科學前沿在物理專業課程教學中的滲透與實踐

陳苗根+余森江+焦志偉

摘要：在物理專業課程教學過程中，我們實踐發現，通過加強科學研究前沿在課程教學中的滲透，不僅學生的學習興趣等得到了提高，更重要的是在選擇畢業論文指導教師、參與科研課題和課外科技活動等方面起到了很好的作用。

關鍵詞：科學研究前沿；物理專業；課程教學；滲透與實踐

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）32-0007-02

一、現實背景及意義

在物理專業課程教學實踐過程中，我們發現，課程在教材內容的選擇和編排上著重突出的是經典物理部分，而對物理學前沿知識的成果、思想和方法介紹不多，很難引起學生學習的興趣。另一方面，專業實驗和畢業論文都要求學生掌握科學研究的基本過程和思路方法。課程教學和科學研究在現行的教學模式中是相對獨立的。

自上世紀中葉以來，許多國家不約而同地將視線投向科學教育領域，嘗試進行改革。各發達國家的科學教育改革均重視科學研究前沿教育的功能，其重點也正落在教學內容的現代化上。他們甚至在中學物理教學中加入了科學前沿知識，如，美國的PSSC課程、澳大利亞科學教育計劃、英國納菲爾德課程等做出了卓有成效的探索，產生了深遠影響。作為對國際科學教育改革的積極回應與推動，我國新一輪課程教學改革也寄希望于加大科學研究前沿的比重，在確保基礎性的前提下，對教學內容進行了一定的揚棄。新增內容的教學要求雖不高，卻有助于彌補物理教學長期存在的不足。此前的研究表明：將科學研究前沿知識滲透于物理教學中，是一種哲學教育。物理學與哲學存在高度的正相關性，而且相互構成對方發展的背景，尤其在近現代特別突出。一方面，哲學觀點促成了某些現代物理理論的創立。譬如相對論的提出具有明顯的唯理論色彩；量子論的成功可歸屬于實證論。另一方面，物理學的發展也大大豐富了當代哲學。相對論、量子論引發了認識論和哲學領域的變革；混沌理論所涉及的不確定性、非線性、耗散結構、自組織等概念也形成了相應的思潮，并開始改變傳統的哲學思想。將科學研究前沿知識滲透于教學中，是一種人文教育，還能夠幫助學生進行有意義的學習。這個學習，是通過將未知的外部世界與已知的內部世界相聯系，將未知融入已知中的認知過程。這種聯系和融合越清晰，學習就越成功。現代物理尤其是科學研究前沿是在經典物理基礎上的繼承、修正和超越，二者并非絕對對立，在教學上也不能割裂開來。此前研究還表明，科學研究前沿在物理專業課程教學中能起到以下的作用。

1.激發學生的學習興趣，促進其學習。

2.在教學中強調科學家發現科學真理的過程，讓學生了解科學發現的本來面目，引導學生創新。

3.開闊學生的視野，幫助其形成合適的科學觀和科學精神。物理前沿知識中有大量說明科學相對性、不確定性的事例，將其滲透于教學中，能夠開闊學生視野，鼓勵他們質疑舊的科學觀，逐漸形成具有現代意蘊的科學觀。

4.開發物理課程的隱性功能，鼓勵學生從求真到求美求善。科學對真理的追求往往也是對美和善的追求。因此，在物理前沿教學中很明顯，將前沿知識融入物理課堂中，可使學生在學習具體物理知識的同時進行求美求善的學習。所以，在教學過程中應當多考慮在經典物理教學的整體背景中進行前沿知識的教學，換言之，應當多考慮科學前沿研究在經典物理教學中的滲透。

二、現狀與存在的不足

從現在的專業設置和具體的物理專業課程教學中，現狀和存在的不足，情況如下。

1.在目前的教學和學生學習的現狀下，普遍存在學生的學習動力和興趣不足的現象，教師往往希望通過“課程設計的改革與實踐研究”來改善或者改變這種現狀，讓學生敢于學習，勇于學習。

2.學生參與科學研究和課題動力不足，有些學生甚至欠缺完成畢業論文的原動力。而另外一方面，教師卻希望學生積極參與自己的科學研究課題，學以致用。改變學生對學習不敢興趣，總覺得離應用還遠、用不著的態度。

3.在實際教學中，有的教師可能認為科學研究和前沿知識太難，擔心學生不能接受。實際上，學生對科學研究前沿知識是感興趣的，因為學生對未知領域是好奇的。另外，專業實驗和畢業論文都要求學生自身需掌握科學研究的基本過程和思路方法。從我們學校自身建設角度來說，科學研究前沿在專業課程教學中的滲透與實踐是很有必要的，因為學校努力從教學型大學向教學研究型大學轉變。教學研究型大學的轉變需要更多的科學研究人員，其中的科學研究人員不僅僅包含教師、研究員，還包含了學生。而利用科學研究前沿在專業課程教學中的滲透，可以進一步激發出學生的求知和創新能力，從而推動學生參與教師課題或者自己申請課題，參與科學研究。

三、滲透與實踐

我們以中國計量學院應用物理系專業課程教學為例，在具體的教學過程中融入科學前沿和教師的科學研究課題來看其在專業課程教學中的滲透與實踐效果。正如前面的研究表明，在激發學生的學習興趣，促進其學習，讓學生開闊視野，認清科學研究本身，鼓勵學生從求真到求美求善等方面起到了重要的作用。尤其在激發學生學習興趣方面起到了顯著的效果。我們認為，如果說課堂的物理學更多地表現為一種控制邏輯的話，那么前沿科學研究特別是純科學研究，則還能體現科學活動的反思。將前沿物理知識滲透于教學中，讓學生多了解物理學日新月異、激動人心的變化，而本身科學的邏輯和反思往往能夠激發他們更大的認知興趣，并引起其內心深處的探究欲望，從而促進其學習。另外，在具體的實踐中，在《薄膜科學與技術》課程中，引入教師自身研究對薄膜物理展開具體的專題前沿講座，我們發現在以下三個方面起到了很好的效果。

1.學生自由選擇畢業論文導師方面。在學生了解教師研究領域的基礎上，學生可以自由選擇專業實驗和畢業論文導師，學生的畢業論文與教師的科學研究可以有機的結合。近年來，在畢業論文選題的過程中，就有好多學生的題目和指導教師近期的科學研究很好地結合了起來。讓學生很早地參與老師的科學研究項目，一方面可以讓學生不會盲目地選擇專業實驗和畢業論文導師，另一方面，在做畢業論文之前，實際上，學生已經近距離地參與到科學研究中來，已經逐漸地熟悉了科學研究的各個環節，并養成較好的科學研究能力。這樣，學生的科學研究和創新能力得到了提高，教師也能夠言傳身教，更為具體地指導學生的畢業論文寫作進一步提高了畢業論文的質量。

2.學生參與教師的科研項目和自己申報小課題方面。學生對學習不感興趣，總覺得離應用還遠，用不著，而通過對前沿的講述特別是教師結合自己的課題科學研究等在課程中的滲透穿插，使學生對科學研究感興趣，想參與科學研究。參與科學研究又進一步促進了學生的學習。在實踐中，學生參與教師的科學研究，這種參與形式是多樣的，既可以是為老師收集科學研究所需的材料、數據和信息，鍛煉學生獲取有益信息的能力；也可以讓學生積極主動地參與到課題的相關研究結構、觀點的討論中來，教師和學生相互學習，相互提高。在這個過程中，學生的科學研究能力得到了提高，教師的科學研究工作也大大受益。一些科研項目，如，大學生創新創業計劃等，可以由學生來主持，教師來具體指導，學生積極參與或者申報，真正實現“學以致用”。

3.學生參加課外科技活動和科學實踐方面，特別是撰寫科技論文的能力等。在課外科技活動和科學實踐中，我們通過布置一些題目和主旨，利用寒暑假期和周末，作課外調查，寫調查報告，讓學生把所學的專業知識活學活用，豐富自己的實踐，通過實踐環節將理論和專業知識的學習引向深處。通過這些活動，學生的參與性、積極性都大大提高了，創新能力也得到了提高。通過實踐環節，對于科技論文寫作，尤其針對學生寫作不規范甚至照抄等現象，也能起到很大程度的改善作用。同時，這樣的實踐也為學生完成畢業論文或者課題奠定了基礎。

總之，通過對科學前沿在物理專業課程里的滲透與實踐表明，科學前沿地引入，尤其是教師自己的課題科學研究講述與介紹，為學生參與科學研究提供了入門和基礎，不僅使得學生對科學研究感興趣而且對參與科學研究有了積極性，學以致用。反過來，學生參與科學研究的積極性又進一步促進了其對專業課程學習的興趣與熱情。

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基金項目：理學院教改項目，校重點課程建設項目和中國計量學院物理實驗中心。

作者簡介：陳苗根（1981-），男，浙江杭州人，博士研究生，副教授，研究方向：磁性物理。