課程現(xiàn)代化大學(xué)物理論文
時(shí)間:2022-02-04 09:07:05
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1智物明理夯實(shí)基礎(chǔ)
具體地說,我?!按髮W(xué)物理”課程由必修和選修兩塊教學(xué)內(nèi)容組成,在教學(xué)實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化.由于課時(shí)所限,“工科物理”必須在保證基本要求的前提下,精簡學(xué)時(shí),為后續(xù)選修課程騰出教學(xué)時(shí)間.我們利用多媒體教學(xué)手段提高課堂效率,課時(shí)由128學(xué)時(shí)調(diào)整為112學(xué)時(shí).必修課后,同學(xué)根據(jù)專業(yè)需要和自身興趣,必須任選至少一門后續(xù)選修課程,同時(shí)計(jì)入公選課學(xué)分.多年來,經(jīng)過凝練內(nèi)容,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),漸進(jìn)實(shí)施,已經(jīng)形成大學(xué)物理Ⅰ(必修課)+X(選修課)課程方案.首先,注重主干課程“工科物理”的建設(shè).1996年起,以“教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化”和“教學(xué)手段改革”為核心,圍繞教材、資源、方法、效果等要素,博采眾長,持續(xù)發(fā)展.我們整體優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,出版了適應(yīng)教改要求的“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材《工科物理教程》;倡導(dǎo)多媒體綜合教學(xué)手段,1998年率先完成的大學(xué)物理電子教案在國內(nèi)有一定的示范影響;加強(qiáng)輔助學(xué)習(xí)條件建設(shè),組織編寫了《大學(xué)物理綜合練習(xí)》等資料,建設(shè)了內(nèi)容豐富的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái).總之,對“工科物理”成熟的課程模式,我們博采眾家之所長,以資源建設(shè)為先導(dǎo),教學(xué)內(nèi)容和手段現(xiàn)代化為核心,深化課程內(nèi)涵建設(shè),成果豐富,分別于2004年和2000年獲江蘇省高等教育教學(xué)成果一、二等獎(jiǎng).其次,2005年以來,以素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心,進(jìn)一步強(qiáng)化系列課程建設(shè),融合創(chuàng)新,力創(chuàng)自我之特色.新的課程體系教學(xué)內(nèi)容包含現(xiàn)代物理知識(shí)、科學(xué)藝術(shù)交融、高新技術(shù)應(yīng)用、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)探究等.教學(xué)手段廣泛采用多媒體技術(shù),所有課程都開發(fā)了多媒體電子教案,建立了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái),教學(xué)資源豐富.同時(shí),針對不同課程的教學(xué)內(nèi)容,探索以研究型教學(xué)為核心的多樣化教學(xué)方法.目前,“物理與藝術(shù)”已成為國家精品課程,并于2012年分別被遴選為國家精品視頻公開課和國家精品資源共享課;“工科物理”和“近代物理與高新技術(shù)”已建設(shè)成省級(jí)精品課程.系列課程建設(shè)成果于2011年獲江蘇省高等教育教學(xué)成果特等獎(jiǎng);2014年獲國家級(jí)教學(xué)成果一等獎(jiǎng).
2文理交融培養(yǎng)素質(zhì)
科學(xué)教育與人文教育相互融合有利于高素質(zhì)的人才培養(yǎng),物理教學(xué)在這方面有獨(dú)特的優(yōu)勢,并發(fā)揮著重要作用.新的課程體系建設(shè)體現(xiàn)了文理交融、科藝相濟(jì)的先進(jìn)教育理念.首先,從2005年開始,經(jīng)過深入的調(diào)研和大量的素材積累,我們在全國率先開設(shè)了“物理與藝術(shù)”選修課,教學(xué)內(nèi)容主要是以藝術(shù)家和物理學(xué)家相互平行的視角,闡述人們對宇宙圖像的建立過程和理解;對物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本形式的認(rèn)識(shí);分析比較他們在創(chuàng)新意識(shí)和思維方法上的共同點(diǎn),以達(dá)到對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)與人文素質(zhì)培養(yǎng)和提高創(chuàng)新思維能力之目的.經(jīng)過近10年的教學(xué)實(shí)踐,已經(jīng)構(gòu)成完整的課程教學(xué)體系,主要包括:自然哲學(xué)到物理學(xué)與繪畫的開端;喬托的“透視”與伽利略的“參照系”;牛頓與達(dá)•芬奇;現(xiàn)代科學(xué)革命與現(xiàn)代美術(shù)革命;光與色彩的意義;空間的意義與立體主義畫派;時(shí)間的意義與未來主義和超現(xiàn)實(shí)主義畫派;量子風(fēng)云與抽象主義藝術(shù);宇宙與人文;對稱與不對稱;混沌和分形與抽象表現(xiàn)主義畫派;東方的藝術(shù)之道與西方的科學(xué)之道等.簡而言之,我們追尋著物理和藝術(shù)的發(fā)展歷史,探討它們之間的相互聯(lián)系,教學(xué)的重點(diǎn)就在于揭示它們發(fā)展的每一次重大革命中的創(chuàng)新點(diǎn).“物理與藝術(shù)”課程建設(shè)是一個(gè)符合現(xiàn)代教育理念,具有重要?jiǎng)?chuàng)新思想,在國內(nèi)率先完成,并取得優(yōu)秀教學(xué)實(shí)踐效果和師生廣泛贊譽(yù)的教學(xué)成果.由李政道先生親題書名,楊叔子院士作序的“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材《物理與藝術(shù)》(附課件光盤)出版后,在物理教育界產(chǎn)生重要影響,2012年被評為國家級(jí)精品教材.其次,開設(shè)的“文化物理”面向全校各專業(yè)學(xué)生(包括文科類),文理兼濟(jì),特色鮮明.課程采取“案例”式教學(xué),追尋物理學(xué)歷史發(fā)展脈絡(luò),通過分析物理學(xué)重大發(fā)現(xiàn)的社會(huì)背景和深刻影響,凝練出科學(xué)文化與人文文化相融合的教學(xué)內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生對自然世界(宇宙)的情感、科學(xué)研究的態(tài)度、創(chuàng)新性的思維方式和崇尚人文科學(xué)精神的價(jià)值取向.國家級(jí)“十二五”規(guī)劃教材《文化物理》特色鮮明,全書不依靠數(shù)學(xué)公式,而是以科學(xué)意義的圖片代替方程,科學(xué)內(nèi)涵的圖景理解概念.用簡潔的語言和發(fā)人深省的科學(xué)故事,在科學(xué)文化的視野下,鼓勵(lì)學(xué)生欣賞物理學(xué)和體味蘊(yùn)涵其中的深刻思想.
3聯(lián)系前沿激發(fā)創(chuàng)新
為了適應(yīng)科技發(fā)展,培養(yǎng)創(chuàng)新精神,進(jìn)行工科物理教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化改革成為共識(shí).自2000年起,我們以現(xiàn)代教育思想為指導(dǎo),以近代物理的基本思想、基本方法及其在高新技術(shù)中的應(yīng)用為主線,針對不同專業(yè)學(xué)生,開設(shè)了“近代物理與高新技術(shù)”課程.在面向航空主機(jī)類專業(yè)的“近代物理與高新技術(shù)Ⅰ”課程的教學(xué)中,我們將激光武器、紅外探測與隱身、巨磁阻材料、清潔能源等方面的發(fā)展和成果介紹給學(xué)生,并且注意本校學(xué)生的專業(yè)方向特點(diǎn).教學(xué)中結(jié)合航空航天方面的高新技術(shù)發(fā)展的事例,引起了同學(xué)們的極大興趣,如高能激光、激光制導(dǎo)、激光推進(jìn),飛機(jī)和火箭等飛行器的紅外輻射特征及其隱身技術(shù)等,使課程既具有強(qiáng)烈的時(shí)代氣息,又具有航空航天特色.在面向電子信息技術(shù)類“近代物理與高新技術(shù)Ⅱ”課程教學(xué)中,我們注意加強(qiáng)半導(dǎo)體物理與微電子技術(shù)的教學(xué),并將最新的微電子制備技術(shù)和測試分析技術(shù)介紹給學(xué)生.
在開展課程教學(xué)過程中,根據(jù)教學(xué)對象為大二、大三學(xué)生的特點(diǎn),我們認(rèn)真分析研究了他們已接受的數(shù)學(xué)、物理等方面課程學(xué)習(xí)的情況,精心編寫出版了《近代物理與高新技術(shù)》教材.全書從學(xué)生的實(shí)際出發(fā),實(shí)施因材施教,注意不過多地涉及高深理論和技術(shù)細(xì)節(jié),不強(qiáng)調(diào)理論的系統(tǒng)性和完備性,力求采用普通物理學(xué)的教學(xué)方法(即所謂的“普物化”)完成近代物理的教學(xué).在內(nèi)容處理上,適當(dāng)鋪墊一些理論過程,既有一定的深入又不至于太難,又要淺出又不流于膚淺,使課程教學(xué)的深度、廣度、進(jìn)度適合學(xué)生的知識(shí)水平和接受能力,使學(xué)生初步了解近代物理學(xué)和高新技術(shù)中的基本概念和方法、近代物理對高新技術(shù)的作用、當(dāng)代高新技術(shù)的發(fā)展等,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力,為學(xué)生適應(yīng)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展打下基礎(chǔ).在課程現(xiàn)代化建設(shè)中,我們認(rèn)識(shí)到近代物理實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)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術(shù)中的一些基本實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)手段.因此,我校利用“211工程”項(xiàng)目建設(shè)了近代物理實(shí)驗(yàn)室,面向工科專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了“拓展性近代物理實(shí)驗(yàn)”課程.在原子核物理、原子物理、低溫物理、磁共振技術(shù)、微波技術(shù)、譜線分析、相對論、光信息處理、光纖通信等方面建立起基本的實(shí)驗(yàn)手段,為適應(yīng)培養(yǎng)新世紀(jì)高科技人才的要求提供了基本的實(shí)驗(yàn)平臺(tái).我們積極探索研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式.在形式上,不是要求學(xué)生簡單地重復(fù)或驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,而是組織若干個(gè)圍繞某一專題的物理實(shí)驗(yàn),比如,“STM實(shí)驗(yàn)與納米技術(shù)”“狹義相對論和核物理技術(shù)”“光學(xué)信息處理技術(shù)”等8個(gè)專題性實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生課前查找資料,自學(xué)專題實(shí)驗(yàn)涉及的知識(shí)內(nèi)容,然后自己動(dòng)手,觀察和驗(yàn)證現(xiàn)象,以科研訓(xùn)練方式完成實(shí)驗(yàn),最終形成論文式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告.課程教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì),形成現(xiàn)代自然觀和提高創(chuàng)新能力有顯著的作用.我們以“特色化、精品化、現(xiàn)代化”的設(shè)計(jì)思想建設(shè)了一個(gè)“物理演示與探究實(shí)驗(yàn)室”,并開設(shè)“物理演示與探究”選修課程.
一方面,購置各類原理性演示實(shí)驗(yàn),以配合大學(xué)物理課堂教學(xué);更為重要的是,我們貫徹科研與教學(xué)相互融合的先進(jìn)理念,把本校若干項(xiàng)重要的科研成果中的物理原理提煉出來,在相關(guān)專家指導(dǎo)下,設(shè)計(jì)開發(fā)物理與科研相互結(jié)合的演示儀器,并通過申請校內(nèi)“大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃”資助,鼓勵(lì)有興趣的學(xué)生參與完成.這一過程性、研究型教育的設(shè)計(jì)思想和實(shí)踐,不僅激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,而且使他們體會(huì)到物理知識(shí)對他們今后專業(yè)發(fā)展的重要性.目前,整個(gè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和特色演示實(shí)驗(yàn)儀器的研制已經(jīng)形成一個(gè)由學(xué)生參與,不斷發(fā)展、不斷積累和不斷完善的學(xué)習(xí)過程.近代物理實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)向所有選課學(xué)生開放.近幾年來,學(xué)生參與研制的實(shí)驗(yàn)作品60余臺(tái),26次獲國家或省級(jí)創(chuàng)新競賽獎(jiǎng).其中,“大場景360°環(huán)視動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)”“數(shù)字水墻”分別榮獲十二屆和十一屆“挑戰(zhàn)杯”競賽一等獎(jiǎng);“旋轉(zhuǎn)磁場演示儀”獲全國高校物理演示教學(xué)儀器獎(jiǎng);還有20余項(xiàng)成果在江蘇省高校大學(xué)生物理及實(shí)驗(yàn)科技作品創(chuàng)新競賽中獲獎(jiǎng).
4實(shí)踐應(yīng)用影響廣泛
教學(xué)內(nèi)容的拓展和課程模式的變革是我們課程改革的核心內(nèi)容.首先對選修課的設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容,根據(jù)教學(xué)實(shí)踐不斷調(diào)整、完善,最終形成目前成熟的課程群.其次我們綜合運(yùn)用課堂教學(xué)、探究實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、開放課題等不同教學(xué)媒介,形成開放的、動(dòng)態(tài)的、個(gè)性化的學(xué)習(xí)過程.針對不同課程特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了由單一的物理知識(shí)學(xué)習(xí)模式向多元化、混合型學(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)變(見圖2).特別強(qiáng)調(diào)指出,我們的傳統(tǒng)“工科物理”主干課程,和后續(xù)系列課程不是割裂的,而是相互促進(jìn),協(xié)同發(fā)展.后續(xù)系列課程的建設(shè)成果不斷融入到工科物理的教學(xué)中,反哺工科物理的教學(xué)改革,使得整個(gè)大學(xué)物理教學(xué)充滿活力.這種由單一的物理知識(shí)教育向提高素質(zhì)、培混合型課程群養(yǎng)創(chuàng)新能力轉(zhuǎn)變的教學(xué)體系,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,不少同學(xué)選修2門以上的課程.
有的同學(xué)自發(fā)向媒體投稿或通過個(gè)人博客,暢談學(xué)習(xí)體會(huì);有的同學(xué)總結(jié)學(xué)習(xí)成果,其論文或演示實(shí)驗(yàn)作品在全國性競賽中獲獎(jiǎng).多年來,選修課總?cè)藬?shù)超過2萬人,受到普遍歡迎.“物理與藝術(shù)”“文化物理”等創(chuàng)新性課程贏得廣泛贊譽(yù),示范影響顯著.2011年“物理與藝術(shù)”被教育部遴選為面向全國教師的網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)課程,兩年來,來自100余所高校通過課程培訓(xùn),在全國產(chǎn)生“重要的示范輻射影響”.作為國家“精品視頻公開課”上線以來,播放量過萬次,產(chǎn)生良好的社會(huì)效益.通過網(wǎng)絡(luò)不完全查詢統(tǒng)計(jì),目前全國有30多所大學(xué)以網(wǎng)絡(luò)公選課程形式在校內(nèi)開設(shè)“物理與藝術(shù)”課程.一些著名學(xué)者主動(dòng)發(fā)表書評或接受采訪,推薦《物理與藝術(shù)》一書,并稱“對編寫新課改教材有相當(dāng)大的指導(dǎo)意義”;是“素質(zhì)教育成果的結(jié)晶”.物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為學(xué)校本科教學(xué)基礎(chǔ)建設(shè)的標(biāo)志性成果.通過高新技術(shù)與物理基礎(chǔ)知識(shí)的有機(jī)滲透;科研成果、物理原理和實(shí)驗(yàn)探究的互動(dòng)結(jié)合,在物理基礎(chǔ)課中構(gòu)建了寓教于研的教學(xué)情境受到好評.作為江蘇省優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)和江蘇省實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,課程組和實(shí)驗(yàn)室接待了包括前國家副總理李嵐清、教育部教指委領(lǐng)導(dǎo)和專家,以及東南大學(xué)、北京交通大學(xué)等兄弟院校同行數(shù)十批次,獲得了廣泛的贊譽(yù).
作者:施大寧吳平楊雁南單位:南京航空航天大學(xué)理學(xué)院