在工科大学物理教学中实施研究性教学的体会

张国锋

(北京航空航天大学物理科学与核能工程学院物理系 北京 100191)

1 引言

目前我国的高等教育规模不断扩大，高等教育体制也在不断改革中，教学中遇到了前所未有的新情况、新问题，需要当今从事教育工作的专家、学者和广大一线教师群策群力，开创教育改革的新局面.在学习和贯彻科学发展观的今天，高等教育的质量更应放在突出的位置上．

物理学从研究对象、研究方法、研究结果等方面都渗透在自然科学的许多领域，应用于生产技术的各个部门，它是自然科学的许多领域和工程技术的基础．大学物理作为必修的基础课程，在培养大学生科学观、世界观等方面起着举足轻重的作用.它所包括的经典物理、近代物理和物理学在科学技术上应用的初步知识等都是高等学校理工科学生所必备的．笔者认为大学物理课程的作用主要有两大方面：一是系统地掌握科学基本理论；二是培养学生发现问题、解决问题的初步能力．学生学好大学物理课程不但对其学习其他科学课程有很重要的铺垫作用，而且对其毕业之后从事工作以及进一步学习新理论、新知识、新技术都有深远的影响．大学物理课的重要任务就是让学生对课程中的基本概念、基本理论、基本方法能够有比较全面和系统的认识和正确的理解，并具有初步应用的能力．使学生开阔思路、激发探索和创新精神、增强适应能力、提高人才素质．

目前，各大专院校对大学物理课程都做了不少改革，我校物理系在这些方面也做了大量的工作．但从总体来看，这些改革大多停留在局部范围内，还没有取得突破性的进展．例如，如何能够更好地调动学生的积极性、让教师的教学工作顺畅，学生学得轻松；如何在低年级的物理基础课中开展讨论式、研究式教学；如何在教学中实现以教师为主导、学生为主体的师生互动；如何改革考试内容和方式方法，使其既能检测学生对知识掌握的情况，又能检测能力和素养的高低.这些问题都还没有找到切实可行的解决方法．

2 研究性教学实施方法

考虑到教学中存在的以上问题，在教学中实施了研究性教学模式.具体来说就是以教学模式的改革为切入口，积极推动研究性教学；积极推进讨论式教学、案例教学等教学方法和合作式学习方式．引导大学生了解多种学术观点并开展讨论、追踪本学科领域最新进展，提高自主学习和独立研究的能力．要让大学生通过参与教师科学研究项目或自主确定选题开展研究等多种形式，进行初步的探索性研究工作．鼓励学生参与科研项目，在课堂教学中给学生足够想象空间；针对学生中存在的争议问题给予时间和精力去解决；结合教师科研的优势，将一系列科研成果融入大学物理教学内容中．

(1)优化授课内容

以“基础物理学”[1]精品课为基础，结合我校科研优势方向，对教学内容进行必要的调整．以前基础物理课程教学中关于流体力学章节属于可讲可不讲的内容，笔者认为对于宇航学院、航空学院等院系需要讲解，针对这些院系加入了这些内容，并给予时间让学生就某些实际问题展开讨论.再比如以前略去了热力学第三定律.但它作为热力学整体，还是应该涉及的，因此在教学中给3到8 min时间的陈述.而有关热力学统计的部分只要求学生了解，且不作为重点进行讲解.近平衡输运过程尽管重要，但是作为大学生大学物理教学，只是让学生了解不作为要求；光学中对闪耀光栅也进行了删除，而是重点讲解透射光栅，让学生在此基础上去自学闪耀光栅；相对论中强调建立相对论的主要思想、时空变换、质能方程，其他内容不作为要求；量子物理中重点阐述建立量子物理的必要性以及波粒二象性、波函数的概率解释、尤其是固体能带结构尽管很重要，但是教学中发现学生对能带的推导觉得很枯燥，只要求学生记住某些结论，有兴趣的可以自己自学；涉及现代物理成就的激光原理、量子隧道效应，鼓励大家搜集资料参看网络文献的过程中去总结．总之，教学内容是随着所在院系做调整，以其更能适应将来专业课程的学习．

(2)改变授课方式

课堂教学重点是讲思路、讲方法、引问题、重讨论．积极推进讨论式教学、案例教学等教学方法和合作式学习方式．在教学前，对微积分知识进行回顾(非常有必要)；教学中引入许多讨论内容：比如力学中均匀球壳对质点引力的计算、刚体转动惯量的各种求法、螺线管内外磁场的均匀性的证明、热学中如何很简单地判定某一个过程的吸热放热情况、如何用光学原理测量光盘轨迹、如果把闪耀光栅上下颠倒，新的光栅方程怎么写等.发现学生很善于思考，尽管这些问题中的大部分有些已经有人详细研究过，但是学生还是表现出了很大的热情去找资料，弄懂资料，让学生上讲台进行讲解，没有找到资料自己去揣摩．举个例子：有关普氏摆的问题,宇航学院一位同学提出自己独到的看法,并在课堂上展开了讨论,学生一致认为此举巩固了所学理论知识,开阔了眼界；再比如量子理论学习中，笔者结合自己的研究方向对目前研究的热门——量子计算机以及冷原子等进行了简练描述，使得本来枯燥的微观理论变得有滋有味，学生们在充满好奇的情况下开始接受新的知识．

(3)改变考核方式

课外作业形式多样，有常规作业、讨论活动等．在以上有关课题讨论中，适当地给学生考核，表现好的在期末成绩中适当体现；而且已经开始实施小组讨论：将全班分为几个小组，每个小组在每学期必须进行一次讲解，其内容可以涉及所学大学物理的方方面面，也可以是某个习题的多种解法．

(4)定期邀请知名专家、教授作相关科研介绍

让学生领略物理学科发展现状、开阔学生视野、激发他们的学习兴趣和创新意识．比如讲到电磁学里面的有关磁介质理论时，我们邀请了物理学院在此领域中有造诣的教师给学生进行了一次导学；在讲授到量子隧道效应时请通晓这方面的教师就扫描隧道显微镜进行了一次讲解，尽管安排的讲座很有限，但是学生表现出了高度的热情，以后这种讲座还要继续下去．因某些原因没能及时请到专家，可以让学生在业余时间就某个自己感兴趣的领域查找资料，在课间时间发给大家．值得一提的是我校电子信息工程学院的一位本科生，在笔者讲解量子物理时引入了量子信息的介绍表现了很大的好奇和热情，有强烈地探求欲望，目前在本人指导下做本科毕业设计，并投出了一篇SCI论文文稿．

(5)注意理论与实验的结合为学生提供创新的机会

教学安排上在保持原有以“专题单元”组织教学的同时，鼓励学生就所学知识提出独到见解，积极联系实验室为其提供实验机会．突出教学的自主性、开放性和创新性，逐渐形成一个理论与实验结合，既能加强实验基本技能训练，又具有强烈现代意识和高新技术色彩，给学生留有较大开拓空间的物理教学体系．

(6)注重教学和科研的结合鼓励学生参与科研

依托学科优势，鼓励学生在光学、理论物理、无线电物理、自动化控制等方向，参与各个课题组的教研或科研工作或者在周末时间去本系的研究室进行参观交流．通过参与研究工作，学生在知识、能力、素质等方面都将得到培养．

(7)加强协作交流积极发挥示范辐射作用

我校大学物理分为工科大学物理、理科大学物理、文科大学物理；给不同专业上课的教师定期举行碰头会，每个组及时反映出现的新问题、及时交流心得，共同为大学物理改革做贡献；同时也相互进行听课活动，共同进步．

3 结语

当代大学生是充满活力的一代，对科学满怀热情，学习能力比较高，以往照搬教材的讲课方法不能适应他们；在课堂教学以及课后实行研究性、探索性教学是非常有用的．在北航宇航学院、计算机学院“基础物理学”教学中采取了以上方法，效果很明显，一定程度上化解了以往学生被动接受知识的局面．

参考文献

1 钟锡华，陈熙谋，陈秉乾，等.大学物理通用教程.北京：北京大学出版社，2001