課程現代化大學物理論文

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1智物明理夯實基礎

具體地說，我校“大學物理”課程由必修和選修兩塊教學內容組成，在教學實踐中實現整體優化．由于課時所限，“工科物理”必須在保證基本要求的前提下，精簡學時，為后續選修課程騰出教學時間．我們利用多媒體教學手段提高課堂效率，課時由128學時調整為112學時．必修課后，同學根據專業需要和自身興趣，必須任選至少一門后續選修課程，同時計入公選課學分．多年來，經過凝練內容，總結經驗，漸進實施，已經形成大學物理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．1996年起，以“教學內容現代化”和“教學手段改革”為核心，圍繞教材、資源、方法、效果等要素，博采眾長，持續發展．我們整體優化教學內容，出版了適應教改要求的“十一五”國家級規劃教材《工科物理教程》；倡導多媒體綜合教學手段，1998年率先完成的大學物理電子教案在國內有一定的示范影響；加強輔助學習條件建設，組織編寫了《大學物理綜合練習》等資料，建設了內容豐富的網絡學習平臺．總之，對“工科物理”成熟的課程模式，我們博采眾家之所長，以資源建設為先導，教學內容和手段現代化為核心，深化課程內涵建設，成果豐富，分別于2004年和2000年獲江蘇省高等教育教學成果一、二等獎．其次，2005年以來，以素質教育和創新能力培養為中心，進一步強化系列課程建設，融合創新，力創自我之特色．新的課程體系教學內容包含現代物理知識、科學藝術交融、高新技術應用、創新實驗探究等．教學手段廣泛采用多媒體技術，所有課程都開發了多媒體電子教案，建立了網絡學習平臺，教學資源豐富．同時，針對不同課程的教學內容，探索以研究型教學為核心的多樣化教學方法．目前，“物理與藝術”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”已建設成省級精品課程．系列課程建設成果于2011年獲江蘇省高等教育教學成果特等獎；2014年獲國家級教學成果一等獎．

2文理交融培養素質

科學教育與人文教育相互融合有利于高素質的人才培養，物理教學在這方面有獨特的優勢，并發揮著重要作用．新的課程體系建設體現了文理交融、科藝相濟的先進教育理念．首先，從2005年開始，經過深入的調研和大量的素材積累，我們在全國率先開設了“物理與藝術”選修課，教學內容主要是以藝術家和物理學家相互平行的視角，闡述人們對宇宙圖像的建立過程和理解；對物質運動的基本形式的認識；分析比較他們在創新意識和思維方法上的共同點，以達到對學生進行科學與人文素質培養和提高創新思維能力之目的．經過近10年的教學實踐，已經構成完整的課程教學體系，主要包括：自然哲學到物理學與繪畫的開端；喬托的“透視”與伽利略的“參照系”；牛頓與達•芬奇；現代科學革命與現代美術革命；光與色彩的意義；空間的意義與立體主義畫派；時間的意義與未來主義和超現實主義畫派；量子風云與抽象主義藝術；宇宙與人文；對稱與不對稱；混沌和分形與抽象表現主義畫派；東方的藝術之道與西方的科學之道等．簡而言之，我們追尋著物理和藝術的發展歷史，探討它們之間的相互聯系，教學的重點就在于揭示它們發展的每一次重大革命中的創新點．“物理與藝術”課程建設是一個符合現代教育理念，具有重要創新思想，在國內率先完成，并取得優秀教學實踐效果和師生廣泛贊譽的教學成果．由李政道先生親題書名，楊叔子院士作序的“十一五”國家級規劃教材《物理與藝術》（附課件光盤）出版后，在物理教育界產生重要影響，2012年被評為國家級精品教材．其次，開設的“文化物理”面向全校各專業學生（包括文科類），文理兼濟，特色鮮明．課程采取“案例”式教學，追尋物理學歷史發展脈絡，通過分析物理學重大發現的社會背景和深刻影響，凝練出科學文化與人文文化相融合的教學內容，培養學生對自然世界（宇宙）的情感、科學研究的態度、創新性的思維方式和崇尚人文科學精神的價值取向．國家級“十二五”規劃教材《文化物理》特色鮮明，全書不依靠數學公式，而是以科學意義的圖片代替方程，科學內涵的圖景理解概念．用簡潔的語言和發人深省的科學故事，在科學文化的視野下，鼓勵學生欣賞物理學和體味蘊涵其中的深刻思想．

3聯系前沿激發創新

為了適應科技發展，培養創新精神，進行工科物理教學內容現代化改革成為共識．自2000年起，我們以現代教育思想為指導，以近代物理的基本思想、基本方法及其在高新技術中的應用為主線，針對不同專業學生，開設了“近代物理與高新技術”課程．在面向航空主機類專業的“近代物理與高新技術Ⅰ”課程的教學中，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展和成果介紹給學生，并且注意本校學生的專業方向特點．教學中結合航空航天方面的高新技術發展的事例，引起了同學們的極大興趣，如高能激光、激光制導、激光推進，飛機和火箭等飛行器的紅外輻射特征及其隱身技術等，使課程既具有強烈的時代氣息，又具有航空航天特色．在面向電子信息技術類“近代物理與高新技術Ⅱ”課程教學中，我們注意加強半導體物理與微電子技術的教學，并將最新的微電子制備技術和測試分析技術介紹給學生．

在開展課程教學過程中，根據教學對象為大二、大三學生的特點，我們認真分析研究了他們已接受的數學、物理等方面課程學習的情況，精心編寫出版了《近代物理與高新技術》教材．全書從學生的實際出發，實施因材施教，注意不過多地涉及高深理論和技術細節，不強調理論的系統性和完備性，力求采用普通物理學的教學方法（即所謂的“普物化”）完成近代物理的教學．在內容處理上，適當鋪墊一些理論過程，既有一定的深入又不至于太難，又要淺出又不流于膚淺，使課程教學的深度、廣度、進度適合學生的知識水平和接受能力，使學生初步了解近代物理學和高新技術中的基本概念和方法、近代物理對高新技術的作用、當代高新技術的發展等，培養學生的科學素質和創新能力，為學生適應科學技術飛速發展打下基礎．在課程現代化建設中，我們認識到近代物理實驗可以培養學生運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中的一些基本實驗方法和技術手段．因此，我校利用“211工程”項目建設了近代物理實驗室，面向工科專業的學生開設了“拓展性近代物理實驗”課程．在原子核物理、原子物理、低溫物理、磁共振技術、微波技術、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驗手段，為適應培養新世紀高科技人才的要求提供了基本的實驗平臺．我們積極探索研究型實驗教學新模式．在形式上，不是要求學生簡單地重復或驗證實驗現象，而是組織若干個圍繞某一專題的物理實驗，比如，“STM實驗與納米技術”“狹義相對論和核物理技術”“光學信息處理技術”等8個專題性實驗，要求學生課前查找資料，自學專題實驗涉及的知識內容，然后自己動手，觀察和驗證現象，以科研訓練方式完成實驗，最終形成論文式的實驗報告．課程教學對培養學生的科學素質，形成現代自然觀和提高創新能力有顯著的作用．我們以“特色化、精品化、現代化”的設計思想建設了一個“物理演示與探究實驗室”，并開設“物理演示與探究”選修課程．

一方面，購置各類原理性演示實驗，以配合大學物理課堂教學；更為重要的是，我們貫徹科研與教學相互融合的先進理念，把本校若干項重要的科研成果中的物理原理提煉出來，在相關專家指導下，設計開發物理與科研相互結合的演示儀器，并通過申請校內“大學生科研訓練計劃”資助，鼓勵有興趣的學生參與完成．這一過程性、研究型教育的設計思想和實踐，不僅激發學生學習物理的興趣，而且使他們體會到物理知識對他們今后專業發展的重要性．目前，整個實驗室建設和特色演示實驗儀器的研制已經形成一個由學生參與，不斷發展、不斷積累和不斷完善的學習過程．近代物理實驗和演示實驗向所有選課學生開放．近幾年來，學生參與研制的實驗作品60余臺，26次獲國家或省級創新競賽獎．其中，“大場景360°環視動態顯示系統”“數字水墻”分別榮獲十二屆和十一屆“挑戰杯”競賽一等獎；“旋轉磁場演示儀”獲全國高校物理演示教學儀器獎；還有20余項成果在江蘇省高校大學生物理及實驗科技作品創新競賽中獲獎．

4實踐應用影響廣泛

教學內容的拓展和課程模式的變革是我們課程改革的核心內容．首先對選修課的設置和教學內容，根據教學實踐不斷調整、完善，最終形成目前成熟的課程群．其次我們綜合運用課堂教學、探究實驗、網絡平臺、開放課題等不同教學媒介，形成開放的、動態的、個性化的學習過程．針對不同課程特點，實現了由單一的物理知識學習模式向多元化、混合型學習模式的轉變（見圖2）．特別強調指出，我們的傳統“工科物理”主干課程，和后續系列課程不是割裂的，而是相互促進，協同發展．后續系列課程的建設成果不斷融入到工科物理的教學中，反哺工科物理的教學改革，使得整個大學物理教學充滿活力．這種由單一的物理知識教育向提高素質、培混合型課程群養創新能力轉變的教學體系，激發了學生的學習積極性，不少同學選修2門以上的課程．

有的同學自發向媒體投稿或通過個人博客，暢談學習體會；有的同學總結學習成果，其論文或演示實驗作品在全國性競賽中獲獎．多年來，選修課總人數超過2萬人，受到普遍歡迎．“物理與藝術”“文化物理”等創新性課程贏得廣泛贊譽，示范影響顯著．2011年“物理與藝術”被教育部遴選為面向全國教師的網絡培訓課程，兩年來，來自100余所高校通過課程培訓，在全國產生“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，產生良好的社會效益．通過網絡不完全查詢統計，目前全國有30多所大學以網絡公選課程形式在校內開設“物理與藝術”課程．一些著名學者主動發表書評或接受采訪，推薦《物理與藝術》一書，并稱“對編寫新課改教材有相當大的指導意義”；是“素質教育成果的結晶”．物理創新實驗室已經成為學校本科教學基礎建設的標志性成果．通過高新技術與物理基礎知識的有機滲透；科研成果、物理原理和實驗探究的互動結合，在物理基礎課中構建了寓教于研的教學情境受到好評．作為江蘇省優秀教學團隊和江蘇省實驗教學示范中心，課程組和實驗室接待了包括前國家副總理李嵐清、教育部教指委領導和專家，以及東南大學、北京交通大學等兄弟院校同行數十批次，獲得了廣泛的贊譽．

作者：施大寧吳平楊雁南單位：南京航空航天大學理學院