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(1)调查方法问卷调查.(2)调查对象调查对象分两部分,一部分是化学系的本科四年级学生,另一部分是化学系的教师.(3)调查资料的汇总和分析对学生部分的调查资料由牟鹏用Excel汇总、整理,对教师的调查资料由陈伟使用Word完成.最后的统计分析由陈伟完成.
2调查结果
我们在化学系随机挑选了5位教师和20位大四学生进行了问卷调查,调查结果如下.表中数据均表示选某项的人数占总人数的比例,教师和学生分开统计.
2.1教师调查结果
(1)您认为学学物理的意义是什么?A.专业课的前导课程B.培养学生逻辑思考能力C.让学生了解自然科学,提供背景知识D.培养物理学家E.毫无意义(2)与您曾经所学的专业以及现在的教学、科研对大学物理的需要相比,您觉得大学物理的学时数/周应是多少?(3)您曾经所学的专业需要大学物理中哪些方面的知识?A.力学B.热力学C.气体动理论D.电磁学E.光学F.量子物理G.相对论(4)您现在所从事的教学、科研工作需要大学物理中哪些方面的知识?A.力学B.热力学C.气体动理论D.电磁学E.光学F.量子物理G.相对论(5)教师给出的大学物理的各项内容与化学类专业的紧密程度鉴定.
2.2学生调查结果
2.2.1应用化学(1)您认为学学物理的意义是什么?A.专业课的前导课程B.培养学生逻辑思考能力C.让学生了解自然科学,提供背景知识D.培养物理学家E.毫无意义(2)您觉得您学的大学物理课时数与您现在的学习对大学物理的需求相比结果怎样?A.少了B.刚好C.多了D.不知道或其他(3)大学物理的哪些内容对您在专业学习、工作方面有帮助?A.力学B.热力学C.电磁学D.光学E.近代物理F.其他2.2.2化学工程与工艺(1)您认为学学物理的意义是什么?A.专业课的前导课程B.培养学生逻辑思考能力C.让学生了解自然科学,提供背景知识D.培养物理学家E.毫无意义(2)您觉得您学的大学物理时数与您现在的学习对大学物理的需求相比结果怎样?A.少了B.刚好C.多了D.不知道或其他(3)大学物理的哪些内容对您在专业学习、工作方面有帮助?A.力学B.热力学C.电磁学D.光学E.近代物理F.其他
3总结
3.1定义大学物理
A:专业的前导课程,对大学物理的需求程度很高,专业课可能会直接用到大学物理的某些方法、概念和规律.大学物理B:为相关专业提供背景知识、思维方法.在专业学习中,可能会间接用到大学物理的某些方法、概念,比如使用仪器时,了解仪器的相关原理等.化学类专业属于大学物理A,可以选用有一定深度的教材.
3.2大学物理的各项内容与化学类专业的紧密程度
关键词:电磁学实验;教学改革;创新能力
作者简介:刘静(1977-),女,河南灵宝人,民族学院信息工程学院,讲师;程江洁(1980-),男,陕西蒲城人,民族学院信息工程学院,讲师。(陕西?咸阳?712082)
中图分类号:G642.423?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)23-0076-01
电磁学实验是工科院校学生的一门基础必修课,所涉及的误差分析、数据处理、基本实验方法、基本实验仪器操作等都是学生从事其他专业实验课的基础知识和基本实验技能的训练。[1]电磁学实验在整个学生创新能力和科学试验素质的培养过程中起着基础和桥梁的作用。随着科学技术的日新月异,电磁学实验教学也需要跟上时代的步伐,与时俱进,着力培养具有创新能力的学生。本文以民族学院为例,探讨了对电磁学实验教学进行的相应的改革,以期达到理想的教学效果。
一、转变重理论、轻实验的思想观念
电磁学实验课程和理论课程同等重要,不能轻实验重理论。有些人甚至认为根本不用开设实验课,是浪费时间。这种想法不仅仅在部分教师当中存在,而且在学生当中也普遍存在这种想法。这无形中导致了学生上实验课敷衍了事的学习态度,实验课的课堂纪律远远比不上理论课,学生在实验课中也很难得到相应的能力培养和提高。久而久之,教师和学生都觉得上实验课没有意思,实验课就是一种负担,既费力又无法收到相应的教学效果。有些教师干脆在实验课上讲理论,把原本以培养学生科学探索能力和实践能力为主的实验课变成了理论课的延伸,完全偏离了实验课的培养目标。
然而,电磁学实验课程除了能加深学生对相应理论知识的理解之外,还能培养学生的科学研究能力和创新实践能力,所以理应得到教师和学生的足够重视。只有在重视的基础上才能消除消极学习的心态带来的负面影响,才能树立积极和主动学习的态度,进而完全冲破重理论轻实验的思想观念的束缚。
二、转变僵化实验教学程序,激发学生实验热情
长期以来,电磁学实验课采取的教学程序就是学生课前预习实验—教师讲解实验目的及原理—教师演示实验—学生做实验及完成实验—学生提交实验报告。[2]这种流水线式的教学过程抹杀了学生的好奇心和主动学习的源动力,学生仿佛成了流水线旁作业的流水工,整个实验过程也变成了对教师演示过程的不完全复制,在此期间没有任何过多的思考和探索。这样的实验课程失去了对学生创新能力的培养,也失去了实验课程的真正意义。在正式上实验课之前,教师会把实验的内容布置给学生,留给学生充分的时间去预习实验。学生大都只是通过网络和教材把实验目的、实验原理以及实验步骤等内容照搬到预习报告上,实现了位置的迁移,但并没有真正理解和掌握,所以预习实验等同虚设,学生预习实验的效果不尽如人意。按照预先设定的程序,教师在仔细讲解完实验目的、实验原理等内容后就开始演示实验,所以学生觉得听不听实验目的和原理都无关紧要,只要看懂记住教师的操作过程就可以了,从而忽视了教师对实验目的及原理的讲解,只注重教师在接下来的演示实验的操作过程。紧接着学生的实验操作就基本上是老师实验操作过程的机械化重复,而没有添加任何的思考。有些学生急功近利,为了逃避自己动手做实验,在教师演示完实验后就抄写数据为写实验报告做准备。有些学生虽然能够按照教师要求自己动手做实验,但也缺乏对“为什么这么做”的思考。做完实验,实验数据的处理也只是机械套入事先写好的公式,有些学生甚至随意编造实验数据,只为求得更好的实验结果。
只有对传统的教学程序进行改革,建立合理的电磁学实验教学程序,才能激发学生学习的主动性。改革后的教学程序如下:学生课前预习实验—学生做实验—发现问题—展开讨论—完成实验及提交实验报告。与上述传统的教学程序不同的是,教师不再演示实验,而是将实验的主动权切实交给学生,只是在学生遇到问题时给予适当的点拨,如果遇到仪器操作的问题,比如水平仪的调整,教师可以给学生口头的指导,然后要求学生耐心调整,而不是越俎代庖。如果遇到原理上的问题,教师可以引导学生找教材上相应的理论知识,激发学生主动探究问题的能力。如果遇到共性的问题,可以在大范围内引导学生进行讨论,并对讨论得出的结果给予积极评价,从而使得学生得到相应的鼓励,激发学生积极实验的主动性。由此可见,整个实验过程,学生是主体,教师是主导,有利于学生创新实践能力的开发与培养。
三、调整实验教学内容,培养学生的实验创新能力
实验教学必须从思想上得到教师和学生的重视,在教学程序上突出教师主导、学生主体的教育理念,还必须在教学内容上进行相应的革新,才能有效激发学生进行电磁学实验的兴趣,更有利于学生实验创新能力的培养。根据“基于经典、充实内容”的原则,对传统电磁学实验的教学内容进行重新调整和整合,保持一定数量的经典验证性实验的基础地位,大力开发综合设计实验项目,组成的新的电磁学实验教学体系。
电磁学经典实验基本是验证性的实验,虽然对于学生创新能力的培养十分有限,但是对于学生的基本科研能力和实验技能的培养却担负着基础和桥梁的作用。比如密立根油滴实验是静电场的经典实验,该实验培养学生的观察能力和动手协调能力,同时学生通过该实验能够加深对电荷量子性的理解。虽然是基础性实验,但是该实验的操作的确有一定难度,很多学生会在实验仪器的调试上花费很多的时间。同时该实验也考验着学生的耐心,比如调整水平仪中的气泡的操作,并不是一蹴而就的事情。继而,学生会发现找油滴的过程也不是想象中那么顺利,有些学生会因此沮丧而放弃实验。所以经典实验除了培养学生基本操作技能之外,对学生良好的心理状态也是一种考验和培养。教师在学生苦于观察不到油滴时给予学生正确及时的理论指导,纠正学生错误的操作行为,然后鼓励学生继续调整操作,直至观察找到油滴为止。学生在教师的适当点拨下,通过自己的努力找到油滴,增强了学生的实验信心,同时也培养了学生的基本实验技能。
只有在通过验证性实验对学生基本能力有所培养的基础上开发综合设计实验项目,才能实现学生创新实践能力的培养。教师在给出综合设计实验项目后,要求学生通过查阅文献制订实验方案,然后要求学生对方案的可行性进行评估,在实验设备允许的范围内找出最佳实验方案,设计出相应的实验步骤,然后独立进行实验探索,最后撰写小论文完成综合设计实验。对于学生实验过程中出现的问题,教师组织小组同学共同探究解决,并在实验报告中对实验过程中的问题进行讨论并给出合理化建议。
四、改革实验考核体系,提高学生实验的主动性
以往只凭实验报告对学生进行考核的方法比较片面,有些学生一学期都做实验,最终抄写他人实验报告,也能取得较好实验成绩。这种考核方式不能全面考查学生的实验技能,不利于实验教学的有效进行。现行的考核办法改革为:考试成绩=平时成绩50%+操作考试30%+理论考试20%。[3]其中,平时成绩=预习10%+实验操作30%+数据处理60%。该方法的实施可以比较全面地考查学生在实验各环节的表现,使学生主动参与实验的积极性大大提高。
五、实践与总结
通过电磁学实验教学的改革,学生“重理论、轻实验”的学习态度得到了明显改善,实验能力、实验素养明显提高。随着电磁学实验教学改革不断深化,将进一步加强学生对理论和应用的融合的能力,提高学生的动手能力,开阔学生的视野,整合学生的系统知识,提高包括物理素质在内的综合素质,培养创新精神和创新能力,从而在后续专业课程中实现学生创新能力的可持续化培养。
参考文献:
[1]李恩普,等.大学物理实验[M].北京:国防工业出版社,2009.
物理学作为自然科学的带头学科,它是现代技术的革命先导;是科学的世界观和方法论的基础。随着教学大纲的改革和教学时数的减少,大学基础物理的重视程度正在不断降低。我们针对综合理科教育专业的教学特点,对基础物理的教学进行改革,从而有效地提高大学基础物理课的教学质量。
一、对教学内容的整合
(一)对教材的整合
目前,根据新课改的要求,大学基础物理正在逐渐压缩学时,同时,随着科学技术的不断发展,更多的前沿知识要引入教学,面临这一矛盾,我们首先要整合教学内容。教材是学生学习的重要资源,教师作为学生学习活动的组织者、引导者与合作者,要根据学生的具体情况对教材进行再加工,创造性地使用教材。在大学阶段,一门课程有多种教参,在教学过程中,我们根据综合理科教育专业的特点,选择程守洙编写的《普通物理学》为主教材,并在此基础上做了一些删减和调整,做到前后有衔接,内容不重复。基础物理包含力学、热学、电磁学三部分[1]。
物理学是从生产和生活实践中发展起来的学科,力学是最早且最基础的分支,很多地方体现了物理学科的基本思维特点和习惯,因此,我们由力学开始讲解,同时力学也为后面的热学和电磁学做了知识铺垫。考虑到大一学生对大学学习方式有一个适应过程,以及高数课程的进度,讲解力学部分时,适当的放慢进度。在热学中热现象研究对象从宏观到微观,从单个质点到大数量粒子构成的系统,既应用到经典力学分析又需要建立统计物理学思想。电磁学主要侧重实验,通过观察实验现象,总结和分析实验原理,再引入场方程。整个电磁学内容主要是围绕电场,磁场,电荷,电流之间的关系和两个基本假设(电荷守恒定律,麦克斯韦方程组)展开。为了避免知识的重叠,将《基础物理学》中波动光学和量子物理移到《近代物理》中讲解。在学习基本理论知识的同时,有机地渗透物理学发展史,使学生更多的了解科学家对科学的态度,研究科学的方法以及他们热爱科学和现身科学的精神。激发学生的创新意识,培养学生创新思维的灵感和意向。教师还应鼓励学生多听取各学科领域研究进展的报告,或阅读资料,及时关注当今科学发展的前沿课题。
(二)注重学科内知识点的交叉
在基础物理学的教学过程中,要充分考虑当前科学研究综合、交叉、渗透的发展趋势,努力在物理学各分支之间进行穿插和呼应,使学生能够感受到物理学是一个整体,而不是各个分支简单的拼盘。在物理学的各个分支中许多物理概念,它们之间既有区别又有联系,存在着一些似是而非,极易混淆的概念。如位移和路程,速度和加速度,振动和波动,热量和热能,状态方程和过程方程,电压和电动势,电势和电势差等。这就要求我们要在概念的深化过程中,应当抓住它们的共性以看清联系,抓住它们的个性以看出它们的区别。同时,在物理学各分支之间也是互相联系互相渗透的。如场的概念,重力场和静电力场都是保守场,因此,在介绍静电力场的时候可以联系重力场的性质进行讲解。对于能量的概念,在力学中有动能和势能,热学中有热能,电磁学中有电场的能量和磁场的能量,光学中有光能,但是不管是什么能量,都遵循能量守恒原理。
课程的设置和教学内容的选取以培养学生德、智、体全面发展为宗旨,培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力,提高学生的逻辑思维能力和空间想象能力,注重理论联系实际,训练学生实际动手能力,为学生今后进一步深造和实际教学工作打下坚实的基础。
二、教学方法的改革
(一)结合中学物理进行深入学习
对于综合理科教育专业的学生,毕业后主要去中小学任教。针对这种情况,我们将中学物理的内容引进高师课堂。教师在新课讲解之前,可以安排学生结合高中物理对知识点进行分析,然后,教师在学生分析的基础上作一些补充和完善,随后引入新知识点。实际上,物理知识具有系统性和连贯性,中学物理知识层次较浅,一般都具有特殊性和局限性。大学物理学则将运动变化的描述上升为即时或即地意义上逐点的变化。为了构建经典物理学的理论体系,大学物理学使用的主要数学工具是微积分,因此,大学物理学无论在数学思想上和物理学思想上都比中学物理深刻的多。
大学物理和中学物理的讲授方式是不同的,中学阶段,由于知识点较少,教师主要采用灌输式教学方法。对于每一个知识点都讲解的很详细,而且例题讲解较多,并通过作大量习题巩固知识点。大学阶段,基础物理内容繁多,而课时较少,因此,对于基本概念、理论和原理,教师要详细讲解,对于一些引申定律要采用引导式讲解,还有一些需要了解的内容可以让学生自学。总之,教师要分层次讲解,抓住主线,精讲精炼。同时,学生的学习状态也大不相同,中学阶段,学生主要是被动学习,大学阶段,学生要学会自学,通过思考、分析和总结构建自己的物理图像。
(二)注重教学手段的多样性
针对大学物理内容丰富,时代性强的特点,教师对知识的讲解不应仅仅局限于板书,还要注意利用现代化教学手段。多媒体课件具有丰富的表现力,不仅可以自然逼真地表现多姿多彩的视听世界,还可以对微观事物进行模拟,对抽象事物进行生动直观的表现,对复杂过程进行简化和再现等。根据不同的教学内容充分利用声音、动画、视频等多媒体手段,可以将静态变为动态,化抽象为形象,充分表现教学内容,突出教学重点和难点。如在熵的教学中,可以利用多媒体技术,将微观粒子的运动几率和熵的变化以动态的形式展现出来,使学生很容易明白二者之间的关系[3]。观看科技展览,也可以使学生在观看理论应用的同时了解物理学的发展史。多种教学手段的穿插应用,不仅提高了学生的学习兴趣,更促进了学生对科学的探索精神。
将基础物理理论课和实验课有机整合,充分调动起学生学习的积极性,让学生在有趣的活动中学到抽象的知识。在实验教学中,教师要引导学生实验,尽量让学生多动手,加入一些探究式的实验,由学生自己提出问题,通过观察研究和互相讨论,自己动手实验解决问题。让学生真正成为学习的主体。通过让学生参加一定的带有探索性的讨论活动和实验研究,培养学生运用所学的物理知识,进行一定的具有开创性的科学研究工作的能力,为他们未来的创造性工作打下较好的物理基础。
选择好的教学手段无异于画龙点睛、雪中送炭,但教学手段的选择并非多多益善,也并非越先进越好,而是需要根据具体情况选择时机有序而为。
三、坚持理论联系实际
学习物理不仅是学习基本概念和基本原理,更主要的是要将理论应用于生产实践,因此,教师在讲解理论的同时要多联系生产实践[4]。如教师讲解物体受力分析时,教师可以分析杂技"力量组合"中演员是如何处理重心位置来保持身体平衡的。杂技"流星杯"、 "飞车走壁"、"空中飞人"以及"花样滑冰"、"跳水"等体育运动都需要力学分析作为基础。
做习题是让应用所学的基本原理和定律,采用基本分析方法去解决实际问题的一种训练,因此,教师可以选择一些接近实际生活的习题。例如:让学生搜集有关物理现象的诗词和谚语,并分析其中的物理原理;让学生分析生活中遇到的物理问题,如静电的产生和消除、错觉的产生、利用冰块点火、血压测量原理等。通过分析学生熟知的物理现象,加强学生对基础物理学原理和定律的理解和应用,培养学生的知识迁移能力。
物理学习要结合科技前沿。如学习逃逸速度时可简单介绍黑洞的基本知识;根据动量守恒定律发现了中微子;多普勒效应应用于红移和大爆炸理论的解释中。以及一些物理原理在军事高新技术中的应用(光纤传输技术、红外技术、核能等)。同一知识点在不同时代有不同应用特例,我们应该结合科技的发展多介绍一些新案例。
关键词:大学物理;课程改革;素质教育;人才培养
中图分类号:G642 文献标识码:A
文章编号:1009-0118(2012)06-0167-02
防灾科技学院隶属中国地震局,是一所以防灾减灾高等教育为主的综合性普通高等学校,肩负着为国家培养知识丰富、本领过硬的防灾减灾类高素质人才的重任。基础物理课程对学生科学素质、科学思维方法和科学研究能力的培养起到重要的作用。为了更好地发挥基础物理课程在人才培养中的作用,进一步明确学院的人才培养目标,考虑防灾减灾发展对人才需求的新形势,近年来,我们就如何发挥基础物理课程在专业人才培养中的作用进行了深入的思考,并对物理课程改革进行了初步探索与实践。
一、加深对课程教学目的的认识,深化课程在人才培养中的作用
包括大学物理、大学物理实验等课程的基础物理课程,是理工类本科各专业必修的一门基础课程,它所承担的教学目的绝不仅仅是“基础课程”的字面意义所能概括的。我们认为在教学过程中,基础物理课程的教学目的和任务至少包含以下三个层面:
(一)传授物理知识、构建物理模型
物理学的基本概念、基本理论和科技成果广泛地应用在所有自然科学领域之中。因此,物理学构成了化学、生物学、材料科学和地球物理学等一切自然科学的基础。通过让学生们学习以物理学基本知识为主要内容的基础物理课程,使他们掌握必要的生活常识和技能,获得比较系统的物理基础知识,同时也为后续的专业课程构建必要的物理模型。
(二)培养科学素养、提高科研能力
融合了大量的科学研究方法和思维方法的物理理论,它的体系十分严密,理论十分成熟。这些研究方法和思维方法已经渗透到科学和技术的各领域中。因此,基础物理课程在对培养学生科学的思维方法和提高学生科学研究能力方面起到的作用,是其它课程无法替代的。
(三)培养科研兴趣、奠定辩证唯物主义观点
物理教学过程中通过对自然界普遍规律的揭示,可以培养学生认知世界的兴趣,以提高学生参与到科学研究中来的兴趣。另外,物理学这门自然科学,是以普遍规律作为研究对象的,而哲学也是从研究自然界的普遍规律开始的。所以物理与哲学相互依存、相互促进。在教学过程中,根据辩证唯物主义认识论组织教学,可以使学生树立辩证唯物主义的科学观点。
二、教学中存在的主要问题
(一)学生基础差较别大
我院是全国招生的本科院校,由于高考制度的改革,使得不同生源的学生,高中阶段物理基础不一,进入大学后,也没有及时对相关的物理基础知识进行补充,在同一班级的学生物理水平参差不齐,导致有些同学上课跟不上教学的进度,极大地增加了教学难度;另外有些高中物理基础好的学生,却因为部分大学物理中的概念与中学物理相重复而兴趣锐减,原本对大学物理的神秘感也逐渐消失,从而也忽视了对大学物理的重视,这给大学物理的教学也增加了一定的难度。
(二)教学内容陈旧
在大学物理学教材中,仍以经典物理为主,分为力学、热学、电磁学、光学和近代物理,这些内容各自独立,彼此之间联系不大,尤其是力学部分占了较大篇幅,且有不少内容与中学物理内容重复,而近代物理内容则相对不足,当代物理前沿及其在高科技中应用方面的内容就更为少见。
(三)教学队伍缺少经验
我院基础物理教学队伍是一个由年轻教师组成的教学团队,教学经验不足。主要表现为:教师基本技能不够娴熟,课堂语言生硬;教学中,对教学重点、难点把握不够准确;自身学习能力、科研能力、解决问题能力、组织教学能力、协作能力有待提高。
三、基础物理课程改革的几点探索
(一)积极开展学科竞赛
学科竞赛,可以激发学生的学习热情,提高教学效率,不仅可以培养学生的动手能力和创新意识,更有利于教师综合能力的提高。
我院自08年以来每年组织一次校内物理和实验竞赛,同时积极组织学生参加全国部分地区大学生物理竞赛和北京市物理实验竞赛。学生通过竞赛学习,综合运用物理思想和物理方法解决问题的能力得到提高,能够独立自主的完成论文,并将自己的思想完整、科学的表达。他们经历认真、精心的准备竞赛的过程,科研素养得到提高、思维能力得到扩展,同时他们独立思考能力和研究热情,都得到激发。
教学相长,教师要主动提高自己的专业水平才能适应竞赛学生的要求。这就要求我们教师要不断的通过对新知识、新方法、新理念的学习,努力专研,自我完善,来提升自己的业务水平。通过参与物理类学科竞赛的辅导,我院年轻的大学物理教学团队得到锻炼,不论是知识水平还是教学方法、科研能力都有了十足的提高。
(二)教学内容改革
针对我院教学过程中,所出现的学生基础不一、学生学习兴趣不足等情况,我们对教学内容做了如下改革:
1、“厚基础”。注重物理基础知识的逻辑性,以核心内容(教育部高指委编制的《理工科大学物理课程教学基本要求》(2010年3月)中,将教学内容分为A、B两类。其中:A为核心内容,共74条)为基本教学内容。保证物理体系的完整前提下,删除“难、烦、偏、旧”的知识,练习题中偏题、难题不作为整体考核要求。
2、“宽知识”。通过适当介绍和学生专业相结合的扩展内容(*号内容),既能使学生更多的获得和专业相结合的知识,又能加深对专业的认识。还可以适当介绍些与科学前沿相关的内容,来提高学生学习兴趣。例如:针对电子类、信息类专业可增加介绍静电应用等相关电磁学扩展内容,针对地学类,工程类专业可以增加非线性振动、阻尼振动等扩展内容。
3、“重应用”。教学过程中多结合一些工程技术、实际生活、现代科学技术,来培养学生的创新意识和科学素养。例如:电磁学中可以介绍静电除尘、电磁波传播;量子物理中可介绍光电效应在现代技术中的应用;光学中可以介绍光学仪器分辨率,增反、增透膜等应用。
(三)教学团队建设
提高课程教学质量是提高基础物理课程教育质量的关键,根据我院年轻教师缺乏教学经验,教学基本功差,科研能力有待提高等问题,我们采取了一下改革措施:
1、实行教学“导师制”,新教师通过拜老教师为教学“导师”的形式,实行以老带新,“一帮一”组织培训,导师要向新教师提出具体要求,开出书目,新教师要广泛阅读,用理论武装自己,再结合实践,相互融汇,是为固其根基,导师还要指导其备课、写教案、上课、评课等,来全面提升新教师的教学水平。
2、化的“讲、听、评”活动,制订合理实际的教学计划,观摩教学,总结交流教学方法和教学经验,共同研究课程内容,剖析重点、难点,灵活地采用现代化的教学方法来提升教学质量。
3、通过积极参与网络精品课培训,物理学会、北京市高校物理实验经验交流等会议,增加对外交流次数,通过对其他高校教学经验的借鉴,来提高本课程任课教师教学水平。
4、教学没有科研作支撑,就不能增强学问,就不能培养创新人才。抓住以科研促教学的原则,鼓励年轻教师更多的参与到科研中来,通过参与课题研究,积极提升自身科研能力。
(四)教学方法和教学手段改革
教学过程中充分利用教学录像、CAI课件、电子教案等现代化教学手段,来激发学生课堂学习兴趣、调动学生课外学习的积极性,使教学效果有所提高;在授课过程中公式推导部分还要结合板书进行教学,来增强授课效果。
为提高学生学习的主动性,教师主要采用授方法、讲要点、捋思路的教学方法,讲解时层层剖析,深入浅出,来引导学生积极思考。在授课的各个教学环节中,始终坚持提倡学生自主学习的精神,在传授知识的同时,注重学生分析问题和解决问题能力的培养,注重学生探索精神和创新意识的培养,使学生从“要我学”到“我要学”,最后达到“会学”,从而实现终身受益。
(五)考核方式改革
我们通过提高平时成绩占总成绩的比重,使学生更注重平时学习过程,注重知识的积累。改革后,期末考核成绩和平时成绩各占总成绩的50%,平时成绩由考勤、作业、期中考试成绩和读书笔记四部分组成,设置平时成绩及格线、期末考核成绩及格线,两个及格线均达到的学生通过课程考核。平时成绩不及格者不得参加本课程的期末考核,直接重修本课程。
四、总结
虽然我们的改革取得了一定成绩,但仍然处于改革的初级阶段。要让基础物理课程真正发挥其应有的作用,为社会培养更多的高素质、创新型人才,这就要求我们必须正确把握基础物理课程教学的特点和目的,不断完善和改革各教学环节,并将其有机结合在一起,在教学改革中不断进取。
参考文献:
1当前少学时大学物理教学中的突出问题
(1)不少学生和教师存在认识上的偏差,认为物理学就是为专业课服务的,专业课用得上就讲,用不上就不要讲,免得浪费时间[2]。这种观点忽视了物理学在培养学生科学的世界观,增强学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的科学素养等方面不可替代的作用。在人类追求真理、探索未知世界的过程中,物理学孕育了一系列科学的世界观和方法论,它们渗透到自然科学和社会科学的各个领域,深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活,是人类文明的基石。
(2)物理学知识与农业类专业相结合的问题。作为农业类院校开设的公共基础课,只有与农业科学实际相结合的课程才能保持旺盛的生命力,才能得到广大师生的充分认同。当前大学物理教学还缺乏既能保持物理学精华,又能充分反映物理学对现代农业科技发展起支撑作用的特色鲜明的物理学教学体系,使得物理学教学游离于农业专业知识体系之外。
(3)经典物理与近代物理内容比例不当。传统的大学物理教学内容分为力学、热学、电磁学、光学和近代物理等。在实际教学中,绝大部分课时用来讲解经典物理的内容,而对现代科技中广泛应用的量子物理和相对论的内容涉及很少(一般只有4~6学时),考试要求也较低。而这部分内容恰好是大学生们感兴趣并且对他们今后的发展大有裨益的。
(4)农业类学生数理基础一般,部分地区的学生甚至高中未学物理,学生对物理概念的理解以及对公式的掌握都有一定的困难。
2针对性的教学改革
(1)利用物理学中的实例培养学生科学的思维方式。比如在讲授惯性定律时,强调力不是物体运动的原因,而是物体运动状态改变的原因。这一点有悖于人们的生活经验和在此经验上建立的直觉。因为在日常生活中,一个滚动的小球,如果不去推它,它终会停下来。伽利略意识到滚动的球会停下来是因为受到了摩擦力,如果在实验中逐步减小摩擦力,球就会滚得越来越远,以至于永远运动下去。这里我们看到物理学带给我们的思维方式:摈弃直觉,在各种影响因素中判断哪些可以忽略,从而得到简化的模型,并总结出物理规律。再看类比法在物理学发展中的作用。所谓类比法,是根据两个对象之间某些方面的相似性,而推出它们在其它方面也可能相似的一种逻辑思维方式。类比法的客观基础是事物之间存在着普遍联系。比如,我们在讲授电磁学时,强调电与磁的相似性(有相似的公式和定律),法拉第正是从电与磁的相似性出发,由电能生磁大胆猜想磁也能生电,经历十多年的艰苦实验研究,终于发现了电磁感应现象,并且建立了电磁感应定律。除了电与磁可以类比外,电学与力学中类比的例子也不少。如库伦定律与牛顿万有引力定律的相似,静电力的保守性与重力保守性的相似,电势能与重力势能的相似等等。以上讨论的模型法、类比法,以及广泛分布于物理学中的对称性方法、补偿法、微元法等都是人类宝贵的精神财富,深刻影响着科学技术和社会生活的各个领域,将这些科学的方法论渗透到物理课程的每一个章节,就能潜移默化的培养学生的科学素养。
(2)结合农业类专业,加强物理学前沿和现代科技应用等方面的内容介绍。
例如,对农学专业,我们在流体力学部分介绍了生物大分子的高速离心分离技术、农药的表面张力系数与叶面吸收效率之间的关系,在电学部分介绍了生物电现象等。在热学部分介绍了耗散结构理论。对于一个生命体来说,熵的变化可以分为两部分,一部分是生命体本身由于运动等发热过程所产生的熵增加,这一项恒为正,另一部分是生命体与外界交换物质和能量引起的熵流,这一项可正可负。要使生命体始终保持活力,就必须维持一定程度的有序,从熵的观点看就是要让生命体的总熵变维持在零左右。这就要求生命体在与外界交换物质和能量时保持负熵进、正熵出的状态。也就是物理学家薛定谔所说的:“生命赖负熵以存在。”具体来说,人们摄取的碳水化合物属于低熵高能的物质,纯净的水属于低熵低能物质,而人们每天将二氧化碳、水汽、尿、汗及其它排泄物等高熵物质排出体外,也就等价于摄入了负熵流。21世纪生命科学与物理科学之间的融会贯通已经势不可挡,如何让大学物理教学跟上这样一个不可阻挡的潮流,应该是大学物理教学的一个公共课题[3]。
对地理信息系统专业,我们在电磁波部分结合遥感技术的讲授也受到学生的欢迎。电磁波有三方面的性质——振幅、相位和偏振。这三种性质都被应用于现代遥感技术,并由此产生了一门交叉学科——遥感物理[4]。从振幅来看,干土壤、绿色植被和水体等对各种波长电磁波的反射率是不同的,反射率曲线可以提供地表各种成分的面积、农作物的收成等等信息。但物体反射率一般与方向有关,这给实际测量带来了很大的不确定度。为了对各种物体在不同方向上的反射率建立模型,就需要用到物理知识。从相位来看,目前人类已经能够发射频率和相位均可达到高度稳定的相干电磁波。利用星载干涉合成孔径雷达,可以绘制地表的数字高程图,精度达到几十厘米。还可以用来研究地震。从偏振来看,实验表明,可见光从的土壤表面反射,其偏振特性与土壤含水量有关,含水量越高,偏振度越大。因此,电磁波的偏振特性可以成为传达地表物理特性的载体。但是,大气分子和气溶胶对太阳光的散射会带来附加偏振度,增加测量的不确定度。因此大气效应及其纠正一直是遥感科学的重要课题。这需要相应的物理建模。此外,在近代物理部分,我们讲了广义和狭义相对论在GPS卫星时钟校准中的应用。
通过这些物理学在前沿科技中的应用实例,学生感觉到高科技并非高不可攀,其基本理论就在大学物理课堂中,学生对科技前沿问题很感兴趣,会提出各种问题,查找相关资料,进行进一步的讨论,这样就将学生学习物理的态度从“要我学”转变为“我要学”。作者认为对学生好奇心的保护和培养,是物理学教学的灵魂所在。科学发展史告诉我们,伟大的发现都源于好奇心,好奇心是科学研究的原动力。
(3)逐步增加近代物理内容的学时数。第一步先从现有的4~6学时增至10~12学时,其中,量子物理部分主要内容包括黑体辐射基本规律、康普顿效应、弗兰克——赫兹实验、玻尔氢原子理论、德布罗意物质波假设、不确定关系、波函数、薛定谔方程、原子结构和能级、核磁共振现象、衰变以及核磁共振技术和放射性在医学和农业科学中的应用。在相对论部分,主要讲授狭义相对论基本假设、狭义相对论的时空观、洛伦兹变换、广义相对论的基本假设、广义相对论的实验验证以及广义相对论在现代宇宙学中的应用。将来还可以增加一些现代物理分支(比如凝聚态物理、量子场论、量子光学、等离子体物理、生物物理、天体物理等等)的介绍,教学改革的最终目标是使近代物理部分学时数占到总学时数的40%左右。当然,用普通物理的风格去向低年级本科生阐释现代物理的深刻思想和丰富内容对教师素质也提出了更高的要求,这也需要我们教师加强教法的研究和交流,是整个教研室同仁共同努力才能达到的目标。
(4)针对农业类学生数理基础较薄弱的特点,我们在教法上也进行了相应的尝试。在物理概念的讲授上,我们多采用比喻的方法,这样使抽象的概念更加直观,易于理解。如,在讲授光源的相干长度时,用一列火车来比喻一个光波列。在讲授热容时,用盛水的容器来比喻物体的热容。在讲授黑体时,用埋在废墟下的人很容易听到外面的声音而外面的人不易听到里面人发出的声音来比喻照射到黑体表面的光百分之百被吸收而反射率为零的特点。在物理公式的讲解上,在学时允许的前提下,我们尽量采用板书推导的方式讲授,并要求学生记笔记,这样使学生手脑并用,对公式的理解和掌握也更加牢固。考虑到学时较少的缘故,也一定程度上降低了对计算能力的要求。另外,作者也采用了一些前人行之有效的做法[5],如每章结束时做小结,将本章要求掌握的内容梳理一遍,讲到后面的章节时,常常联系到前面的章节等等,这样做可以加强学生对大学物理课程的整体把握,帮助学生理清思路,提高学习效率。
3结语
总之,作者认为面向农业类学生的少学时大学物理课程的教学目标应该是提高学生的科学素养。通过这门课的教学,培养学生形成科学的世界观和方法论,保护和培养学生对客观世界的好奇心,理解和掌握最基本的物理概念和规律,为他们今后漫长的工作、生活留下一笔宝贵的精神财富,也为他们终身学习打下必要的基础。
参考文献
[1] 教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会.理工科类物理课程教学基本要求(2010年版)[M].北京,高等教育出版社,2011.
[2] 周芳,张志广.农科大学物理教学改革的研究[J].科技信息,2009(5):534.
[3] 汪自庆,王国栋,刘云鹏,等.生命学科“大学物理”教学中的几点想法[J].大学物理,2010(9):42~44.