科研促进工科物理教学质量提高的探索和思考

崔云康 刘扬正 唐春红 涂宏庆

摘 要：大学物理课程是工科高等院校的最主要以及最重要的基础课程之一。针对目前工科物理教学内容陈旧，影响教学质量提高的问题，阐述了科研融入工科物理教学的必要性和迫切性，提出“科研促进教学”，探讨科研对培养工科学生的学习兴趣、科技创新能力、科学素质以及提高教师的业务素质等方面的积极作用，结合南京工程学院工科大学物理的教学实例，展示了科研促进教学在提高学生学习兴趣、明确学习目的、提高学习效率等方面的优势。

关键词：工科物理 科研 教学 教学质量

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（a）-0100-02

大学物理是高校理工科专业的一门必修公共基础课程，在培养理工科学生的科学素质和综合能力方面起着非常重要的作用[1]。工科院校需要培养创新型、应用型高级人才，学生的物理学基本知识储备对于提高自身科学思维能力和独立解决问题的能力至关重要[2]。该校每学期所开设的工科大学物理课修课学生数量达5000多人，其重要性不言而喻。因此，工科大学物理的教学质量对于人才培养至关重要。但是目前工科大学物理的教学现状是大部分从事工科物理教学的教师，只搞教学不搞科研，这不利于促进教学内容和体系的改革。形成这一局面的原因一方面是长期对基础课教师着眼于使用，很少顾及提高，编制、经费都很紧张，没有条件开展科研，形成单独教学的局面[3]；另一方面，基础物理教学的内容比较基础，也比较成熟，发展变化比较缓慢，和物理学的前沿相对而言距离较远。从事基础物理教学的教师不容易直接感受到开展科研的迫切需要[3]。“以科研促进教学，以教学带动科研”针对工科大学物理这门课就显得不那么容易。笔者作为一线的工科大学物理授课教师，从事工科大学物理教学17年，同时进行科研工作13年，科研方向是物理电子学。在这里就结合该校物理教研室教学科研实际情况，对科研融入工科大学物理教学、提高工科大学物理教学质量作一些积极的探讨和思考。

1 丰富教学内容，激发学生学习物理的兴趣

工科大学物理概念抽象、知识点覆盖面较广，其教学内容由力学、热学、电磁学、光学和近代物理学组成。课程体系基本上延续了几十年前的课程体系，所讲授的内容基本上是几十年不变。甚至像近代物理的很多内容已经在工程技术中得到重要的应用了，而在工科物理教学中还没有很好的体现。工科物理的教材和教学内容整体偏向于介绍物理定律和其相关的数学公式，学生往往只能体会到物理课程的枯燥无味和生涩难懂，同时学生也会感觉物理学“无用”，不能产生有效的社会效益和经济效益，学生渐渐地失去对物理的兴趣。

科研工作恰恰是涉及某个领域的前沿问题和最新研究进展，在教学中融入一些物理的前沿进展，能够唤起学生强烈的好奇心和求知欲，引起浓厚的学习兴趣和积极的思考。例如，在近代物理学势垒贯穿教学中，以往只会从薛定谔方程出发，通过求解微分方程，推导方势阱散射时的反射和透射系数，由此来引导学生理解势垒贯穿的物理本质。学生对枯燥无味的薛定谔方程已提不起兴趣，教学效果可想而知。在引入科研前沿进展后，我们对教学内容进行了更新和调整，整个过程淡化薛定谔方程的求解过程，增加隧道效应分别在扫描隧道显微镜和隧道二极管等方面应用介绍。在介绍扫描隧道显微镜时，不单单介绍工作原理，还介绍其在表面科学、材料科学、生命科学、微电子技术等领域中的最新研究成果。在介绍隧道二极管工作原理的基础上，还介绍了它的相关特性以及在高频振荡、放大、开关等电路元件方面的应用。学生对这些新鲜事物兴趣盎然，课堂气氛活跃。

2 促进学生思考，培养学生科技创新的能力

常规的教学中，教师以讲授为主，主要是高效的向学生灌输物理的知识体系，学生通过作业反复的练习来掌握所学知识。学生完全处于被动接受状态，对学生的思考能力培养十分有限。而科研本身就在于创新，所以将科研融入教学，使教学带上研究性质。我们在教学过程中，老师针对“问题”去讲，学生带着“问题”去听，激发学生的独立思考热情。老师通过学生的质疑，鼓励学生课后去查阅科研项目和论文资料，鼓励学生参与到科研项目、实践中去，通过思维、实践的锻炼，提高学生的创新能力。我们在讲解热力学第一定律克劳修斯表述时讲到：第一类永动机是不可能造成的。同時我们又增加了前沿科研的介绍，介绍了美国佐治亚理工学院王中林教授团队利用压电材料的压电效应发明纳米发电机，王中林教授对此说过“只要能动，就能发电”。该校15级能源学院的严思程同学就对这一课题产生了兴趣，通过他课后对前沿科研的学习以及和老师的交流，自主研制了“便携式发电手环”，其原理就是应用手臂摆动的机械能转换成电能。该手环参加江苏省高校第十三届大学生物理及实验科技作品创新竞赛获得一等奖的好成绩。近年来，该校学生多次获得省级物理及实验科技作品创新竞赛一、二、三等级，该校物理组也荣获2016年“优秀组织奖”。

3 灌输科研精神，加强人文素质培养

在科研融入物理的教学过程中，自然是离不开著名物理学家介绍。在具体的叙述某一科研工作之前，先结合一些物理学家在物理学上的贡献，让学生认识到所谓科研的一些常识性理念。结合物理学家的典型事例，培养学生的人文素质。作为大学物理教师，物理教学不仅为了传播物理专业知识，更重要的是通过物理教学对学生进行人文素质教育。

我们利用物理学史的知识，在课堂中加强爱国主义教育。物理中蕴含丰富的爱国主义教育素材，比如，放射性研究的先驱者居里夫人为了纪念她的祖国波兰，把自己发现的放射性元素取名为“钋”；在核物理学研究方面取得巨大贡献的伟大物理学家费米，即使在受到墨索里尼的迫害之时，还心系祖国，这些史实都是爱国主义教育的生动教材[4]。

我们通过科研团队的合作加强团结协作的团队精神教育。现代科学技术高速发展，很多大型的科研开发项目必须在众多优秀人才的团结协作下才能完成。团队合作精神显得尤为重要。原子核式结构模型的创立者卢瑟夫把不同国籍、不同民族、不同性格、不同研究方面的青年学者团结在卡文迪许实验室里，他们团结协作，相互促进，使得该实验室人才济济，硕果累累。在物理教学中适时穿插团队精神教育，启发学生，激励学生，意义深远。

在具体的教学过程中，我们还适时通过生动的例子向学生灌输不畏困难、埋头苦干，对知识执着追求的科学精神，培养大学生顽强拼搏的意志品质。普朗克为了黑体理论曾拼搏6年；爱因斯坦也曾说：“上帝分送礼物时是毫不宽容的，他只给了我骡子般的顽强[4]。”我们也在物理实验教学方面培养学生实事求是、严肃认真的科学态度上作了一些尝试。通过学生科技竞赛等项目的训练，不仅使学生掌握了物理原理，还对学生科学态度的教育取得了良好的效果。

4 提高教师素质，促进教师队伍建设

在教学过程中，学生是主体，教师是主导。只有高素质的教师队伍，才能培养高素质的时代接班人。现代高校的人才培养目标使得教师要不断的改变自身老化的知识结构，不断吸取最前沿的科研技术成果，并将其融入教学过程。能满足这一要求的最佳途径是教师积极参加科研活动。教师参加科研，特别是物理基础研究，能够大大提高教师学术水平。参加科研活动，不仅能在某一个领域进行深入的研究，还可以以点带面、触类旁通，开阔视野，加深对整个学科以及科学方法的理解，不断的更新教学内容。“要给学生一碗水，教师必须有一桶水”，高学术水平的教师，才能够站在学科的“制高点”，高屋建瓴、统筹全局，才能全面深入理解学科内涵，深入浅出的进行教学。

教师从事科研活动，不仅能够掌握前沿知识，还能够体会科技人才的全面要求。工科大学物理是培养专业技术人才的重要基础环节，它除了传授物理知识，还应该培养学生从事科技专业工作的正确世界观、科学的思维、探索创新精神等。只有教师在从事科研过程中体会到这些要求，才能在教学中实现这些要求的培养，真正做到有的放矢。

近年来，该校数理部的各位物理老师在繁重教学任务之余一直坚持科研活动，以“科研促进教学，教学带动科研”为理念，贯穿整个教学科研環节。在教学实施中，已经显示出一定的优势，科研促进教学取得了明显的效果。数理部刘扬正主任牵头的“‘课题引领，时空延展，团队学习的大学物理探究式教学改革与实践”项目就是以教师、学生参与科研活动为主线的教改尝试，该项目在该校四年一度的教学成果奖评比中，获得一等奖的好成绩。这是对项目组成绩的肯定，更是对科研促进教学的肯定。

5 结语

工科大学物理是工科高等院校的主要基础课程之一，在人才培养中起着不可忽视的作用。本论文主要就目前工科大学物理教学中出现的教学内容陈旧，影响教学质量提高的问题，提出了科研融入工科物理教学的必要性和迫切性。探讨科研对培养学生的学习兴趣、科技创新能力、科学素质以及提高教师的业务素质等方面的积极作用。结合该校学生工科大学物理的教学实例，展示了科研促进教学在提高学生学习兴趣、明确学习目的、提高学习效率等方面的优势。希望我们的尝试能对其他院校或者其他学科的教学有所帮助和启发。改革之路还很长，有很多颇具难度的工程等着我们。我们将一如既往，坚持做好“以科研促进教学，以教学带动科研”，为培养高水平应用型人才多做贡献。

参考文献

[1] 马文蔚.物理学[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2] 赵凯华.对当前物理教学改革的几点看法[J].大学物理，2000，19（2）：1-5.

[3] 陈泽民.工科物理教师必须教学与科研相结合[J].现代物理知识，2000，12（1）：29-31.

[4] 申先甲.物理学史教程[M].长沙：湖南教育出版社，1987.