浅谈科学前沿融入大学物理教学

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【摘要】教育教学改革已经成为现代教育的主旋律，虽然大学物理是高校理工科专业的基础必修课，但物理教育却陷入一个尴尬境地，学生觉得大学物理都是一两百年前的知识，知识过于陈旧，学习没有意义。为了让学生了解大学物理知识在当前生活和科技中所起到的作用，引入科学前沿是教学改革新思路之一。本文提出将科学前沿融入大学物理教学，说明科学前沿融入大学物理的教学目的、实施路径，并表达此思路实施的教学心得，此思路的目标：激发学生的学习兴趣，科教结合有助于帮助学生形成良好的思考方式，培养他们独立思维分析能力，帮助他们建立创新思维框架。

【关键词】大学物理；科学前沿；思维框架

1大学物理发展现状

大学物理是大学理工科专业的一门重要公共基础课程。物理学是技术学科和自然科学的基础。它的发展不仅推动了整个自然科学的发展，而且对人类的物质观、时空观、宇宙观以及整个人类文化都产生了并且还会继续产生极其深刻的影响。大学物理可以有效地提升学生的科学思维及利用物理方法解决实际问题的初步能力，而且对所有人都是提高文化素质的一个重要手段。物理学发展历史上一次次理论上的重大突破及重要成果，都是创新思维的体现。当今，创新思维已经完全融入到理工科专业课程建设和教学改革，并且他们已经成为衡量教学和改革工作成效的非常重要的一个指标[1]。因而在高等教育培养高素质人才的今天大学物理教学显得尤其重要。大学物理不仅是为专业课学习打下坚实的基础，也可以帮助学生形成科学的思维方式、构建出物理的思想方法、提升自己的创新思维，是创新能力培养体系中的重要一环。进入21世纪，科技发展突飞猛进，新技术、新材料、新工艺不断出现，电子产品更新周期极其短暂。但反观大学物理教材，教学内容都是几十年前的内容，几乎完全没有涉及物理在现今科技中的应用。由于物理对很多学生来说确实比较难，虽然很多老师引入了各种各样的教学方法，加大了教材建设，但学生只是被动为了考试过关而学习，没有任何兴趣。这导致在高校中广泛流传中《大学物理》无用的言论，很多专业大幅消减物理课时[2]。大学物理的基础地位正在受到前所未有的冲击。大学物理教学改革势在必行，其中渗透科学前沿内容就是教学改革的重要方式，也是现代物理教学新思路之一。

2在大学物理课堂上融入科学前沿的方式

为了更好的激发学生兴趣，避免学生感觉灰色难懂的知识点学习、枯燥的习题练习，讲授物理知识点时，可以尽量结合现代生活、社会热点、当前科学技术、当前科研前沿等，让学生感觉到这些有着悠久历史的物理在现当今的社会生活中仍然发挥着极其重要的作用。这样不仅可以提高学生上课的兴趣，也开阔了学生的视野，同时开启了他们的科学研究的大门。

2.1结合现代生活

物理现象和规律大部分来自于现实生活，它们同时也将服务于生活。人民日常生活的方方面面，都有与基础物理研究相关的，因此给学生讲解物理知识时可以适当联系生活实际[3]，这样可以激发学生探索生活的兴趣，同时让学生认识到物理的重要性。例如讲电磁场知识点时，可以从家庭生活讲到工业上的应用。比如家里的电磁炉和HI电饭煲，它们都是利用电磁感应原理将电能转化成热能的装置。在纺织印染行业，温度控制精度对纺织印染品质有非常重要的影响，而采用电磁加热不仅可以提高能源利用效率和加热速度，还可以提高温度控制精度；在锅炉行业，利用电磁加热速度快的特点，只在锅炉的出水端进行加热，使水流在流动中完成加热，可以节省空间；在机械行业，高频电磁加热对金属表面进行热处理，其效果比传统处理方法有显著提升。

2.2结合当今社会热点问题

社会热点问题包括交通运输、环境污染与保护、能源危机以及新能源等问题。将物理知识与社会热点问题相结合，可以激起学生的广泛关注和积极参与，并且能够培养学生的社会责任感。当前中国还是主要以火力发电为主，大自然的能源是有限的，并且燃烧过程中会产生大量污染环境的物质，思考如何让最少的能源产生最大效益。由于电线有电阻，大量的电能在从发电厂输进千家万户的过程转化成热能损耗掉了。如果未来某天找到了常温超导材料，那么用它制成电线，我们就可以节约电能，从而实现大量能源的节省，也实现了减少环境污染。此外，超导材料的应用，使得生活电压输电可以代替高压输电，这让输电变得更安全。小到家庭生活电器，大到工厂机器，由于电路使用的是超导材料，那么它们将节省大量的电能，此外由于电路不损耗电能，不管生活电器还是工厂机器运行时就不会产生大量的热量，电器和机器工作时就不会温度过高，在这种环境下，它们的运转效率更高。

2.3结合当代科技

涉及物理知识的前沿科学技术被应用于医疗卫生、通讯、生物研究、环境保护、农业生产等各方面，且发挥着举足轻重的作用。当前最热的生物结构研究的得力助手冷冻镜就是基于物理原理制造的。如今我们已经开始迈入5G时代，各个手机品牌争相推出5G手机，但为什么5G技术还只是在一个小区域才能使用，主要原因5G通讯波长比3G、4G通讯波长要短，根据物理知识，可以知道波长短的波很容易被障碍物遮挡住，所以5G通讯需要建立更多的通讯基站，有专家指出5G通讯基站数是4G的10倍，才能保障5G通讯。量子通讯是当前最前沿的一项科学技术，它可以同时传递更多的信息，且具有不可破译性。当前中科大潘建伟教授主导的量子通讯技术，目前处于世界领先水平，量子通讯卫星的发射成功，标志着中国量子通讯技术进入了新纪元，在未来它将彻底改变现在的通讯方式。

3科学前沿融入物理教学的应用体会

（1）有利于提升学生的学习兴趣[4]。大学生普遍认为大学物理难学，且没有用，这导致他们惧怕物理、讨厌物理。在教学过程适当融入一些生动有趣的，且涉及相关物理知识的科学技术，这将使得物理课不再枯燥无趣，还可以激发学生对物理的兴趣。

（2）有利于开阔学生的视野[5]，也是对学生科研的启蒙。科学前沿的融入可以让学生了解当今的科技进展，使得学生不是仅仅学到了书本上那点知识。科学前沿的融入也让学生能够灵活应用所学知识，也能激发他们科研探索的兴趣。

（3）物理学有助于大学生形成更好的思考方式、分析框架、思维框架。物理定理、定律的形成，首先思考如何构建一个能够处理实际问题的模型，模型足够简单，并且该模型能够用数学表达式来描述，之后用它解决实际问题的一个过程，有时也是对未知大胆假设的过程。这对学生形成良好的思维框架很有帮助。

4结语

大学物理是大学理工科专业科学素养培养中的关键，虽然作为一门基础公共课，其内容也相对稳定，但并非是与当今科学研究和科学技术完全不相关。科学前沿同物理教学有机关联起来，可以促进学生科学素养和创新思维的培养，开阔他们的视野。此外，正如特斯拉创始人马斯克所说学习物理学有助于思维框架的建立，所以物理学习不能拘于物理知识点学习和习题的演练，良好的思考方式的形成，思维分析的提高，思维框架的建立，显得尤为重要。这也是当今素质教育中重要的一环。

参考文献

[1]宋晓丽.大学物理教学中培养创新能力研究[J].知识经济,2017(24):156-156

[2]王新练,杜亚兵.大学物理教学的困境与思考[J].安庆师范学院学报,2012(1):104.

[3]欧阳秋云,李春艳,齐立红,等.前沿物理走进大学文科物理课堂[J].中国科教创新新导刊,2012(14):103-104.

[4]祁恩云.对大学物理前沿内容教学的探讨[J].科学•自然,2014(9):176.

[5]欧阳秋云,齐立红,李春燕,等.前沿物理教学在文科物理教学过程中的成效分析[J].教育教学论坛,2015(13):251-252.

作者：杨志勇 单位：江西农业大学