科研與教學的融合在大學物理創新教學中的作用

陳建中 孫海波

教學和科研是高等學校所行使的兩個重要的職能。這兩個職能在為社會培養所需要的合格的創新性人才中發揮著重要作用。 大學物理是理工科高等院校所開設的一門公共基礎學科。 它不僅為學生專業課學習提供所需的物理基礎知識，而且還能培養學生的物理思想、邏輯思維和創新能力。 相對于計算機一些快速發展的新興課程，《大學物理》是一門知識結構較為寬泛、系統完善而又內容陳舊的學科。在教學過程中如何將大學物理知識與具體的科研問題、實踐問題和科學思想有機地融合起來，追根溯源，將直接影響到教學效果和學生創新思維的培養。

正確處理科研與教學的關系，首先要樹立正確的思想觀念。在國內一些大學，由于辦學理念受傳統教育觀念的影響，將教學和科研相互割裂開來，彼此對立。某些國內大學認為教學是高校的主體，所有工作均以教學工作為核心并為其服務，過度追求教學成果，有些人甚至認為公共基礎課老師根本不需要搞科研，只上好課就可以。與此相反，某些大學認為科研是高校的工作核心，沒有科研的高校，不能稱其為大學，過度追求科研成果，激勵老師以科研為本而忽略教學，這失去高等學校培養人才的教育之根本。事實上，兩種觀念均只強調高校的一個職能，而忽略兩種職能間的聯系和相互促進的作用。教學是科研的潛在動力，缺乏對教學的認同，高校教師可能失去提高科研水平的契機。科研是教學創新的源泉，失去科研的大學也就使高校教學失去創新和靈魂。因此，正確處理科研與教學的關系，將有助于高校培養合格和創新性人才。本文將對科研與教學的融合在大學物理創新教學中的作用展開一定的討論

以科研中應用的大學物理知識為界導，激發學生的學習興趣和創新意識。物理知識本身就源自人們對自然界事物運行規律的探索、研究與認識。將大學物理知識與科學研究和實踐活動融合起來意味著物理知識的返璞歸真。物理知識在科學研究前沿中的應用能喚醒陳舊物理知識和內容的生命活力，賦予許多新的含義。 這種融合在大學物理教學中的體現與實施能激發學生學習物理的興趣和熱情，培養學生的創新思維，激勵學生參加大學科技創新活動。

牛頓第二定律是建立在實驗基礎上發展起來的重要規律，也是研究物體運動等專業的大學物理教學，科研內容主要涉及原子分子物理和生物物理等相關領域。 將大學物動力學的核心規律，并為其他它動力學規律的學習奠定基礎。 筆者主要負責機械工程和車輛理知識與機械、交通和車輛等實踐問題結合是很自然的事情，學生并未從結合中感受到物理知識應用的創新性。 當我啟發學生能否應用牛頓第二定律研究蛋白質運動，探索生命現象的運動規律以及研發藥物時，學生先是感到驚愕，然后覺得這是不可思議。 在學生的頭腦中閃過大大的問號，這怎么會呢？借此契機，我引導學生如何建立蛋白質分子中原子間的勢能函數，通過對勢能函數求導計算原子間的作用力，進而應用牛頓第二定律計算原子的加速度，利用數值積分獲得原子的運動速度和原子的位置。 最后將自己在國際期刊上發表的文章及文章中描述的原子運動方向展現給大家，為此激發了學生對大學物理的學習熱情和興趣。 較多學生在課下主動查閱動力學模擬的相關知識，并積極與我探討簡單的模擬參數化和編程問題。 因此我對學生的熱情和興趣加以引導，成立課外分子模擬小組，使學生在科研實驗室實現簡單的模擬，增進學生對牛頓第二定律應用的理解，賦予其新的生命活力，培養了學生的科學思維和創新性的學習方法。

以大學物理知識的啟發延伸培養科研思維為手段，激發學生的創新靈感和意識。大學物理學是一門研究物質的基本結構及物質運動普遍規律的嚴格而又精密的基礎學科。使學生能夠順利地解決物理實驗和工程實踐呈現的問題，培養和訓練分析解決問題的綜合能力，加深學生對有關物理知識和專業學科的理解。作為任課教師如何通過大學物理的課堂教學激發學生的創新思維呢？通過物理知識的啟發延伸而培養學生的科研思維將是一個重要手段。 筆者在大學物理教學過程中經常有意為之，給學生留有遐想的空間。學生為此很認可該種教學方式，認為能啟迪他們的創新靈感。點滴做法，總結如下。

簡諧運動是大學物理的一個重要內容，表示物理量隨時間按余弦或正弦規律運動。講課時明確指出位移、速度和加速度均隨時間做簡諧運動。為加深學生對簡諧運動的理解，我從科學研究的角度簡單地給學生提示到：簡諧運動可以在兩個空間描述：一個是速度描述的實質空間，另一個是相位空間，通過傅里葉變換可以實現兩個空間的物理量轉換。如果在實質空間找不到有效控制量，可嘗試將其轉化到相空間或許能探索到有效控制量。后來交通工程專業的一個畢業的學生給我打電話表示感謝，說我的這個延伸提示使他實現了小型發動機運轉速度的智能化控制，得到他工作單位的嘉獎。而且他還說我在大學物理教學課堂中的許多延伸提示非常重要，啟迪了他的創新思維、靈感和火花，從而導致了一些技術改進和發明，申請了十余項發明專利。為此在大學物理課堂教學中，我經常把科學研究結果與大學物理知識相結合，并拓展延伸，給學生留有充分的遐想空間，啟迪學生的創新靈感，培養學生的創新思維。

簡言之，高校教師和管理機構如果能正常處理科研與教學的關系，不僅有利于創新性教學模式養成和創造性學生的培養，而且也有利學校整體科研水平和教師科研能力的提高。因此無論是管理者，還是任教者和科研者均應正確處理教學與科研的關系，教學與科研的融合是高校發展的趨勢。