新時代理工科本科物理學教育改革的思考

摘 要：隨著我國新工科建設的提出，高等教育人才培養目標的確定，理工科本科物理學教育改革面臨著重大挑戰。針對傳統本科物理學教育觀念和教學方法中存在的本質問題進行討論，從學科知識特點、成才要素、教育管理制度三個方面出發，提出重塑本科物理學教育改革的理念和方法。

關鍵詞：邏輯思維；成才要素；趣味教學

“新工科”建設的提出后，高等學校本科物理學教育處于重要地位。北京大學物理學院理論物理研究所劉玉鑫教授指出：“全球十大新興突破性技術”所占據的十個主要領域——人工智能、機器人、物聯網、無人駕駛交通工具、3D（三維）打印、納米技術、生物技術、材料科學、能源儲存、量子計算這十個領域中有九個直接與物理相關。教育部具體建議的六類“未來技術學院”——腦科學與智能技術、光子與量子芯片技術、光物質與能源技術、仿生智能材料科學與技術、生物芯片技術，基因組健康技術，全部屬于物理學的范疇和外延。理工科大學當前本科物理學教育仍存在陳舊的教學觀念和教學方式、落后的教師管理制度，因此無法培養出新時期要求的創新型、復合型、應用型人才。

一、抓住物理學知識特點，遵循自然科學的邏輯思維模式、遵循實驗科學規律、遵循理論與實際相結合的思路，進行教育模式的改革

（一）遵循物理學的自然科學邏輯思維模式講授物理學知識。物理學是研究物質、能量的本質與性質，以及它們彼此之間相互作用的自然科學。本科物理學傳統的授課方式是教師是導演、編劇，以“傳授已知知識”的方式成為課堂整個過程的主體，學生在教學過程是被動的“知識容器”。因此，學生覺得大學物理學枯燥無味、學習物理學知識很費勁、僅僅為了考試完成習題，甚至“背題”。即便是成績好的學生畢業多年以后也都忘了大部分本科物理學知識。學生是學習的主體，教師是領路人。將學習任務按照邏輯思維模式——現象、根源、定性解釋、定量推導——安排學生由簡單到復雜、由感官到抽象、由個體到系統地分析問題。運用數學知識推導，對物理公式及物理量需重視其物理意義的理解，使知識由抽象符號和公式轉化為學生信手拈來的常識。鼓勵一個問題多角度思考和尋求多種解決方案。培養具有邏輯清晰、求真、嚴謹、抽象、系統、創新思維能力的本科人才。

（二）加入物理實驗講授物理學知識。物理學是一門實驗科學。曾經有位物理學家說過，再漂亮的理論如果與實際不符，那它是南郭先生，其存在是沒有意義的。盡管本科物理學知識比初、高中階段的知識復雜，但完全通過公式推導、分析推理等理論形式講授，不符合學科特點，更不宜培養真正有物理思維的科技創新人才。在當前條件下，若理論不能計算或預測，通過實驗觀測可得到結論。此外，物理實驗是一個過程，不僅僅是一些數據，實驗給學生的感受是真實具體的。因此，教師在授課時加入演示實驗、學生實驗、或者實驗過程的視頻，積極規劃、設計學生參與實驗和討論，減少黑匣子實驗，使實驗成為理論教學的重要組成部分。遵循從現象到物理本質，從簡單到抽象的思維過程。這樣更符合物理學認知的邏輯，學生對物理概念、公式、定理的物理意義理解會更深刻。復旦大學物理學系教師呂景林等前輩們在“物理演示實驗拓展”方面的教改已見成效。此外，在理論和實際結合過程中學生會逐漸感覺到自己在物理學領域、在某些跨學科領域里可做些實際的事，他們找到了樂趣，找到了價值。在這個過程中也訓練了學生面對“確定性的工作”轉變為“不確定性工作”時身心的協調能力，勇敢、無畏地去發掘寶貴的創造力的素質。

二、理工科本科學校應不斷完善高校教師管理制度，適應新時代教育改革的步伐

（一）質量的理工科人才培養需要配備一定比例的稀缺人才擔任教師。正如國科大流傳的一句話“絕大多數高校是教師來培養科學家，而國科大是用科學家來培養科學家”。新時代對人才的要求是多維，對培養人才的教師必然也被要求在知識、能力和價值觀方面是令人佩服的。在當今道德水平不斷下滑階段，有實踐經驗、技術水平高、科研能力強、道德水平高尚的人，當之無愧被稱為稀缺人才。教師作為學生的引領者，其對學生的影響是巨大的。首先，對于專業水平和科研技術能力而言，如果任課教師有真正參與科研、工程、或進行軟硬件等器件設計的經歷。那么在教學過程中講授的內容會更有實用價值，講解思路會更易于接受，對課程內容、考試內容的設計會更符合時代的要求。從而更有可能培養出新時代要求的創新型、復合型和應用型人才。其次，對于教師的道德品質而言，“次品”決不能當老師，否則后患無窮。對于缺乏師德的還是不要當教師。

（二）公開、公正對待各項獎勵制度、教學和科研基金項目、專業培訓、技術文化交流等項目，以及請一線教師參與教學大綱的制定、新專業課程結構的制定、大學物理實驗項目的確定、教學比賽評分規則的制定等等教學指導工作，對物理學教師專業水平和品德修養的提高均有積極推動作用。改革開放四十年，提高教師教育水平的一系列政策和措施還是無法做到公開、公正。從教育教學改革宏觀規劃到微觀調整，很多時候是領導和專家在絞盡腦汁談論的事，與絕大多數一線教師無關。一線教師不能發揮其主觀能動性，不但浪費了一線教師這種優良的資源，更重要的是，沒有一線教師的現實合理建議，很多制度和規定無法使各種項目實現最初的目的，甚至得到相反的結果，導致一線教師心理失衡。客觀的分析此現象背后的原因，一方面，規則和制度的公開透明，以及普通教師的話語權，在當今仍然不是容易實現的事。另一方面，有些普通教師并不關注“規則和制度內容”，因為關注與否對自身并無影響。

綜上所述，高校本科物理學教育改革應遵循學科特點和成才規律，其質量水平決定于教師的素質、學校管理制度的執行者。

參考文獻

[1] 吳愛華，侯勇峰，楊秋波，郝杰.加快發展和建設新工科主動適應和引領新經濟[J].高等工程教育研究，2017（01）：1-9.

[2] 徐向民，李正，韋崗，等.創新引領戰略下的電子信息類專業創新創業人才培養[J].高等工程教育研究，2018（02）：153-164.

基金項目：文章由“安徽理工大學博士基金項目”支持。

作者簡介：周宏麗，安徽理工大學山南校區力學與光電物理學院，講師，博士。