新工科背景下大學(xué)物理教學(xué)研究

代福 范東華 趙麗特

摘要：大學(xué)物理是高等學(xué)校工科專業(yè)學(xué)生必修的一門重要的基礎(chǔ)課程。文中詳述了新工科的內(nèi)涵。新工科背景下大學(xué)物理課程的教學(xué)任務(wù)是要從心靈上培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神和求知欲。在新工科背景下大學(xué)物理課程教學(xué)要能夠培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維及自拓展的知識結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；新工科；教學(xué)任務(wù)；教學(xué)方法

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）22-0198-02

大學(xué)物理是高等學(xué)校工科專業(yè)大學(xué)生必須學(xué)習(xí)的一門重要基礎(chǔ)課，學(xué)生通過對大學(xué)物理課程的學(xué)習(xí)，不僅可以認(rèn)識客觀世界，掌握物理規(guī)律，更重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、邏輯推理的創(chuàng)新能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。新工科概念提出后，如何更加有效地進(jìn)行大學(xué)物理課程教學(xué)對人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升顯得尤為重要。本文介紹了新工科的概念及內(nèi)涵，以及在新工科背景下如何切實有效地進(jìn)行大學(xué)物理教學(xué)。

一、新工科的概念及內(nèi)涵

“新工科”是新時期高等學(xué)校全面推行高等工程教育以適應(yīng)新經(jīng)濟發(fā)展所提出的概念。其主要目的是將傳統(tǒng)的工科建設(shè)進(jìn)行改革以適應(yīng)新形勢下經(jīng)濟發(fā)展對人才的需求。新工科概念的出現(xiàn)對高等院校專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)提出了新的要求，建設(shè)新工科首先要搞清楚其本質(zhì)是什么，新工科的外在表現(xiàn)是建設(shè)新專業(yè)的建設(shè)，但新工科的本質(zhì)則是為快速發(fā)展的經(jīng)濟培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。什么是創(chuàng)新型人才？具體地說，就是支撐企業(yè)發(fā)展和社會進(jìn)步的偉大工程師。新工科要培養(yǎng)社會進(jìn)步所需的偉大工程師，關(guān)鍵要做好兩件事。其一，偉大工程師必須要具備偉大的心靈，那些在工程上的偉大的設(shè)計及思想就會從這些心靈中源源不斷地流淌出來。因此，新工科的首要任務(wù)就是培養(yǎng)大學(xué)生具有偉大的心靈。其二，偉大工程師必須具備卓越的能力，只有具備了卓越的能力，那些在工程師腦海中縈繞的設(shè)計及思想才有可能變成足以改變世界的現(xiàn)實。因此，新工科另一主要任務(wù)則是培養(yǎng)大學(xué)生具有適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展的卓越能力。

二、新工科教育任務(wù)

新工科教育不僅僅是向?qū)W生傳授知識，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生具有強烈的社會責(zé)任感，具有銳意進(jìn)取及鍥而不舍的創(chuàng)新精神。因此，新工科教育的首先任務(wù)是要激發(fā)大學(xué)生具有強烈的社會責(zé)任感。我們要讓學(xué)生清楚地認(rèn)識到：現(xiàn)代工程師是人類進(jìn)步和技術(shù)革新的主要力量之一，工程師不僅要完成自己的本職工作，更多的是要充滿對社會進(jìn)步、民族發(fā)展肩負(fù)的強烈的使命感。我們的每一項工作、每一分努力、每一次成敗不僅僅是關(guān)乎我們自己的榮辱成敗，它還將影響著中華民族的未來，甚至影響著世界民族的發(fā)展。其次，新工科教育的主要任務(wù)是要培養(yǎng)學(xué)生的能力及創(chuàng)新精神。傳統(tǒng)的工科教育重在培養(yǎng)學(xué)生掌握知識上面，很少強調(diào)創(chuàng)新。而人類社會的進(jìn)步每時每刻都在要求我們創(chuàng)新，因此，作為當(dāng)代工程師，我們不僅要能做事，做好事，還要具有改變社會的創(chuàng)新精神。最后，新工科教育的重要任務(wù)是激發(fā)學(xué)生的求知欲。求知欲是對一切未知事物的好奇心，一種敢于探索新世界的欲望。這種欲望的膨脹將會煉成足以改變世界的偉大雄心。

三、新工科背景下大學(xué)物理教學(xué)任務(wù)

傳統(tǒng)的工科教育主要關(guān)注在向?qū)W生傳授知識和培養(yǎng)能力上面，而忽略了學(xué)生心靈的培養(yǎng)，這也是傳統(tǒng)工科教育不適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟對人才需求的最大短板。新工科教育必須重視培養(yǎng)學(xué)生偉大心靈。因此，對于大學(xué)物理這樣一門工科專業(yè)必修課而言，所肩負(fù)的使命不再只是傳授物理知識、學(xué)生會做幾道題，而是首先要從心靈上培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神和求知欲。大學(xué)物理的知識大多是理論性較強、邏輯思維能力要求較高的知識，教師越來越難教，而學(xué)生也反映越來越難學(xué)。考試成績每況愈下，學(xué)生甚至反映學(xué)習(xí)大學(xué)物理沒有用。因此，新工科背景下大學(xué)物理教學(xué)的首要任務(wù)就是提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。美國心理學(xué)家布魯納認(rèn)為“學(xué)習(xí)最好的刺激，乃是對學(xué)習(xí)材料的興趣”。因此，作為大學(xué)物理教師在教學(xué)過程中首要的任務(wù)就是如何最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。要做到這一點可以從課堂到課外相結(jié)合。

1.課堂激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在課堂上主要是向?qū)W生傳授物理知識，物理知識大多理論性較強，學(xué)生如果沒有興趣，教師講課不生動，學(xué)生學(xué)習(xí)效果就會很差。這也是傳統(tǒng)工科教育中大學(xué)物理課程老師難教、學(xué)生難學(xué)的主要原因。因此，在課堂教學(xué)中，如何將枯燥的物理理論講授得生動形象是課堂上激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理興趣的主要方向。事實上，物理學(xué)的所有定理、定律都來自于客觀實際，都是偉大科學(xué)家們從大量實踐中總結(jié)出來的理想模型。這種理想模型升華為理論反過來指導(dǎo)客觀實際，為科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)提供理論依據(jù)。因此，這些理論的最大特點是客觀實際，即物理上每一條定理、定律都是跟生活實際緊密相連的。物理定理、定律講授之前要將得到這些規(guī)律的背景生動形象地講出來，讓學(xué)生切實感受這些偉大發(fā)現(xiàn)其實就隱藏在我們生活中。比如，講霍爾效應(yīng)時，將霍爾如何發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)向?qū)W生介紹，同時指明，霍爾發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)時才24歲，跟我們年齡差不多，而霍爾效應(yīng)的理論主要是電子在電磁場中的運動，這些理論我們早在高中就已經(jīng)學(xué)過，但我們運用理論不夠，理論與實際脫節(jié)。而霍爾做到了理論與實際的緊密聯(lián)系，所以發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)。這樣講可以讓學(xué)生深刻認(rèn)識到，原來霍爾效應(yīng)我們也是可以發(fā)現(xiàn)的，只要我們在生活中多思考，多將物理規(guī)律在生活中加以運用。

2.課外激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。既然物理學(xué)的一切規(guī)律都來自于客觀生活實際，那么物理規(guī)律更多地要讓學(xué)生在實際生活中去體會。老師除了在課堂教授知識，還應(yīng)設(shè)置課外習(xí)題，讓學(xué)生將物理規(guī)律與實際生活相連，從而達(dá)到提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。比如，講完光的干涉理論，叫學(xué)生在課外體會光的干涉理論的應(yīng)用：五顏六色的肥皂膜，油滴滴在地上后被太陽照射時的顏色，眼鏡上鍍的薄膜的功能及原理等。這些都會讓學(xué)生將理論與實際相連，更多運用學(xué)過的物理理論去發(fā)現(xiàn)生活中的奧妙。實踐表明，將物理學(xué)習(xí)放到課外體會，會極大程度提升學(xué)生物理學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣。這種興趣的產(chǎn)生可以推廣到其他課程的學(xué)習(xí)中，使學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。

四、新工科背景下大學(xué)物理教學(xué)方法

新工科背景下的大學(xué)物理教學(xué)要能夠培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維及自拓展的知識結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的工科教育強調(diào)學(xué)生對知識的接受程度，忽略了批判性思維的培養(yǎng)。批判性思維包括對問題的懷疑，不輕信別人的言論及思想，不輕易否定結(jié)論；包括對問題尋根究底，不放過任何細(xì)節(jié)，對現(xiàn)實生活中任何出現(xiàn)的問題及現(xiàn)象尋根究底找原因；還包括對問題高度審慎，科學(xué)的理論一定要靠充分可靠的證據(jù)來證明。在新工科建設(shè)下，如何培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維？首先教學(xué)模式要轉(zhuǎn)變，學(xué)生上大學(xué)不再只是單純地聽講，而是應(yīng)該成為交流—質(zhì)疑—辯論的教學(xué)模式；其次，教學(xué)內(nèi)容也要做相應(yīng)的改革，應(yīng)該構(gòu)建問題導(dǎo)向式課程教學(xué)體系。因此，在新工科背景下作為基礎(chǔ)課程之一的大學(xué)物理課程的教學(xué)也就不再只是老師單純地講授，學(xué)生被動地獲取知識，或者說，不斷練題強化知識的掌握。大學(xué)物理的教學(xué)方式要從根本上改變，老師的角色要從灌輸知識的老師變?yōu)檩o導(dǎo)知識掌握的導(dǎo)師，在整個學(xué)習(xí)過程中學(xué)生變?yōu)閷W(xué)習(xí)的主體，因此，老師的作用則是設(shè)置一個個相互連貫的問題，學(xué)生通過對問題的質(zhì)疑，通過查閱相關(guān)資料的自主學(xué)習(xí)給以判斷，通過交流辯論得以對問題的思考，老師最后做輔導(dǎo)性的陳述得以對問題的解惑。學(xué)生通過對一個個問題的逐個擊破，掌握知識的背后還能夠提出創(chuàng)新性思考。

自拓展知識結(jié)構(gòu)，就是要能夠在課外自主地學(xué)習(xí)。對生活中遇到的問題通過自主學(xué)習(xí)，拓展自己知識結(jié)構(gòu)，增強自身能力。因此，作為必修的基礎(chǔ)課程，大學(xué)物理的“基礎(chǔ)”必須要求扎實，教師在引導(dǎo)學(xué)生掌握知識的同時，還要設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生運用知識的能力，比如，讓學(xué)生自主設(shè)計問題，通常情況下，問題來源于本專業(yè)相關(guān)知識。學(xué)生通過對問題的理解，然后質(zhì)疑、相互討論得到解答。教師在該過程中主要起到引導(dǎo)作用。

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