白 璐 吳振森

(西安電子科技大學(xué)理學(xué)院,陜西西安 710071)

多層面分層次大學(xué)物理教學(xué)改革

白 璐 吳振森

(西安電子科技大學(xué)理學(xué)院,陜西西安 710071)

本文總結(jié)了我校在“大學(xué)物理”課程的日常教學(xué)工作中,全面開展多層面、分層次教學(xué)改革的探索.全面闡述了對(duì)分層次大學(xué)物理教學(xué)的理解和實(shí)踐分層次教學(xué)的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn).結(jié)合光學(xué)中干涉問題的教學(xué)具體實(shí)例,說明了在大學(xué)物理教學(xué)改革中運(yùn)用多層面、分層次的教學(xué)模式,可以有效地提高不同層面學(xué)生對(duì)大學(xué)物理學(xué)習(xí)的效果,更好地完成在大學(xué)物理教學(xué)中的因材施教工作.

大學(xué)物理;分層次;教學(xué)改革

大學(xué)物理課是理工科高等院校培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力、協(xié)調(diào)理論知識(shí)與提高動(dòng)手能力的一門重要公共基礎(chǔ)課,具有其他課程不能替代的重要作用.如何在大學(xué)物理的教學(xué)中既注重傳授知識(shí),又注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng);既強(qiáng)調(diào)經(jīng)典物理知識(shí)的掌握,又結(jié)合近代科學(xué)發(fā)展的前沿問題;既保障教學(xué)的內(nèi)容及教學(xué)效果的完成,又提高學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的興趣;既保證大多數(shù)同學(xué)對(duì)物理知識(shí)的理解和掌握,又調(diào)動(dòng)部分成績(jī)偏差,基礎(chǔ)較薄弱同學(xué)的學(xué)習(xí)物理的積極性主動(dòng)性;既引導(dǎo)部分基礎(chǔ)好,對(duì)物理興趣濃厚的同學(xué)對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行更深層次探索,又保證在目前高校擴(kuò)招、學(xué)生規(guī)模擴(kuò)大、課時(shí)壓縮大背景下教學(xué)任務(wù)的完成.這些問題的解決其關(guān)鍵點(diǎn),在于如何運(yùn)用“多層面分層次”教學(xué)的方法,以完善人才培養(yǎng)中的“厚基礎(chǔ)、重創(chuàng)新、求質(zhì)量、高素質(zhì)”的基本要求.

結(jié)合我校實(shí)際情況,本文系統(tǒng)地總結(jié)了我校多年來在大學(xué)物理教學(xué)中進(jìn)行多層面、分層次教學(xué)改革中的經(jīng)驗(yàn).

1 目前的大學(xué)物理教學(xué)中面臨的問題

1)近些年高等院校招生規(guī)模不斷擴(kuò)大.以西安電子科技大學(xué)為例,目前我校作為理工文管相結(jié)合的研究型綜合大學(xué),每年招收近5000名本科生.大學(xué)物理的課程其涵蓋規(guī)模涉及全校共41個(gè)理工專業(yè)中的絕大部分專業(yè)方向.學(xué)生招收規(guī)模的擴(kuò)大對(duì)大學(xué)物理的教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn).

2)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)成績(jī)、學(xué)習(xí)興趣差別較大.由于目前的高等教育已由昔日的“精英教育”實(shí)現(xiàn)了向“大眾化教育”的轉(zhuǎn)變.高校擴(kuò)招規(guī)模的擴(kuò)大,同時(shí)也使得學(xué)生生源分布差異、學(xué)生入學(xué)水平差異等問題日漸突出.

3)學(xué)時(shí)壓縮與學(xué)習(xí)內(nèi)容膨脹的矛盾日益突出.各個(gè)學(xué)科對(duì)專業(yè)課程設(shè)置與各個(gè)課程的學(xué)時(shí)安排做出不斷的調(diào)整.如何利用最少的課時(shí),講解更多的教學(xué)內(nèi)容;如何處理好本學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)與不斷更新的學(xué)科前沿的關(guān)系都為大學(xué)物理教學(xué)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn).

2 多層面、分層次物理教學(xué)模式的探討

我校在分層次大學(xué)物理教學(xué)改革的具體實(shí)踐中,本著“厚基礎(chǔ)、重創(chuàng)新、求質(zhì)量、高素質(zhì)”的原則要求,根據(jù)我校專業(yè)設(shè)置特點(diǎn)、學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力等實(shí)際狀況,提出了多層面、分層次工科院校大學(xué)物理課程的教學(xué)模式.主要分以下幾個(gè)層面,展開和推進(jìn)物理教學(xué)的改革探索.

(1)依據(jù)不同學(xué)科專業(yè)采用分類指導(dǎo)原則

我校在大學(xué)物理的教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)、指導(dǎo)學(xué)生的原則定位、不同學(xué)科學(xué)生的教材的選取、實(shí)驗(yàn)的安排等方面采用了分類指導(dǎo)的原則.目前我校在本科生物理教學(xué)中主要采用的是四種模式.具體實(shí)施的分類標(biāo)準(zhǔn)見表1所示.

表1 大學(xué)物理分學(xué)科指導(dǎo)教學(xué)模式表

(2)針對(duì)不同的學(xué)科設(shè)置及專業(yè)特點(diǎn)增加專題講座

即使采用上述按照學(xué)科進(jìn)行分類指導(dǎo)的原則,在我校大學(xué)物理Ⅲ的選課學(xué)生規(guī)模仍在3000～4000人/每學(xué)年.如此眾多的學(xué)生涉及我校工科近41個(gè)不同專業(yè).

在大學(xué)物理的教學(xué)中,我們采用增加專題講座的形式,便于教師在遵循大綱又不拘泥于大綱的原則基礎(chǔ)上,結(jié)合自己的專業(yè)特長(zhǎng)及所教授的學(xué)生的專業(yè)開展大學(xué)物理的前沿課題的講座,這些講座不但能豐富同學(xué)們的知識(shí),更能使同學(xué)在大學(xué)物理學(xué)習(xí)中體會(huì)到與專業(yè)知識(shí)的相關(guān)特性,激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣.

在選講題目的選取上,既可偏向工程實(shí)際應(yīng)用,也可以偏向近代物理的理論進(jìn)展.由于物理學(xué)與多個(gè)學(xué)科之間的緊密關(guān)系,還可以是一些跨專業(yè),跨學(xué)科的交叉領(lǐng)域問題.一些專題選講的參考題目如表2所示.

表2 大學(xué)物理分專業(yè)特色指導(dǎo)教學(xué)模式表

這些選講內(nèi)容,涉及近代物理中許多重要的專題,跨越了不同的學(xué)科.這些內(nèi)容的講解對(duì)教師也提出了更高的要求.需要指出的是,我們?cè)诰唧w的實(shí)踐中即使對(duì)同一個(gè)專題的內(nèi)容,面向不同的學(xué)科專業(yè),也采用了不同的教學(xué)側(cè)重點(diǎn).

例如在表2中所列舉的5個(gè)不同的典型專業(yè)中我們都講到量子力學(xué),但針對(duì)不同的學(xué)科側(cè)重點(diǎn)卻不盡相同.對(duì)半導(dǎo)體材料與器件專業(yè),注重介紹量子統(tǒng)計(jì)的規(guī)律,從獨(dú)立粒子系統(tǒng)的三種統(tǒng)計(jì)分布即:麥克斯韋-玻爾茲曼分布;費(fèi)米-狄拉克分布及玻色-愛因斯坦分布這些統(tǒng)計(jì)分布的區(qū)別與聯(lián)系入手,談費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)在研究半導(dǎo)體性質(zhì)中的廣泛及重要應(yīng)用.在通信工程專業(yè)主要介紹光的量子通信.在軟件工程專業(yè)主要介紹新一代的計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)與量子力學(xué)的基本關(guān)系等.

又例如我們介紹激光這一專題時(shí),對(duì)通信工程專業(yè)主要介紹激光的主要應(yīng)用.在光學(xué)工程專業(yè)主要介紹利用激光的特性,即激光照射到物體上產(chǎn)生的動(dòng)量及輻射壓力特性的最新應(yīng)用——光鑷.而在電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè),則結(jié)合我校特色,介紹激光雷達(dá)的原理及激光多普勒效應(yīng)的應(yīng)用等.

(3)同堂教學(xué)中的分類指導(dǎo)原則的運(yùn)用

即使采用了分學(xué)科、分專業(yè)的分類指導(dǎo)原則,但實(shí)際上,由于目前大學(xué)物理教學(xué)中一般采用大班授課方式,不同班級(jí)、不同學(xué)生在入學(xué)成績(jī)、興趣愛好等方面還有很大的差異.

如何最大限度地引導(dǎo)不同特點(diǎn)的學(xué)生在掌握物理概念的基礎(chǔ)上,培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng),提高學(xué)習(xí)能力.以突出大學(xué)物理課程的基礎(chǔ)性和全面培養(yǎng)學(xué)生的能力總原則,還需要教師在每堂課的教學(xué)環(huán)節(jié)中,不斷靈活運(yùn)用分類指導(dǎo)的原則.這樣才能引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)自我、改變自我、超越自我,最大限度地調(diào)動(dòng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性及主動(dòng)性.

在具體的課堂教學(xué)中,主要采用“黑板板書+多媒體課件+課程思考題和選作課外論文”的方式,針對(duì)不同特點(diǎn)及學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)程度的同學(xué)展開分層次教學(xué)指導(dǎo)的教學(xué)工作.充分滿足各層次人才的科學(xué)素質(zhì)的要求,引導(dǎo)學(xué)生朝著能發(fā)揮自己優(yōu)勢(shì)的方向發(fā)展,讓優(yōu)秀人才更快更好地成長(zhǎng).

其中每節(jié)課的黑板板書是針對(duì)教學(xué)中的最基本要求,是大學(xué)物理該節(jié)課程的最基本要求,包括本節(jié)課必須掌握的理論內(nèi)容,主要公式,重要定理定律.如介紹波動(dòng)光學(xué)的干涉特性的分振幅方法及分波振面方法干涉的問題中,我們?cè)诤诎迳系陌鍟鐖D1所示.

圖1 薄膜干涉板書示意圖

其中涉及干涉中明暗紋條件的基本公式,光程差的表達(dá)形式以及干涉問題中各個(gè)知識(shí)模塊之間的基本關(guān)系.這些內(nèi)容是保留在板書中要求學(xué)生必須掌握的內(nèi)容.

在基本層面,我們按照教學(xué)大綱的要求圍繞薄膜的干涉問題展開討論.教師制作的多媒體教學(xué)課件學(xué)生可以直接從老師處拷貝或者從大學(xué)物理的網(wǎng)站上下載.許多教學(xué)資料與教學(xué)資源都能在該網(wǎng)頁上下載,在此不再贅述.

提高層面中我們主要采用布置思考問題的方法,引導(dǎo)部分學(xué)有余力的同學(xué),展開更深入的關(guān)于干涉問題的思考.比如在等厚干涉中的劈尖干涉問題中,一般教學(xué)中都會(huì)舉肥皂泡表面由于薄膜的反射所引起的彩色干涉現(xiàn)象.例如鐵絲圓環(huán)上沾了肥皂水再豎直放置起來之后的肥皂膜照片.由于肥皂薄膜自身的自重影響,薄膜會(huì)形成頂部薄,而底部漸厚的楔形分布.因此會(huì)出現(xiàn)較為明顯的平行狀條紋,由于是白光入射,條紋呈彩色分布.針對(duì)這個(gè)大學(xué)物理中經(jīng)常提及的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,我們提出思考問題:①薄膜上部較暗區(qū)域中為什么沒有干涉條紋.如何解釋這個(gè)區(qū)域中暗區(qū)域現(xiàn)象.②當(dāng)干涉條紋在薄膜厚度增大到一定程度的時(shí)候,干涉現(xiàn)象不再明顯,怎樣解釋這些現(xiàn)象.如何定量給出薄膜厚度達(dá)到什么程度將不能再觀察到明顯的干涉現(xiàn)象的基本判據(jù).③如果入射角度發(fā)生變化又會(huì)出現(xiàn)什么樣的條紋變化,如何解釋這些現(xiàn)象?④薄膜干涉的成像區(qū)域具體在哪里等.

這些問題只是點(diǎn)到為止,在課題上不能占用太多的時(shí)間.感興趣的同學(xué),可以進(jìn)一步地去查閱相關(guān)資料,對(duì)課本要求以外的內(nèi)容,如厚度特別小的薄膜的干涉問題展開深入的思考,進(jìn)一步還可以對(duì)其中涉及的相位突變理論展開討論.而這部分的思考與討論我們將指導(dǎo)學(xué)生采用課下討論,通過上網(wǎng)查閱資料,圖書館檢索的方式完成課業(yè)論文,課業(yè)論文的成績(jī)記入物理考評(píng)最終總成績(jī).有時(shí)課程進(jìn)度緊張,這部分思考問題就作為課堂幻燈片的一部分,請(qǐng)感興趣的同學(xué)在課下思考完成.

這些思考題目涉及大學(xué)物理教學(xué)的每一堂課.種類涉及物理規(guī)律的應(yīng)用,物理現(xiàn)象的解釋等方面,甚至有些物理難題是目前尚未在理論上完全解決的問題.這些問題的提出一方面可以豐富同學(xué)們的物理知識(shí),另一方面也可以提高同學(xué)們對(duì)學(xué)習(xí)物理的興趣,使同學(xué)們了解雖然有些物理問題至今尚未解決,但它離我們的生活是如此的接近,它離我們的物理教學(xué)是如此的接近,這些問題是大學(xué)物理課堂教學(xué)內(nèi)容的引申與發(fā)展.

3 總結(jié)

本文通過對(duì)我校在大學(xué)物理教學(xué)中,針對(duì)不同學(xué)科、不同專業(yè)群、不同層次的學(xué)生實(shí)施多層面、分層次教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的總結(jié).全面闡述了我校在實(shí)施大學(xué)物理教學(xué)改革過程中,注重結(jié)合我校專業(yè)特色,注重增加教師選講內(nèi)容,通過引進(jìn)物理學(xué)中的最新進(jìn)展,結(jié)合本章中的經(jīng)典問題,以便達(dá)到既保障最少課時(shí)下完成基本學(xué)習(xí)效果和基本學(xué)習(xí)要求,又積極引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地對(duì)物理學(xué)習(xí)保持常新和興趣的教學(xué)改革實(shí)踐的探索.通過多層面、分層次大學(xué)物理的教學(xué),使大學(xué)物理的學(xué)習(xí)成為點(diǎn)燃學(xué)生思維火花的火種,而不是填充物理知識(shí)的容器.

通過多層面對(duì)大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容的梳理與整合,真正使物理教學(xué)不僅成為物理知識(shí)傳授的平臺(tái),更是面向不同層面學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維方式的培養(yǎng)和科學(xué)研究方法、科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)的舞臺(tái).

總之,多層面、分層次大學(xué)物理教學(xué)模式,較好地滿足了“理、工、文、管”及不同專業(yè)群對(duì)物理學(xué)的不同層次的需求,對(duì)學(xué)生從具體問題中抽象物理模型、掌握物理概念和運(yùn)用物理基本方法,體會(huì)物理和諧美起到重要的作用,是對(duì)大學(xué)物理教學(xué)模式的一種成功的探索.

[1] 許杰.大學(xué)物理分層次教學(xué)的實(shí)踐與探索[J].牡丹江大學(xué)學(xué)報(bào),2007,(05):119～121

[2] 王文新,徐翠艷.大學(xué)物理分層次教學(xué)的研究與實(shí)踐[J].渤海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,(3):262～264

[3] 張?jiān)路?馬艷平.基于中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫的大學(xué)物理教學(xué)研究文獻(xiàn)述評(píng)[J].海南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,(3):310～314

[4] 王建邦,張旭峰,楊軍,劉興來.“大學(xué)物理”教學(xué)模式改革的研究與實(shí)踐 [J].物理與工程,2006,16(3):62～64

[5] 郝玉華.工科大學(xué)物理分層次教學(xué)探索[J].中國(guó)科技信息,2006,(22):256～257

2009-12-23)