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大學(xué)物理教學(xué)中工程教育的融入的論文
一、卓越計劃下的大學(xué)物理課改簡(jiǎn)介
“理為工之本，工為理之用”[2]，物理學(xué)是工程技術(shù)的基礎，對提升學(xué)生科學(xué)素養有重要的作用。以培養大學(xué)生的工程創(chuàng )新能力為目標，提高大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量是“卓越計劃”對當前大學(xué)物理教學(xué)改革提出的新要求。在大學(xué)物理教學(xué)中融入“工程教育”是適應這一要求的重要基礎。在大學(xué)教學(xué)中加強工程教育，激發(fā)學(xué)生的興趣、培養學(xué)生的工程意識，以期在工程技術(shù)人員理解新原理，掌握新技術(shù)方面發(fā)揮重要的作用。
二、工程實(shí)例與物理教學(xué)的融合
作為高等院校工科各專(zhuān)業(yè)的必修基礎課，傳統的大學(xué)物理學(xué)較為重視知識體系的完整性、嚴密性和原理的邏輯推理，這對培養學(xué)生的邏輯思維能力有很大幫助，但這種偏重理論化推理的物理教學(xué)，啟發(fā)有余而創(chuàng )新不足，忽略了工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生對物理原理在實(shí)際工程技術(shù)中的應用這一求知需求。為了實(shí)現大學(xué)物理教學(xué)的工程教育目的，在教學(xué)過(guò)程中適當地引入工程實(shí)例是一種有效途徑。工程實(shí)例的引入可以在大學(xué)物理教學(xué)中無(wú)所不在，比如物理原理的講解，例題演示，以及課后習題等。工程實(shí)例的引入一方面要與物理知識點(diǎn)緊密相關(guān)，另一方面也要具有真實(shí)性，能激發(fā)學(xué)生的興趣。當前國內物理教材中往往只列舉幾個(gè)典型的工程應用例子，難以激發(fā)學(xué)生的興趣，甚至對物理原理在其中的具體應用過(guò)程也是一語(yǔ)帶過(guò)，不提取模型也不解釋原理，學(xué)生難以理解理論原理到工程技術(shù)的應用。相比國內教材，國外大學(xué)物理教材中物理知識與生活、體育、工程技術(shù)的工程實(shí)例聯(lián)系就緊密得多。
比如《哈里德大學(xué)物理學(xué)》中一道習題：“一架?chē)姎馐綉饳C重達231kN，需要達到85m/s的空速才能起飛。戰機發(fā)動(dòng)機最大可提供107kN的推力，但并不足以讓?xiě)饳C在短短90m的航母甲板跑道上達到起飛速率�！币粋�(gè)簡(jiǎn)單的力學(xué)物理題，穿上一件漂亮的工程“外衣”，未給教學(xué)添加負擔，反而趣味倍增。工程實(shí)例的引入要注意全面，不能以偏概全。生活和工程中的物理構成有些對人類(lèi)有利，有些對人類(lèi)不利，但背后都有物理規律的支配。比如振動(dòng)學(xué)中，許多教材都列舉了共振引起橋梁坍塌的事故，讓學(xué)生認識振動(dòng)的威力。如果教學(xué)進(jìn)程到此為止，學(xué)生對共振的的理解可能會(huì )產(chǎn)生誤會(huì )，認為振動(dòng)現象在建筑中只有“弊”而無(wú)“利”。實(shí)際上，許多現代橋梁和建筑物的防振減振工程項目都是“以其人之道，還治其人之身”，比如安裝于臺北101大廈的全球最大的“調諧質(zhì)塊阻尼器”，利用共振來(lái)消除大廈的振動(dòng)以保障安全。只有客觀(guān)而周到地對工程實(shí)例進(jìn)行討論，才能讓學(xué)生對物理原理的理解及其應用有更全面的認識。由于沒(méi)有現成的工程實(shí)例，需要教師收集和撰寫(xiě)相關(guān)的材料。工程實(shí)例的收集可從文獻、國內外優(yōu)秀教材中，甚至是時(shí)事新聞中篩選、汲取適當的題目。比如讓國人振奮和驕傲的我國第一艘航母“遼寧號”及其成功起降的殲15艦載機，其中就有物理中力熱光電各方面基本原理的大量應用。積少成多，集腋成裘，當前的通訊信息十分發(fā)達，可以多渠道、多途徑地獲取工程實(shí)例。
三、專(zhuān)業(yè)課程與大學(xué)物理的對接
大學(xué)物理學(xué)作為理工各專(zhuān)業(yè)的基礎課，在夯實(shí)學(xué)生的基礎知識，培養學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng )新意識上有共同的作用，但不同專(zhuān)業(yè)對具體物理知識的學(xué)習也有不同的要求。目前大學(xué)物理的內容體系主要包括牛頓力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、波動(dòng)光學(xué)，以及相對論和量子力學(xué)等，內容較多，且物理學(xué)也在不斷取得新進(jìn)展。但在實(shí)際教學(xué)中，大學(xué)物理的學(xué)時(shí)卻在不斷縮減。針對這樣的局面，如何實(shí)現大學(xué)物理的工程教育？首先要根據專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)對物理教學(xué)內容有所側重。大學(xué)物理教學(xué)可根據工科各專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，對知識體系進(jìn)行調整和優(yōu)化，在制定教學(xué)計劃時(shí)，集合相關(guān)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和后期專(zhuān)業(yè)課學(xué)習的延續性，在保持物理內容體系完整的情況下，對相關(guān)內容進(jìn)行調整，并進(jìn)一步拓展優(yōu)化。比如，對機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)側重于力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)等；對電類(lèi)專(zhuān)業(yè)側重于電磁學(xué)、光學(xué)和近代物理等。
機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)都有理論力學(xué)和材料力學(xué)等專(zhuān)業(yè)基礎課，如何在牛頓力學(xué)的教學(xué)中對相應概念和規律進(jìn)行拓展，為相關(guān)課程做好鋪墊，是物理課堂上一個(gè)值得探討和嘗試的課題。當前許多高校大學(xué)物理授課根據專(zhuān)業(yè)分班，也為這一設想提供了有利條件。
四、綜合物理課程的開(kāi)設設想
隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展與技術(shù)的進(jìn)步，社會(huì )對復合型人才的需求越加明顯。當前的大學(xué)物理課，教學(xué)內容往往局限于經(jīng)典物理部分，為了彌補物理教學(xué)的不足，同時(shí)提升工科學(xué)生對高等教育工程技術(shù)中物理知識的認識，可對高年級學(xué)生開(kāi)設一門(mén)物理相關(guān)的專(zhuān)業(yè)選修課，暫且命名為“綜合物理”。綜合物理課程的教學(xué)內容應側重于專(zhuān)業(yè)課程的補充和現代科技的普及兩方面內容。物理學(xué)不僅是各工程學(xué)科的基礎，也是新技術(shù)新理論的基礎，廣泛地應用在不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。在綜合物理中，可結合專(zhuān)業(yè)課程的設置，對相關(guān)專(zhuān)業(yè)的許多領(lǐng)域進(jìn)行介紹。如當前大學(xué)物理中的振動(dòng)學(xué)主要服務(wù)于后續的機械波及波動(dòng)光學(xué)的教學(xué)；而在綜合物理中，我們可為此基礎設置和機械加工相關(guān)的防振、消振的工程應用內容；對于后續的波動(dòng)光學(xué)，可設置和機械加工相關(guān)的工程光學(xué)內容。
專(zhuān)業(yè)的交叉和融合方面，比如可在綜合物理中講授物理學(xué)的新進(jìn)展、工程上的新應用及技術(shù)的展望，等等。綜合物理課程在國內各高校中目前尚無(wú)樣本示范，學(xué)�？赏ㄟ^(guò)開(kāi)設公共選修課，逐漸將其納入專(zhuān)業(yè)選修課的體系當中。綜合物理課程的開(kāi)設一舉多得，既可解決大學(xué)物理課時(shí)減少帶來(lái)的教學(xué)不足，又可改變學(xué)生對物理學(xué)的認識，激發(fā)學(xué)生的興趣，加深學(xué)生對物理知識在工程技術(shù)中的應用理解能力，提高學(xué)生的綜合工程素質(zhì)。目前，大學(xué)物理在教學(xué)手法上有很多成熟的改進(jìn)措施。筆者認為，改革的根本在于內容的改革，應以提高學(xué)生的素質(zhì)為基礎，突破傳統模式，采取更為大膽的形式來(lái)推進(jìn)大學(xué)物理教育。同時(shí)加強學(xué)生工程素質(zhì)的教育，并采取新的課程設置，會(huì )對物理教學(xué)改革有著(zhù)積極的推動(dòng)和發(fā)展作用。
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