將前沿科技成果引入大學物理教學中促進應用型人才科學素養

塔力哈爾·夏依木拉提　尚志勇

摘 要：大學物理不僅服務于專業課學習的需要，更重要的是培養大學生科學素質，進而推動應用型人才的培養。因此如何讓大學生適應科技的突飛猛進的發展，是我們新時代教師必須考慮的問題。本文中講述了如何將前沿科技成果引入大學物理教學中，提高學生對大學物理的興趣和積極性，培養新時代大學生科學素養等內容。

關鍵詞：大學物理 前沿科技成果 科學素養

引言

大學物理作為工科類專業的公共基礎課多年來總是百年不變的老面孔的感覺。大學學生也往往覺得大學物理和中學物理很多重復，除了微積分的應用外沒有什么新意，因而影響學生的學習興趣和積極性。這代大學生是新時代的大學生，是實現中華民族偉大復興中國夢的主力軍。現代高新技術的快速發展，大學生不斷面臨著科學知識和概念的老化，落后的威脅。這些直接影響創新型，應用型人才的培養和發展。因此如何讓大學生在學習和以后的事業發展中適應科技的突飛猛進的發展，是我們新時代教師必須考慮的問題。本文中作為新工科院校的教學科研型青年教師，講述了如何將前沿科技成果引入大學物理教學中，提高學生對大學物理的興趣和積極性，培養新時代大學生科學素養，促進應用型人才的培養的一些體會和思考。[1]

一、教學內容與前沿科技成果聯系，為學生打開相關前沿課題窗口

力學，熱學，電磁學在大學物理中基本是傳統的，成熟的教學內容，這些經典內容仍然是學習大學物理中最重要的基礎。問題是我們如何用現代的視角去重新組織教學內容，如何正確的，頗有新意的講授傳統經典物理內容的重要性和意義。因此教學中我們盡可能采用前沿科技成果的發現和應用的思路講解。比如講述運動學方程時，我們可以適當提及運動學方程的重要性。可以簡單給他們介紹牛頓力學外的其他運動學方程，如拉格朗日方程，薛定諤方程等。教學中還要適當的教學需求引入現代物理的概念，比如，講述熱力學時，引入量子統計的概念，這樣可以深入地展示一些金屬中的自由電子氣、白矮星與中子星等前沿課題。又比如講述能量守恒及轉化定律時，我們可以講述能源的重要性，談論新能源開發和應用的意義。講述相對論時，相對論在GPS（全球定位系統）中的應用。這些不僅可以擴展學生的知識面，而且促使他們學習的積極性和新知識的渴望。總之，教師在教學過程中主動去把近現代前沿科技成果與大學物理的內容聯系在一起，在講清概念，打好基礎的條件下，向現代跨一步，可以有許多前沿課題的窗口呈現在眼前。在此過程中，目的不是為了將深刻或讓學生覺得多么深奧，而是讓學生從中獲得新的知識，開闊他們的眼界，啟迪他們的思維。畢竟大學物理這樣的基礎課的任務不僅是為后面的專業課的需求，更重要的是培養大學生科學素養。[2]

二、讓大學生接觸前沿科研和精密實驗設備，提高學生對科研的積極性和自信心

通過開放高校研究所或重點實驗室的方式，不僅培養大學生的前沿科研的理解，提高科研素養，并且為他們進一步深造打好基礎。近年來，通過開放實驗室的方式，我們重點實驗室為一部分動手能強，對科研濃厚的興趣的學生開放我們的實驗室，讓他們接觸前沿科研設備，通過引導，示范，讓他們熟悉說明書，再示范，最后讓他們充分掌握實驗儀器操作，使他們建立足夠的自信心。在我們實驗室，首先，教師的指導下，讓學生先去參觀實驗室，介紹主要儀器，并說明儀器的結構以及用途。之后，讓學生看儀器使用說明書。等看完說明書，再次回到實驗室老師給他們現場操作操作，示范，要求學生記筆記。最后，讓學生結合老師的具體操作和儀器說明書，寫出儀器使用手冊或儀器操作步驟。這過程不僅培養了學生嚴謹的科學素養，并且避免儀器由于誤操作而引起的不必要的損壞。在以上培養過程中，我們將選擇一些具備獨立思考能力，對科研濃厚興趣的學生，讓他們加入到教師的科研項目，系統訓練學生的科研能力。

三、讓學生知道要看的遠，先要“站在巨人的肩膀上”，前沿科技成果也是如此

有時候老師可以從歷史的背景和時間的順序來講，讓他們知道電場，磁場，電子等物理書上常見的名詞，其實一代一代科學家艱苦的努力，從無到有的努力鉆研，堅持不懈的發現過程。比如，第二次工業革命的一系列發明，到1866年德國制成第一個發電機到70年代的實際應用，都離不開一代一代科學家的堅持不懈的努力。這些發明和重大發現讓人類進入到 “電氣時代”。因此我們在講述電磁學的交流發電機和電動機的原理之前，我們可以給學生講述在1820年前，人們一直認為電與磁是分開的兩個領域，是單獨孤立的。而奧斯特的實驗，把電和磁統一起來，使人類第一次認識到電和磁的聯系。之后法拉第，安培等科學家繼續發展電磁學，最終到交流發電機，電動機的原理。講述現代交流發電機的發明是一個個科學家不斷地努力的成果。看似簡單的奧斯特實驗，花了奧斯特10幾年的時間。法拉第又花10多年時間提出電磁感應定律。因此，我們想掌握交流發電機原理，必須從最基本的知識開始，這就是我們站在巨人的肩膀上的真正意義。講述相對論和量子力學同樣講述歷史背影，20世紀這兩個偉大的物理學理論產生的必然性。在這樣的教學中，學生不僅學會了人文知識，還體會到科學思路，培養了學生提出問題，解決問題的能力，最終潛移默化的提高學生的科學素養。讓學生明白你覺得枯燥，辛苦的學習過程，就是爬山的經歷。爬山不容易，需要堅持，耐得住寂寞。但當你爬到高出能看到原來山腳下看不到的美景。爬的越高越艱難，一起爬山的人也越來越少，但是你堅持爬到另一個高處，又看到另一個美景。[3]

四、通過其它多種有效途徑培養學生的科學素養

1.積極開展學術講座

大學是人才的培養基地，而講座則是學生獲得多方面信息的重要途徑之一。學術講座使大學生開拓視野，發掘科學興趣，并能夠廣泛涉及各種前沿學科領域，對提升大學生知識面，提升他們的科學素養具有不可替代的作用。

2.培養學生通過數據庫主動找問題和答案的能力

帶領本科學生盡早接觸Scopus，Web of science等數據庫，使他們有機會接觸第一手資料，教會他們跟蹤一個研究領域的能力。通過數據庫的簡介，可以提高學生主動探索提問，尋找答案的能力，樹立科研意識，加強學生的科學素養教育。學生通過查詢、了解最新的自己專業相關的研究進展，運用領域。學生還可以了解該領域發展現狀、和存在的問題。

3.積極發展大學生創意創業科技項目

為了培養和提高大學生科技創新意識和能力需要發展大學生創意創業科技項目。鼓勵大學生積極參創意創業科技項目，這不但可以幫助大學生加深對課堂知識的理解，而且更有助于培養大學生創新意識，進而提高科學素養。對選題合理、可行的大學生創意創業科技項目予以資助，鼓勵學生創建科研團隊，指導大學學生將創意落到實處，積極提高他們對創意創業科技項目的積極性，這對大學學生形成初步的科學素養尤為重要。

4.教學實驗儀器與本科課程設計

在大學物理實驗教學往往遇到，為了使儀器更便于使用，需要改進或優化。因此完全可以把本科課程設計中加入大學物理實驗儀器優化或演示實驗儀器的設計等內容。如：在我們實驗室老式的三線扭擺的周期通過秒表來測量，這不僅麻煩，而且誤差較大。后來，我們通過指導學生改進儀器，加入紅外線自動計數器電路，大大提高了測量精度。在這過程中，學生不僅完全掌握了儀器的結構和原理，而且提高了學生敢于創新，主動思考的科學素養。

綜上所述，本文概略介紹了關于將前沿科技成果引入大學物理教學，促進應用型人才的科學素養的一些想法，作為拋磚引玉。大學物理不僅服務于專業課學習的需要，更重要的是培養大學生科學素質，推動應用型人才的培養。我們希望在大學時期，大學物理教學能在培養學生的科學素養，研究問題的能力方面有一個良好的開端。

參考文獻

[1]羅蔚茵，鄭慶璋.基礎物理教學問題選講[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2]鄭慶璋，羅蔚茵.GPS的相對論修正[J].物理通報，2011（8）：6-8.

[3]人民教育出版社歷史室.世界近代現代史[M].河南省：人民教育出版社，2002.

作者簡介

塔力哈爾·夏依木拉提（1981.10—），理學博士，副教授，碩士生導師，主要從事敏感材料與器件研究和物理學教學工作。

通訊作者

尚志勇（1980.12—），工學博士，副教授，主要從事力學與材料強度和物理學教學工作。