加强科学素质教育，建设省级精品课程

吴 平 杨雁南 许秋生

（南京航空航天大学理学院，江苏 南京 210016）

1 引言

物理学是科学技术的基础，在培养和提高学生科学素质、科学思维和科研能力等方面，是其他课程无法取代的.随着时代的发展，大学物理这门基础课程如何在学生知识结构的优化、创新能力和科学素质的培养等方面发挥其应有的作用，以适应人才培养的需要，是近年来各高校研究和探讨的重要课题.

众所周知，近代物理学的诞生和发展，使人类的认识由宏观进入到微观和宇观，带动了现代自然科学各个学科的全面深入发展，导致20世纪激光、核能、半导体和计算机四大发明以及光信息、核技术、微电子和信息技术等新兴工业的崛起，大大推进了人类文明的进程.但长期以来，高校的物理教育在教学内容上还是以经典物理学为主，而形成于20世纪初的近代物理学，以及20 世纪以来发展起来的高新技术则涉及较少.这对大学生的现代科学观的形成、科学素质和创新能力的培养是不利的.有调查表明，大学生对科学技术具有比较广泛的兴趣，但对高新科学技术知识了解较少，对高新科技领域的科学术语与原理理解较差［1］.因此，随着科学的发展，教学内容的更新和现代化是必须的［2］.

在这样的背景下，我们从2000年开始，对部分专业的大学物理教学的内容和体系进行改革，加强近代物理和高新技术的教学，开设了“近代物理与高新技术”、“近代物理实验”等系列课程，取得了较好的成效，2010年课程被选为江苏省高校精品课程.

2 以现代教育思想为指导，构建科学素质教育系列课程

在科学技术发展进程中，物理学在历史上一直是处于主导地位的，在21世纪仍将处于主导地位，它的作用将会更加突出［3］.20世纪以来，近代物理学的原理和方法得到快速的发展，并在高新技术中得到普遍的应用.值得注意的是，对众多的20世纪以来形成的物理理论知识，在一般的理工科专业的后续课程中已不再涉及，而这些内容恰是学习新理论、新知识和新技术的基础，它们是人才科学素质中重要的要素，是当代高素质人才知识结构中的基础部分，也是新形势下进行科学研究、知识创新、高新技术开发所必备的科学素质的一个重要部分.因此，加强近代物理与高新技术课程的建设，对于培养适应新形势、具有创新意识和创新能力的高素质科技人才具有重要的意义.

自2000年开设近代物理与高新技术课程以来，我们以素质教育、通识教育等现代教育思想为指导，注重发挥物理学在素质教育和能力培养方面具有的独特作用，以近代物理的基本思想、基本方法及其在高新技术中的应用为主线，针对不同专业学生，开展了“近代物理与高新技术”课程的建设.在经典物理课程之后，开设了“近代物理与高新技术Ⅰ”、“近代物理与高新技术Ⅱ”，在“大学物理实验”课程之后开设“近代物理实验”课程，构建起加强本科生科学素质教育的系列课程.其中“近代物理与高新技术Ⅰ”面向航空主机专业的学生，涵盖了量子论、相对论、激光物理与技术、红外物理与技术、非线性物理、材料科学与技术、新能源等方面的教学内容，具有一定的航空航天特色.“近代物理与高新技术Ⅱ”面向电子信息技术类的学生，涵盖了量子论、相对论、固体物理、半导体物理、微电子技术等方面的教学内容，具有电子信息特色.

在课程建设中，我们认识到近代物理实验是学习和掌握近代物理基本理论和方法的重要手段，可以培养学生运用近代物理的基本原理、基本方法的能力，初步掌握近代物理和高新技术中的一些基本实验方法和技术手段.因此，我校利用“211工程”项目建设了近代物理实验室，在原子核物理、原子物理、低温物理、磁共振技术、微波技术、谱线分析、相对论、光信息处理、光纤通信等方面建立起基本的实验手段，为适应培养新世纪高科技人才的要求提供了基本的实验平台，面向理工科专业的学生开设了“近代物理实验”课程.

3 关注科技发展前沿，不断更新教学内容

物理学是自然科学的基础，与科学和技术有着密切的关联作用.在近代物理与高新技术课程教学中，不断将科技发展的前沿知识引入课堂是十分重要的，这样有助于学生了解科学技术的新概念和新思想，拓展学生的想象空间，培养学生的创造力［4］.

在“近代物理与高新技术Ⅰ”课程的教学中，我们将激光武器、红外探测与隐身、巨磁阻材料、清洁能源等方面的发展和成果介绍给学生，并且注意本校学生的专业方向特点，教学中结合航空航天方面的高新技术发展的事例，引起了同学们的极大兴趣，如高能激光、激光制导、激光推进，飞机和火箭等飞行器的红外辐射特征及其隐身技术等，使课程既具有强烈的时代气息，又具有航空航天特色.图1是飞行器的红外辐射特征教案的部分截图.在“近代物理与高新技术Ⅱ”课程教学中，我们注意加强半导体物理与微电子技术的教学，并将最新的微电子制备技术和测试分析技术介绍给学生.在“近代物理实验”课程上，注重使学生初步掌握近代物理和高新技术中的一些基本实验方法和技术手段，以适应培养新世纪高科技人才的要求.

图1 教案部分截图

4 把握本科教学特点，因材施教实施课程教学

由于专业方向的差异，非物理学类的本科生在近代物理教学上存在着数理基础课程不相适应的问题，因而给近代物理课程的教学带来一定的困难，这也是长期困扰高校大学物理教学内容现代化改革的一个重要因素.

在开展“近代物理与高新技术”课程教学过程中，根据教学对象为大二、大三学生的特点，我们认真分析研究了他们已接受的数学、物理等方面课程学习的情况，精心编写出版了《近代物理与高新技术》教材，从学生的实际出发，实施因材施教，注意不过多地涉及高深理论和技术细节，不强调理论的系统性和完备性，力求采用普通物理学的教学方法（即所谓的“普物化”），适当铺垫一些理论过程，既有一定的深入又不至于太难，既要浅出又不流于肤浅，使课程教学的深度、广度、进度适合学生的知识水平和接受能力，使学生初步了解近代物理学和高新技术中的基本概念和方法、近代物理对高新技术的作用、当代高新技术的发展等，培养学生的科学素质和创新能力，为学生适应科学技术飞速发展打下基础.

在实验教学上，由于同学们相关理论课程的学习较少，我们就采取实验前补习的方法，根据所开设的近代物理实验内容，集中对实验中涉及到的理论、原理等进行简明、通俗的讲解，以使同学们在实验过程中能够理解实验原理和方法.

5 采用多媒体教学手段，提高课堂教学效果

随着计算机技术的发展，集多种媒体技术于一身的计算机多媒体技术进入课堂.计算机多媒体手段可以表现小到微观粒子、大到宇宙的客观世界，因而在近代物理和高新技术的教学中，可以发挥出独特的效果.

在课程建设过程中，针对课时较少和近代物理现象难以观察的特点，我们积极地将多媒体教学手段引入到教学中，发挥多媒体技术可以表现小到微观粒子、大到宇宙的客观世界的优势，充分利用视频、插图、照片等多媒体技术，绘制插图、收集照片、剪辑制作视频，通过计算机技术，将文字、公式、插图、动画、照片、视频等信息有机地结合起来，表现出传统教学手段难以表现的现象、概念和过程，既能使学生加深对内容的理解，又增大了教学信息量，增加了课堂的趣味性，提高了教学效果.在10年的教学实践中，通过不断修改、完善，我们制作的电子教案趣味盎然，生动活泼，现在在整个课堂教学中都采用多媒体教学，受到了学生的欢迎.图2为材料科学与技术电子教案的部分页面.

图2 多媒体电子教案

通过多年的教学积累，现在已经初步建立起教学图片、教学视频的多媒体资料库，为发挥计算机多媒体技术信息量大、生动活泼的特点打下了基础.

6 建设课程教学网站，满足个性化教学的需要

网络教学是现代信息技术与教学实践科学结合的一种教学形态，它从手段和形式上改变了传统教学，使得教学过程更加开放、更加便捷，使个性化学习成为现实.

在课程建设过程中，课程教学网站的建设是重要内容之一.我们制作了“近代物理与高新技术”课程教学网站（见图3），其内容包括：课程介绍（包括师资队伍、课程大纲、考核方法等）、电子教案、作业习题、视频资料、教学录像、实验介绍、阅读资料等.除了在课堂上引入科技发展前沿知识外，我们还及时收集科技发展动态、最新成果等信息，编入阅读材料，学生通过网络可以下载教学资料，观看相关视频，阅读相关资料，从而加深了对课程内容的理解，扩大了视野，收到了很好的效果.

图3 课程教学网页

7 结语

“近代物理与高新技术”系列课程的建设，其目的是培养工科大学生的科学素质，使学生初步理解近代物理和高新技术的基本原理和实验方法，接受科技前沿信息和知识，形成现代的、科学的自然观，为适应科学技术的发展打下基础.实践表明，近代物理和高新技术的教学，对培养学生的科学素质和创新能力具有显著的作用.

［1］王冰.大学生科学素养和对科学技术态度的调查与分析［J］.黑龙江高教研究，2008，（6）：111～113

［2］卢德馨.大学物理学研究性教学（续）［J］.物理与工程，2004，14（2）：1～4

［3］吴百诗.再谈工科大学物理教材改革问题［J］.中国大学教学，2003，（2）：35～36

［4］张德启，钱懿华，吴永熙.大学物理教学中科学素质的培养［J］.高等理科教育，2001，（5）：56～60