胡 南 王 飛

（重慶理工大學光電信息學院，重慶 400054）

20世紀20年代“跨學科 ”（Interdisciplinary）一詞在美國出現(xiàn)，經過一段時間的關注并于20世紀80年代作為研究通識教育（general education）而引入的新的綜合方法得到全面的研究和發(fā)展.我國是從20世紀80年代興起“跨學科”研究，研究時間不長，成果有限.跨學科被界定為 “打破學科壁壘，將不同學科的理論或方法有機地融為一體［1］.”目前，跨學科研究已經成為當前世界各國科學與教育發(fā)展的一個重要趨勢.由于我國大學起步較晚，大學跨學科研究仍存在著較多的問題：缺乏宏觀上跨學科的有效管理體制、運行機制以及有效的跨學科研究平臺；教師的跨學科意識不強，對跨學科片面理解為知識交叉等［2］.中國的教育系統(tǒng)龐大，如希望自上而下地在具有了一定的“跨學科”體制、制度、平臺后再開展對應的“跨學科”嘗試，還需要漫長的過程.鑒于此，我們課程團隊著眼于實際的教學課程，在重點研究了 “跨學科”的內涵基礎上，脫離單純的“跨”學科知識，創(chuàng)新性提出了基于大學物理學課程的跨學科教學理論和方法，并運用于實踐，希望能推進“跨學科”教學的發(fā)展.

1 “跨學科”的內涵

1.1 從“學科”到“跨學科”

人類采用科學分析與科學綜合的方法使其能逐步去了解既統(tǒng)一又多樣性的世界.“學科”就是人類在認識世界的過程中采用科學分析的方法將世界分解成的亞體系，隨著局部亞體系的深入，科學綜合將已有的局部知識整合成更加完整的認識整體，而“跨學科”就是科學綜合的嘗試.科學史證明，科學的分化與整合并不互相排斥，而是相互交織、互為補充、彼此轉化的.分化是為了更深更廣的整合，而更深更廣的整合又使新的分化成為可能［3］.“跨學科”首先是一種科學綜合.

1.2 “跨學科”不是簡單的交叉

“跨學科”被大多數(shù)研究者界定為打破“學科”壁壘，將不同學科的理論或方法有機地融為一體.“跨學科”通過兩門或者兩門以上學科間的相互交叉融合來實現(xiàn)兩學科、多學科、群學科、交叉學科等的交叉和融合.而在“跨”的這個科學綜合行為中，尤其要注重學科特點的融合.“學科”根本上是一種特有的體系，它包含了學科知識、學科價值、學科方法論、學科語言、學科學術風格以及學科認同等基本要素.所以，跨學科不能僅僅理解成學科知識的融合，還包含了學科所具有的特點的交叉和融合.

在美國高等教育領域，跨學科被通俗地表述為“回答一個問題、解決一個問題或者選擇一個話題的過程 …… ”.用一個問題，一個話題，一個主題的的解決來實現(xiàn)“跨學科”的目的，貼近自然現(xiàn)實，跨越知識界限，實現(xiàn)全方面的融合.這樣的融合反饋到具體的形式上可以是大的文理融合，可以是交叉學科研究中的學科融合，也可以是關聯(lián)課程間的課程融合，乃至課程中知識、方法、語言等的融合.筆者認為這是“跨學科”的本質［4］.

2 大學物理學開展“跨學科”教學勢在必行

2.1 物理學是自然科學的重要基礎學科

在科學發(fā)展的“分合運動”中，物理學作為自然科學的基礎學科，一方面隨著新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、新概念的產生及其向縱深方向的不斷發(fā)展，在內部形成了眾多的分支學科；另一方面，物理學的橫向拓展使之滲透到自然科學領域，形成了眾多的跨學科研究和交叉學科，如生物物理學、物理化學、量子化學、量子生物學、地球物理學等.所以，物理學本身就是一個較開放的綜合學科，適合開展與其他平行學科和后續(xù)學科的跨學科融合.

2.2 傳統(tǒng)大學物理學教學壁壘森嚴阻礙了課程目標的實現(xiàn)

教育部把大學物理課程定位為高等學校理工科各專業(yè)學生一門重要的公共必修基礎課程.毋庸置疑，通過大學物理課程的學習，培養(yǎng)學生獲取知識的能力、科學觀察和思維的能力、分析問題和解決問題的能力以及求實創(chuàng)新等能力［5］.但是，傳統(tǒng)的物理學學科壁壘森嚴，教學模式地位依然牢固，課程教學嚴重缺乏跨學科的溝通和聯(lián)系，使得課程越來越遠離時代.教師苦教，學生厭學，加之課程改革學時一再縮減，教學成了以完成教學內容的體力活，嚴重背離了課程教學目標.因此，從教學的根本出發(fā)，一方面有的放矢地革新教學內容，突破傳統(tǒng)；另一方面在大學物理的教學中進行跨學科教學，與專業(yè)，與時代契合，才能提高教學質量，真正實現(xiàn)教學目標.

3 大學物理課程教學中滲透“跨學科”教學理念

基于“跨學科”理論的分析，而不僅僅是片面的“跨”學科知識，針對大學物理課程教學中的不足，筆者從大學物理學本身的課程體系出發(fā)，結合我校院系特點作了以下相關方面的課程跨學科教學思考和實踐.

3.1 課程設置體現(xiàn)“跨學科”——分層、分類教學結合、必修選修相輔相成

大學物理學是整個理工科的公共基礎課，不同的專業(yè)由于其自身特點和研究對象的差異，一方面縱向以物理學知識為軸線，另一方面橫向向專業(yè)切合的交叉學科輻射，以加強學科間的滲透、交融及綜合［6］.我們在充分考察各專業(yè)方向的前提下，把后續(xù)專業(yè)課作為跨學科教學的主要依據(jù)，建立了公共大學物理課程4個層次、5個類別的教學體系，即112學時、96學時、80學時和40學時4個層次；光電類專業(yè)、材料類專業(yè)、生物類專業(yè)、機械類專業(yè)、化工類專業(yè)為5個類別.一方面，突出專業(yè)特色，打破傳統(tǒng)架構，學科融合突出應用，譬如光電類側重于力學、電磁學、光學、近代等；材料類側重于電磁學、光學、近代物理等；另一方面，加大了近現(xiàn)代物理知識在教學中的比重［7］，因為近代物理理論是高新技術的基石，也能體現(xiàn)新方法新思想，并能培養(yǎng)一定的創(chuàng)新能力，與時代接軌，更能體現(xiàn)科學的綜合，如：激光技術、等離子體、液晶、超導、全息、信息光學、電子顯微鏡、核磁共振等的應用.

由于課程的分層分類教學，學科融合的考慮，大學物理課程在有限學時內必然有不能充分闡述的部分.為了給同學們提供更全面的物理學平臺，我校開出了“物理思想與人文精神”“改變世界的物理學”“現(xiàn)代物理應用技術概論”層次特色鮮明的全校素質選修課，并配設了“大學物理演示實驗”，在課程之余把基于文理交融、學科交融、高新技術交融賦予物理學的后續(xù)選修課程，為大學物理的跨學科教學提供了更加完善的補充.

3.2 課程內容體現(xiàn)“跨學科”——中心課題設置，專業(yè)知識結合，構建跨學科資源庫

在課程分層分類教學的基礎上，課程教學內容重點體現(xiàn)“跨學科”理念，這也是課程實現(xiàn)跨學科教學的重要環(huán)節(jié).我們的指導思想是保證物理基礎知識講解為前提，建立以體現(xiàn)跨學科特色的“中心題目”為載體的大學物理跨學科教學模式.形成基于我校各個專業(yè)的，由物理課教師和專業(yè)課教師組成的“跨學科”教學小組；通過學科分析、專業(yè)課程分析，提取有價值的“中心題目”；編寫出中心題目為主體，分別適用于我校電子、車輛、材料、生物等專業(yè)的大學物理補充教材；針對中心題目，以重點闡述物理知識點與中心題目需講解相關專業(yè)問題的交叉或后續(xù)的關系，重點以定性與半定量講解為主.譬如，對于光電類，結合波動光學知識設定“光柵衍射與光譜分析及其應用”“基于衍射原理的無損檢測應用”等中心題目；結合電磁學知識設定“無處不在的場”“基于場與物質作用的安全用電指導”“電磁波的傳播特點”等中心題目.對于機械類，結合力學知識設定“力矩在機械裝置中的應用”“車輛運行中簡單的力學原理”“建筑中的力學應用”等.對于生物類，結合力學運動學知識，設定“加速度與人體生理反應”“太空漫步失重的人體反應與克服”；結合電磁學設定“人體心電圖信號”，結合光學設定“基于電磁波特性的醫(yī)學探測器”等等.對材料類，結合彈性形變知識，設定“材料的應變和應力”；結合近代物理知識設定“超導體材料特性”“納米材料特性”等的中心課題.尤其在數(shù)學專業(yè)的的大學物理課程中，重點強調物理內涵、物理思想和物理方法，結合數(shù)學方法開展相應的數(shù)學建模，其成果作為教學課件再應用于教學實際.“中心課題”的選取和講解思路需要物理教師與相關專業(yè)教師共同交流，所以我們的工作才起步，希望能經過一段時間，形成有效的“中心題目”資源庫，能有效地開展課堂的跨學科教學.

3.3 課程教學方法體現(xiàn)“跨學科”——文理教學方法交融，多媒體輔助

長期以來，理工科課程教學的特點是邏輯性很強，一環(huán)緊扣一環(huán).對于聽課的學生來說如果錯過了前面的知識，后面就可能聽不懂了，理科課程的特點決定了教師課堂教學嚴謹度高，常常讓學生會感到聽覺疲勞.而文科教學的特點是發(fā)散式的，圍繞著一個中心，教師無不是旁征博引、浮想聯(lián)翩，像一篇散文，但又形散神不散.學生在聽課時跟著教師欣賞華美語句的同時還若有所思，若有所悟.目前，全球范圍內“討厭理科”的現(xiàn)象有日漸擴張的趨勢，這與理科學習的特點不無關系.一些理科教師上課時貪多求全，不能抓住典型問題深入分析，導致課堂教學效果不佳，忽視了學生理解理科教學內容的特點.

大學物理課程是理工科的基礎課程，仍然具有理科教學的特點和不足，但是物理課程也有它自身的特點，基于物理思想、物理精神、物理方法的講解可以借鑒文科教學方法.鑒于此，筆者在大學物理的教學過程中逐步形成以物理學史的人文事跡和跨學科的中心題目為教學興趣刺激點，在一個核心知識開始講解時，用物理學史的人文事跡的發(fā)散式教學展開學習，引起學生學習的興趣，在知識點邏輯講解完后，再以跨學科的中心課題講解跨學科應用案例.這樣循環(huán)往復，通過教學法的文理融合促進教學質量的提高.譬如，經典力學動力學學習之前，引入亞里士多德、伽利略、牛頓等事跡與科學發(fā)現(xiàn)過程的人文講解；動力學（質點及剛體）基礎知識學習后，完成對中心課題“橋梁中的力學原理”“汽車的扭矩”等的跨學科定性講解.結合多媒體技術，我們也逐步構建起這樣的配套知識庫，當然，這樣的累積需要不斷地更新，結合當今實例，這樣才能有新的興趣刺激點.

3.4 課程語言體現(xiàn)“跨學科”——強調基礎，深挖內涵，融會貫通

眾所周知，以物理作為基礎的分支學科很多，但是由于課程教學常常受到教材、教參以及傳統(tǒng)教學慣性的影響，在物理課程教學的過程中，常常采取自己的課程語言來講解相關知識，而與后續(xù)分支學科課程以及平行交叉學科課程的關聯(lián)太小.這里的課程語言，主要指某種知識含義在該課程當中的名稱或稱謂.通過開始開展跨學科專題調研以及多年的教學實踐，筆者發(fā)現(xiàn)在分支學科課程和平行學科課程中存在很多相同、相關和相容的知識點，而僅僅因為各自課程的語言不一致，而無端形成了壁壘，增加了重復知識，也阻礙了對知識的深入理解.比如大學物理學中的“矢量”概論和高等數(shù)學中的“向量”概論，在講解時應該一并提到，并重點闡述內涵；大學物理學中的微元“dm”等物理量與高等數(shù)學中的微分量“dx”等的一致內涵，乃至應用于各學科中的“連續(xù)不均勻”的問題；再比如大學物理學中的“力矩”概念與理論力學中的“力偶”“力偶矩”“扭矩”“轉矩”等相關概念的理解和學習；大學物理學中的“彈性形變”與材料力學中的“應力”“應變”的學習；大學物理學中“波函數(shù)”“波的分解和合成”與信息光學中的“光信號”“光信號衍射和疊加”與數(shù)字信號處理中“電信號”“電信號的分解和合成”“濾波”等的相通之處，以及數(shù)學中“傅里葉變換”的基本原理及其在上述理論中應用的講解；大學物理學中“光柵衍射”與生物物理學的“光譜分析技術”的關聯(lián)性；大學物理中的相對論思想，光的波粒二相性與哲學中的一分為二等等.我們通過組建團隊，交叉學習，分工合作，逐步在交叉和后續(xù)學科課程中發(fā)覺相同相關知識，跨越課程語言描述的不同，深挖知識內涵，強調其本質含義，將知識融會貫通.

4 結語

實踐表明，大學物理課程“跨學科”教學，能激發(fā)學生學習物理的興趣，使學生體會到物理學在所學專業(yè)中的重要性，能將物理學的學習與所學專業(yè)的發(fā)展需要密切聯(lián)系起來，增強了學習物理的主觀能動性，有效地提高大學物理課程的教學質量.“跨學科”教學是長期建設的課題，需要所有物理工作者和相關專業(yè)教師的通力合作，課程的交叉，教師的交流必將促進“跨學科”研究的大力發(fā)展，為進一步的“跨學科”平臺的搭建打好堅實的基礎.

［1］ 秦國柱，馮用軍.高等教育跨學科研究：中美比較的視角［J］.江蘇高教，2005（14）：127－129.

［2］ 左曉甜.美國研究型大學的跨學科戰(zhàn)略及其啟示［J］.高等理科教育，2012（2）：77－86.

［3］ 王媛媛.封閉與開放：走向學科研究與跨學科研究的統(tǒng)一［J］.高等教育研究，2010（5）：47－49.

［4］ 閻元紅.跨學科教學：大學物理教學范式的轉變［J］.物理與工程，2010，20（1）：55－57，60.

［5］ 理工科類大學物理課程教學基本要求.教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會基礎物理課程教學指導分委會.北京：高等教育出版社，2012.9.

［6］ 韓桂華，王鈺.應用型人才培養(yǎng)模式下的大學物理課程教學改革［J］.黑龍江高教研究，2009（6）：185－186.

［7］ 王培霞，賈育秦.從物理學發(fā)展看 MEMS的跨學科研究［J］.物理與工程，2005，15（5）：41－43，52.