“雙一流”建設(shè)戰(zhàn)略背景下的《數(shù)學(xué)物理方法》課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

白龍+陳雷鳴

摘要：“雙一流”建設(shè)對于發(fā)展我國的高等教育具有里程碑意義，如何在“雙一流”建設(shè)背景下傳授“數(shù)學(xué)物理方法”知識進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是一個重要課題。本文著重論述了我們在此背景下就該課程做出的教學(xué)改革，旨在促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高和學(xué)生掌握“數(shù)學(xué)物理方法”知識的能力。

關(guān)鍵詞：“雙一流”建設(shè)；數(shù)學(xué)物理方法；創(chuàng)新

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）31-0101-02

建設(shè)世界一流大學(xué)與一流學(xué)科，是信息化和全球化時代背景下我國對高等教育作出的重大戰(zhàn)略決策?！半p一流”建設(shè)對于促進(jìn)我國高等教育的發(fā)展和增強(qiáng)國家的自主創(chuàng)新能力具有十分重要的意義。以改革為動力和以學(xué)科發(fā)展為基礎(chǔ)的“雙一流”建設(shè)旨在建設(shè)一流大學(xué)和一流學(xué)科，實(shí)現(xiàn)我國高等教育的跨越式發(fā)展，進(jìn)而為國家的建設(shè)培養(yǎng)一流人才。而《數(shù)學(xué)物理方法》是理工科諸多專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，在解決自然科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域問題的過程中發(fā)揮著重要作用。在國家積極推動我國高等教育的“雙一流”建設(shè)背景下，如何對《數(shù)學(xué)物理方法》課程進(jìn)行深層次的教學(xué)改革進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量是一個重要課題。為此，我們在《數(shù)學(xué)物理方法》教學(xué)過程中進(jìn)行了積極探索和嘗試。

一、注重教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化組合

《數(shù)學(xué)物理方法》作為應(yīng)用物理、光信息科學(xué)與工程、動力工程、電子信息技術(shù)等專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，它是在線性代數(shù)和微積分基礎(chǔ)上為了解決生產(chǎn)實(shí)踐過程中典型的物理問題而發(fā)展起來的。該課程旨在培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)學(xué)思維方法解決具體的物理問題的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程提供必備的理論知識和數(shù)學(xué)工具。然而，目前該課程面臨內(nèi)容較多、學(xué)習(xí)起來難度較大、學(xué)時壓縮等問題。在此情況下，必須有效整合教學(xué)內(nèi)容，力求在重點(diǎn)突出和主次分明的前提下優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。針對我們使用的梁昆淼編寫的《數(shù)學(xué)物理方法》教材，我們把教學(xué)內(nèi)容分為四個部分，即復(fù)變函數(shù)基礎(chǔ)、特殊變換（包括傅里葉變換、拉普拉斯變換、積分變換以及保角變換）、分離變量法求解定解問題和特殊函數(shù)的應(yīng)用（包括球函數(shù)、柱函數(shù)和格林函數(shù)）。在此基礎(chǔ)上，就每一部分的內(nèi)容再進(jìn)行詳略得當(dāng)?shù)闹v授，這種教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行層次清晰的優(yōu)化組合對于教與學(xué)起到了積極促進(jìn)作用。

二、注重多種教學(xué)手段的運(yùn)用

當(dāng)今時代在某種意義上可以說是新媒體時代，新的時代背景必然要求教學(xué)手段的變革。傳統(tǒng)的“灌輸”式教學(xué)方法難以達(dá)到有效的教學(xué)目的。在使用傳統(tǒng)教學(xué)方式的同時，充分利用多媒體的可視化教學(xué)優(yōu)勢，對于富含物理背景的內(nèi)容，除了利用傳統(tǒng)方法講授外，還可以使用Matlab或者M(jìn)aple數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行可視化教學(xué)，把計算結(jié)果以圖形或動畫的形式展現(xiàn)出來，使較為抽象的內(nèi)容變得直觀、生動和易于理解，既鍛煉了學(xué)生利用數(shù)學(xué)軟件解決實(shí)際問題的能力，又達(dá)到了教與學(xué)相長的效果。另外，我們建立了數(shù)學(xué)物理方法QQ群，在這個網(wǎng)絡(luò)交流平臺上，上傳了課程內(nèi)容簡介、教學(xué)大綱、教學(xué)課件PPT、習(xí)題庫以及一些拓展閱讀資料，方便學(xué)生預(yù)習(xí)和學(xué)習(xí)。通過這個交流平臺，老師與學(xué)生就教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行討論并且為學(xué)生答疑解惑，學(xué)生之間可以交流學(xué)習(xí)心得，充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)新媒體在促進(jìn)教學(xué)效果方面的優(yōu)勢。

三、注重物理知識與數(shù)學(xué)方法的有機(jī)融合

最近，國際主流物理雜志Nature Physics 刊發(fā)了一個短文“Mathematics anywhere”，主要論述了數(shù)學(xué)在解決自然科學(xué)與工程技術(shù)問題的過程中發(fā)揮著重要作用，并且時刻影響著人類的生產(chǎn)與生活。數(shù)學(xué)是人類抽象思維發(fā)展的結(jié)晶，利用數(shù)學(xué)語言表達(dá)物理的基本思想及其理論不僅使數(shù)學(xué)擺脫了純粹邏輯推理的桎梏，而且煥發(fā)了勃勃生機(jī)。因此，數(shù)學(xué)是學(xué)習(xí)與研究物理問題的基本工具。在數(shù)學(xué)物理方法的教學(xué)過程中，必須使學(xué)生體會到數(shù)學(xué)邏輯推理的嚴(yán)格與嚴(yán)密性，同時注重利用解決某一物理問題而導(dǎo)入所學(xué)知識，注重數(shù)學(xué)在解決具體物理問題過程中發(fā)揮的作用。使學(xué)生在學(xué)習(xí)每一部分?jǐn)?shù)學(xué)內(nèi)容時，都能感覺到數(shù)學(xué)在解決物理問題中無處不在，這不僅培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且深化了學(xué)生對物理問題的理解。

四、注重教學(xué)過程中滲透科技前沿知識

作為“雙一流”建設(shè)工程的一個重要內(nèi)容就是“一流”的課程設(shè)置，而“一流”課程的設(shè)置不僅使得學(xué)生掌握該課程的基本內(nèi)容與基本精髓，而且需要使課程教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)今科技發(fā)展前沿問題相銜接，使學(xué)生能利用所學(xué)知識解決若干科技前沿問題。例如，電磁場與物質(zhì)的相互作用一直是國際前沿課題，大部分論文中都涉及求解Helmholtz方程。在教學(xué)過程中結(jié)合一篇研究文獻(xiàn)，引出Helmholtz方程求解問題的講解；待學(xué)生掌握了求解此方程的方法后，利用所講授的方法，與學(xué)生一起給出求解文獻(xiàn)所給方程。這樣，達(dá)到了學(xué)以致用的目的。因此，要想激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)看似“冗長、乏味、深奧且難懂”的數(shù)學(xué)物理方法，更需教師注重在教學(xué)過程中把每一部分知識與前沿科技研究相銜接，讓學(xué)生體會利用所學(xué)知識解決科學(xué)問題的樂趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

總之，“雙一流”建設(shè)背景下的《數(shù)學(xué)物理方法》的教學(xué)方法改革是一個系統(tǒng)工程，它需要教師與學(xué)生互為促進(jìn)，進(jìn)而不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與方法，以達(dá)到培養(yǎng)一流人才的目的。

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