、宇稱守恒。除了守恒律之外的五大思想，則與物理學史上的“物理學的五次大綜合”理論［２］相對應。我們應據此來將我國現行教材中彼此間缺乏聯系的各個章節整合成統一的物理系統，使學生接受到的不是零星的、破碎的知識點。
　　在教學改革中，應適當添加近代物理內容即相對論和量子論，增加近代物理教學課時；將近代科學技術成果和前沿課題的內容融入教學中，擴大學生的科學視野。其意義不僅僅是完善物理知識結構，而且是思想上的一次革命，更關系到對創新能力的培養。相對論的學習可為學生樹立全新的時空觀、運動觀和物質觀；量子論的學習則有助于將人們的認識從宏觀世界深入到微觀世界，從根本上改變傳統觀念。另外量子論還為電子技術、半導體技術和激光技術奠定了理論基礎，滲透到生活和高新技術的各個領域。輕視近代物理教學將難以適應時代發展對科技人才培養的新要求。
　　（二）結合物理學史教學，培養科學思維能力與創新能力。
　　結合物理學史教學，一方面可以讓學生認識到科學探索的艱辛，培養學生吃苦耐勞的精神和孜孜不倦探索的精神。另一方面，有利于培養學生的原創力，提高科學思維能力。大物理學家玻恩在1965年為其弟子H.S.Green的《矩陣力學》（Matrix Mechanics）一書所寫的前言中說：“……我印象中現在存在這樣一種傾向，即（在教學中）忽視歷史根由，而將理論建立在事實上是后來才發現的基礎之上。這種方法毫無疑問能迅速接近現代問題，也很適合培養能夠應用這些知識的專家。但是，我懷疑這是否是培養做原創性研究的好的教學方法，因為這種方法不能展示先驅者在成堆的無序事實及隱晦含糊的理論嘗試中是如何發現他的（正確）道路的。”［３］
　　教學中將物理學史簡要介紹給學生，可使大家了解物理學發展的基本脈絡、掌握物理學發展的內在規律、了解來龍去脈、從中受到啟迪，學會思考、學會“提問題”。例如，法國物理學家德布羅意采用類比的方法提出了實物粒子波動性假設。他提出這樣的問題：“整個世紀以來，在輻射理論上，比起波動的研究方法來，是過于忽略了粒子的研究方法；在實物理論上，是否發生了相反的錯誤呢？是不是我們關于‘粒子’的圖像想得太多，而過分地忽略了波的圖像呢？”我們可從該段回顧物理學史的話中汲取其思想方法，碰到相關問題時學會提問。
　　（三）結合專門課題討論，增強課程實用性與趣味性。
　　不要一成不變地去傳授經典物理，否則學生會覺得物理是很遙遠的事情，學而無用。要結合專門課題討論，讓學生感覺到物理就在自己身邊、與自己息息相關，體現時代感。為了給專題討論課留出空間，花在經典物理上面的時間要大大縮短。例如，在對醫學專業學生講授《醫用物理學》［４］的過程中，可以不講電流與電路、幾何光學的基本理論等，但結合幾何光學開展放大鏡、顯微鏡專題討論；另外結合流體力學開展血壓測量、心臟做功專題討論；結合多普勒效應開展對測量車速及醫用超聲多普勒診斷儀原理專題討論，等等。
　　三、結語
　　物理教育是整個科學素質教育的搖籃。本文從教學現狀、教學理念和教學內容的改革方面進行了探討。我們應該積極進行教學改革，否則將不能實現大學物理教學對學生思維訓練的功用，將影響我國大學生物理學觀念的更新，影響到國家創新型復合人才的培養。
　　參考文獻：
　　［1］Six Ideas Home Page.http：//www.physics.pomona.edu/sixideas/index.html.
　　［2］王立鈞，張書源.從物理學得五次大綜合看物理學基本觀念的變革［J］.陰山學刊·自然科學版，1995，VOL13，（2）：74.
　　［3］H.S.Green.Matrix Mechanics：with a foreword by M.Born.Groningen［M］：P.Noordhoff，1965.
　　［4］陳仲本，況明星.醫用物理學［M］.北京：高等教育出版社，201