林業(yè)院校大學(xué)物理教學(xué)改革的探索
論文關(guān)鍵詞:學(xué)科本位主義 大學(xué)物理 綜合素質(zhì) 創(chuàng )新意識
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論文摘要：文章介紹了對高等農、林院校大學(xué)物理理論教學(xué)、實(shí)驗教學(xué)新形勢下的新認識、新理解;調整教學(xué)理念，摒棄學(xué)科本位主義，將大學(xué)物理理論教學(xué)、實(shí)驗教學(xué)有機結合，培養學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng )新意識，探索一條適應新世紀的農、林科大學(xué)物理教學(xué)體系的新途徑。
一、近年來(lái)發(fā)達國家高等院校大學(xué)物理理論教學(xué)、實(shí)驗教學(xué)改革的特點(diǎn)
國外教育教學(xué)改革一直都十分活躍，現代國際科學(xué)教育改革的主流理論—建構主義—進(jìn)一步明確了新世紀教育改革的方向:強調學(xué)習的自主性、社會(huì )性、情境性，由此生發(fā)出探究學(xué)習和合作學(xué)習等現代學(xué)習方式，強調探究問(wèn)題，而不僅是了解問(wèn)題的答案;是批判性思維，而不僅是記憶;是在情景中理解，而不僅是獲得些許信息;是促進(jìn)學(xué)生合作學(xué)習、互動(dòng)和分享思想和信息，而不是無(wú)益的競爭。美國和各發(fā)達國家的物理教學(xué)更是緊扣時(shí)代脈搏，并引領(lǐng)教育教學(xué)改革的方向，不斷創(chuàng )新。
1.理論教學(xué)
近年來(lái)美國和西方各發(fā)達國家在大學(xué)物理理論教學(xué)中，首先對教材進(jìn)行了不斷的改革和補充，他們的教材在聯(lián)系實(shí)際方面做了很大努力，一方面和現代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的實(shí)際成果相結合，另一方面又和自然現象及生活中的現象相結合。如Ghanian編著(zhù)的《物理學(xué)》總結了《吉尼斯世界紀錄大全》、《簡(jiǎn)氏飛機大全》、各種工程手冊、汽車(chē)修理指南等，編出了大量的科學(xué)技術(shù)、體育和日常生活以及自然現象的例題和習題。課堂教學(xué)中經(jīng)常帶有演示實(shí)驗，一堂課要做兩三個(gè)演示實(shí)驗。自然界的神奇現象震撼人心，生活中的物理現象妙趣橫生;這些內容豐富、貼近生活的例題、習題和演示實(shí)驗，使深奧枯燥的物理理論生動(dòng)化、形象化，這無(wú)疑可以很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習物理的興趣。
2，實(shí)驗教學(xué)
美國的麻省理工學(xué)院的人學(xué)指導書(shū)上有一段話(huà):“實(shí)驗科目:不僅僅教給學(xué)生將來(lái)從事實(shí)驗所必備的專(zhuān)門(mén)技術(shù)，也不僅僅要求學(xué)生某一領(lǐng)域的廣泛知識，或者是只把它看成是某一門(mén)課程的補充;而是讓學(xué)生在學(xué)習期間，從一年級開(kāi)始就有機會(huì )從事對某一個(gè)或幾個(gè)問(wèn)題的實(shí)驗，在專(zhuān)業(yè)所要求的類(lèi)似環(huán)境中，去鍛煉專(zhuān)業(yè)人才所應具有的那種首創(chuàng )精神和聰明才智。”國外印年代以來(lái)物理實(shí)驗教學(xué)改革十分活躍，除了更新實(shí)驗內容，補充實(shí)驗儀器之外，主要是針對傳統實(shí)驗的問(wèn)題進(jìn)行改革。傳統實(shí)驗常常安排過(guò)死、刻板機械，國外許多學(xué)校都在想辦法予以克服，如美國的哥倫比亞大學(xué)斯坦福大學(xué)、哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院，加拿大的Calgary大學(xué)等;大學(xué)的物理實(shí)驗課程設置各有特色，教學(xué)組織形式多樣，沒(méi)有一個(gè)固定統一的模式，其中共同的特點(diǎn)都是注重為學(xué)生提供足夠的條件，以便在實(shí)驗過(guò)程中充分發(fā)揮他們的主觀(guān)能動(dòng)性，使學(xué)生置身于一種富有探索和創(chuàng )造性的學(xué)習環(huán)境中，積極主動(dòng)地思考、分析問(wèn)題，使他們受到一種類(lèi)似于專(zhuān)業(yè)科研人員搞科研的那種訓練。學(xué)生在做這類(lèi)實(shí)驗時(shí)，需要自己完成閱讀文獻資料、選擇實(shí)驗題目、擬定實(shí)驗方案、配置實(shí)驗設備、制作儀器部件或搭建電子線(xiàn)路、測量實(shí)驗數據、分析實(shí)驗結果、完成實(shí)驗報告等工作，這對他們是一個(gè)非常好的訓練過(guò)程。對實(shí)驗的時(shí)間和最終結果不作硬性的規定，學(xué)生可以根據自己的時(shí)間、能力及興趣來(lái)安排。這種注重培養學(xué)生科研能力的做法，是極有遠見(jiàn)的，有利于學(xué)生創(chuàng )新能力的培養。
二、目前我國高等林業(yè)院校大學(xué)物理理論教學(xué)、實(shí)驗教學(xué)的特點(diǎn)
我國物理教學(xué)重視基本概念、基本知識和基本技能的訓練;物理課程內在聯(lián)系緊密、論述條理清晰、邏輯體系嚴整。由于物理課程自身的獨立性、系統性、專(zhuān)業(yè)性都很強的特點(diǎn)，高等農、林院校大學(xué)物理教學(xué)，往往過(guò)分強調學(xué)科中心或學(xué)科本位，將課程設置的重點(diǎn)放在學(xué)科的完善上，而和林業(yè)院校各個(gè)具體專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)知識結合不夠緊密，很容易導致學(xué)習內容“難、繁、偏、舊”和過(guò)于注重書(shū)本知識，使學(xué)生被動(dòng)接受學(xué)習、機械訓練，對物理公式死記硬背;物理教學(xué)內容也容易側重于知識的灌輸。從書(shū)本到書(shū)本式的學(xué)習，讓學(xué)生直接、被動(dòng)地接受前人留下的知識，學(xué)生很難意識到學(xué)習這些知識的真正的意義所在，他們的學(xué)習便不是自己去發(fā)現意義，而是老師的灌輸。這無(wú)疑會(huì )影響學(xué)生學(xué)習物理的興趣，使學(xué)生對物理產(chǎn)生畏難情緒。大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)是一門(mén)獨立的課程體系，往往易和理論教學(xué)配合不好，造成理論教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)脫節;實(shí)驗教學(xué)中規定過(guò)細、過(guò)死，學(xué)生在試驗課中機械地按規定步驟重復。這不僅影響學(xué)生學(xué)習實(shí)驗物理的興趣，更可能會(huì )影響學(xué)生終身的探索興趣，阻礙學(xué)生探究能力的形成。
楊振寧先生曾對中美傳統教育方法做過(guò)比較:(1)中國教育按部就班、嚴謹認真，美國提倡滲透式教育;(2)中國重視演繹，美國強調歸納;(3)中國著(zhù)重理論和抽象思維，美國傾向實(shí)驗和動(dòng)手能力;(4)中國要求學(xué)生謙虛向上，美國鼓勵學(xué)生向最了不起的權威挑戰。楊先生認為，雙方的長(cháng)短是互補的，若能將二者和諧地統一起來(lái)，在教育上將是一個(gè)有意義的突破。
三、大學(xué)物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐
針對物理學(xué)科專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，通過(guò)對多年直接教學(xué)經(jīng)驗的總結和對國內外大學(xué)物理教育在教材、教學(xué)程序和教學(xué)方法反復研討和比較，我們在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了一系列的試點(diǎn)教學(xué)，受到了廣大學(xué)生的普遍歡迎，取得了很好的效果。
1.調整教學(xué)理念，改變學(xué)科本位觀(guān)念，從生活走向物理，從物理走向專(zhuān)業(yè)
高等農、林院校大學(xué)物理教育是農、林各學(xué)科專(zhuān)業(yè)的公共課、基礎課，學(xué)習大學(xué)物理的主體是將來(lái)面向各個(gè)不同的具體專(zhuān)業(yè)的學(xué)生;大學(xué)物理教育的目標應強調對學(xué)生科學(xué)素養的培養。物理學(xué)科是自然科學(xué)的一門(mén)基礎學(xué)科，物理知識在日常生活、科學(xué)技術(shù)和社會(huì )生活中都有著(zhù)廣泛的應用，物理學(xué)對科技進(jìn)步和社會(huì )發(fā)展具有極大的影響。從生活走向物理，能增加學(xué)生學(xué)習物理的興趣;從物理走向專(zhuān)業(yè)，使學(xué)生懂得學(xué)習大學(xué)物理的真正意義:不是為了學(xué)習物理而學(xué)習物理;物理學(xué)與學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)往往有著(zhù)十分密切的聯(lián)系，加強課程內容與農、林各專(zhuān)業(yè)科技發(fā)展的聯(lián)系，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習專(zhuān)業(yè)知識、掌握工程技術(shù)以及今后知識更新打下必要的物理學(xué)基礎，使學(xué)生進(jìn)一步認識到物理學(xué)的基礎理論、基礎知識和基本技能對其專(zhuān)業(yè)的重要作用和意義。精選學(xué)生終身學(xué)習必備的基礎物理知識和通用技能，培養學(xué)生良好的思維習慣和科學(xué)探究的能力，營(yíng)造在專(zhuān)業(yè)所要求的類(lèi)似環(huán)境中，去鍛煉專(zhuān)業(yè)人才所應具有的那種首創(chuàng )精神和聰明才智。
2.尊重教學(xué)規律，利用現代化教學(xué)手段，改變傳統的教學(xué)呈現方式
結構完整、重點(diǎn)講透。物理學(xué)課程自身的獨立性、系統性、專(zhuān)業(yè)性都很強，內容選擇上要保證知識結構完整，避免出現知識節或知識結構缺陷，講授過(guò)程中要重點(diǎn)講透。物理學(xué)包括力、熱、聲、光、電及近代物理，內容龐雜，現象眾多，要在有限的學(xué)時(shí)內講好講透，不能所有內容都同等對待，必須明確重點(diǎn)。我們根據農、林科大學(xué)物理教學(xué)要求，在分清掌握、理解、了解內容的基礎上，抓住重點(diǎn)內容，一是講透概念，二是用大量例題反復深化，再通過(guò)作業(yè)、練習課、答疑、質(zhì)疑各個(gè)環(huán)節，層層強化。
和專(zhuān)業(yè)相結合、例題舉活。物理理論教學(xué)離不開(kāi)例題，一個(gè)好的例題往往能取得事半功倍的效果。在一些學(xué)生感覺(jué)晦澀枯燥的物理理論問(wèn)題，模糊不清、容易混淆的地方，為了增強學(xué)生的利用物理思想剖析專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的能力，我們和專(zhuān)業(yè)相結合，結合經(jīng)典物理理論自編一些例題，如對林學(xué)專(zhuān)業(yè)，我們將流體力學(xué)中的毛細現象理論和植物中水的傳輸相結合，給出了自然現象的理論解析，闡明物理理論在具體專(zhuān)業(yè)中的具體運用。。
改變傳統的教學(xué)呈現方式。多媒體技術(shù)與演示實(shí)驗結合運用，促進(jìn)理論教學(xué)教授模式改革。有些物理內容很難用文字說(shuō)清楚，多媒體能通過(guò)結合內容給出的演示動(dòng)畫(huà)，形象的將授課內容展示在學(xué)生面前。物理課程中有些物理模型在一般實(shí)驗室環(huán)境下也很難完成，而利用計算機模擬、仿真理想狀態(tài)，可以很好地呈現，一目了然。如原子物理中的小粒子散射實(shí)驗、相對論長(cháng)度收縮與時(shí)間膨脹等，利用多媒體電腦制作這類(lèi)實(shí)驗的動(dòng)畫(huà)，為大學(xué)物理理論教學(xué)提供了嶄新的平臺，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣。演示實(shí)驗不僅能讓學(xué)生觀(guān)看，還能讓學(xué)生自己動(dòng)手操作，親身體驗所學(xué)內容在實(shí)際應用中的樂(lè )趣，從而加深對課堂理論知識的理解與掌握，培養提高學(xué)生的觀(guān)察能力、思維能力和概念轉化能力。
3.加強基礎物理實(shí)驗教學(xué)，注重探究能力的培養
利用基礎實(shí)驗培養學(xué)生的動(dòng)手能力，掌握必備的通用技能。物理實(shí)驗課是學(xué)生進(jìn)人大學(xué)后受到系統實(shí)驗方法和實(shí)驗技能訓練的開(kāi)端，是對理、工、農、林、醫科各類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗基本訓練的·門(mén)必修課程。通過(guò)物理實(shí)驗教學(xué)，使學(xué)生在對實(shí)驗現象觀(guān)察、分析和對物理量的測量中學(xué)習物理實(shí)驗知識、方法和技能，初步了解科學(xué)實(shí)驗的一般方法特點(diǎn)。使學(xué)生在物理實(shí)驗的基本知識、基本方法、基本技能等方面受到較系統的訓練(包括基本實(shí)驗儀器的使用，基本物理量的測量，誤差分析和評定，數據處理等)，培養和提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗素養。使學(xué)生具有實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，嚴肅認真的工作作風(fēng)，主動(dòng)研究的創(chuàng )新探索精神。
利用“開(kāi)放實(shí)驗”和“設計性試驗”升華學(xué)生的實(shí)驗思想，培養學(xué)生的創(chuàng )新意識和科學(xué)探究能力。開(kāi)放性實(shí)驗不僅可以實(shí)現因人而異的教學(xué)方式，有效保護學(xué)生的學(xué)習興趣;更有利于學(xué)生根據各自的專(zhuān)業(yè)有目的地選擇與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的物理實(shí)驗。為此，我們建立了開(kāi)放物理實(shí)驗室，設有力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和近代物理五個(gè)方面36個(gè)實(shí)驗供學(xué)生自由選擇。我們引導學(xué)生從理論走向技術(shù)，將理論應用于技術(shù)，用技術(shù)實(shí)現理論。學(xué)生在學(xué)習了物理學(xué)的基礎知識以后，充分開(kāi)拓思路，將物理學(xué)理論知識與各種專(zhuān)業(yè)知識相結合，設計、制作了一個(gè)個(gè)新穎的系統。例如教師提出一些具體要求(或任務(wù))，即要求得到的結果，同時(shí)提供完成這些實(shí)驗所需要的儀器、設備及小部件，而實(shí)際完成任務(wù)所用的物品可能只需要其中的一部分。教師的任務(wù)只是介紹主要設備的性能及使用和注意事項，而具體實(shí)驗時(shí)使用哪些設備，以及使用它們的哪種功能、如何搭配、如何進(jìn)行實(shí)驗，則完全由學(xué)生自己獨立提出。教學(xué)過(guò)程是:
(1)教師提出要學(xué)生完成的任務(wù);(2)介紹可能用到的儀器設備性能、各種功能、操作儀器的注意事項;(3)學(xué)生開(kāi)始思考，并提出完成任務(wù)的設想及步驟;(4)與教師討論確定可行性與最佳路線(xiàn)，最后確定實(shí)驗方案，并開(kāi)始動(dòng)手進(jìn)行;(5)記錄現象或數據，完成后整理儀器;(6)寫(xiě)出總結(實(shí)驗)報告。
通過(guò)擴展和加深實(shí)驗內容、提高實(shí)驗技術(shù)難度、加強實(shí)驗的設計性和綜合性、專(zhuān)業(yè)性，培養學(xué)生初步具有自己提出問(wèn)題、發(fā)現問(wèn)題和獨立解決問(wèn)題的能力。培養學(xué)生的計劃能力、分離能力、科學(xué)推理能力、概念轉化能力，使學(xué)生具有良好的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng )新能力。學(xué)生的探究與科學(xué)家的科學(xué)探究在本質(zhì)上是相同的�？茖W(xué)家的探究包括通過(guò)觀(guān)察、收集信息、總結分析、建立模型，提出假說(shuō)并給以解釋?zhuān)涣髯约旱募僬f(shuō)、思想和觀(guān)念，從而形成方法、規則、標準和知識等。學(xué)生的學(xué)習同樣也經(jīng)歷了以上科學(xué)家探究的歷程;通過(guò)設計性試驗，使學(xué)生的學(xué)習在情景中理解，探究和科學(xué)知識獲得相互結合、融為一體。
我們對全國高等學(xué)校農林類(lèi)專(zhuān)業(yè)物理實(shí)驗課教學(xué)狀況進(jìn)行了全面調研，在此基礎上制訂了中國高等院校農林類(lèi)專(zhuān)業(yè)物理實(shí)驗課程教學(xué)基本要求，修訂了農林類(lèi)專(zhuān)業(yè)物理實(shí)驗課程教學(xué)大綱，編寫(xiě)了《大學(xué)物理實(shí)驗—基礎性實(shí)驗》、《大學(xué)物理實(shí)驗—提高性實(shí)驗》、《大學(xué)物理實(shí)驗—近代物理實(shí)驗》系列物理實(shí)驗課教材。對高等農林院校的物理實(shí)驗室開(kāi)放方式教學(xué)管理進(jìn)行了創(chuàng )新性研究，研究?jì)热莅▽?shí)驗室日常管理、規章制度建立、學(xué)生上網(wǎng)選課、學(xué)生預習、教師授課方式與方法、檢查原始實(shí)驗數據、實(shí)驗報告的數據處理、教師批改實(shí)驗報告等一系列問(wèn)題。目前，東北林業(yè)大學(xué)的大學(xué)物理教學(xué)改革，大學(xué)物理開(kāi)放實(shí)驗教學(xué)模式得到了學(xué)校各主管部門(mén)、廣大學(xué)生和教師的一致認可，我們也總結了一整套的開(kāi)放實(shí)驗教學(xué)管理辦法，為大學(xué)物理實(shí)驗課的開(kāi)放、創(chuàng )新打下了堅實(shí)基礎。大學(xué)物理開(kāi)放實(shí)驗教學(xué)模式已經(jīng)在中國農業(yè)大學(xué)、北華大學(xué)等院校推廣應用，廣大教師和學(xué)生反映良好。制訂的中國高等院校農林類(lèi)專(zhuān)業(yè)物理實(shí)驗課程教學(xué)基本要求、物理實(shí)驗課程教學(xué)大綱和大學(xué)物理實(shí)驗系列教材，在國家高等農林院�；A學(xué)科教學(xué)指導委員會(huì )的支持下已經(jīng)在中國農業(yè)大學(xué)、南京農業(yè)大學(xué)、華中農業(yè)大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)、西北農林科技大學(xué)等30余所中國高等農林院校推廣應用。該成果的推廣應用可以使高等農林院校的大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)更加規范化，對培養學(xué)生動(dòng)手能力、分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力、創(chuàng )新思維能力有很好的促進(jìn)作用，同時(shí)可以增加儀器設備利用率，最大限度地達到儀器設備資源共享。
4.理論教學(xué)、實(shí)驗教學(xué)應有機結合
理論教學(xué)中應加強對相關(guān)物理理論產(chǎn)生的實(shí)驗現象的論述。物理學(xué)中的概念的建立、定律的獲得幾乎都是建立在觀(guān)察現象、科學(xué)實(shí)驗的基礎上的。物理學(xué)中的很多名詞用文字敘述往往晦澀難懂，學(xué)生很難理解;如光學(xué)中的‘衍射’一詞，我們先給出實(shí)驗現象的圖像，再闡述‘衍射’一詞的定義，給出物理原理及公式。這不僅使學(xué)生對定義“一目了然”，更有興趣推導產(chǎn)生這種現象的理論解析。如利用電磁波的演示系統可以直觀(guān)地認識電磁波的干涉、衍射特點(diǎn)以及驗證電磁波是橫波的特性，利用靜電演示系統可以清楚地認識靜電場(chǎng)的各種性質(zhì)。例如在講到靜電屏蔽時(shí)，可以結合在高壓實(shí)驗室的研究經(jīng)歷，介紹實(shí)際工作中實(shí)現靜電屏蔽的例子;在講到布儒斯特定律時(shí)，以激光器的布儒斯特窗為例，介紹該定律的實(shí)際應用。這樣，學(xué)生在接受這些知識時(shí)不是僅僅記住了該定律的形式，更將該定律與實(shí)際生活和社會(huì )生產(chǎn)聯(lián)系在一起，使得該定律成為“活”的知識。學(xué)生反映從中得到很大收獲，對物理概念的理解與體會(huì )更深了。
高等農、林院校大學(xué)物理理論教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)形式上是各自獨立的課程體系，往往造成理論教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)脫節。教學(xué)過(guò)程中我們注重對學(xué)生強調基礎理論、基礎知識的重要性;沒(méi)有堅實(shí)的理論基礎，實(shí)驗只會(huì )停留在表面上，只會(huì )是低水平的，無(wú)法實(shí)現真正有意義的理論或技術(shù)創(chuàng )新，會(huì )阻礙學(xué)生探究能力的完整形成。
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