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大学物理——定位、目标和理念
2006-01-16    清华大学 陈信义

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     基础课相当于运动员的体能训练,在整个人才培养框架中起基础性的服务作用。我校大学物理课程的定位是为培养非物理类专业研究型人才打好物理基础,目标是加强基础、培养能力、提高素质、突出创新。

     新世纪高新技术的大量涌现,多学科的交叉、转移和渗透,要求研究型人才不仅能理解和应用高新技术,而且更重要的是能发展和创造高新技术。物理学原理是技术的源泉,是多学科交叉、转移和渗透的支撑点。因此,在研究型人才的培养中,物理课担负着重要的任务。

     1. 如何加强基础

     (1)基础是教学生如何思考,而不仅仅是思考什么

     理论物理大师费曼曾经说过:“科学是一种方法,它告诉人们一些事物是怎样被了解的,什么事物是已知的,现在了解到了什么程度(因为没有事情是绝对已知的),如何对待疑问和不确定性,证据服从什么法规,如何去思考事物,做出判断,如何区别真伪和表面现象。” 加强基础不等于精雕细刻,更不是在“公式里打滚” 。

    (2)教学内容要突出基础性

    物理学的内容通常有两种分类方式。第一种是按基础性质和发展过程分类,可分为牛顿力学、热力学和统计物理、电磁学、相对论和量子力学。另一种是按物质的层次和状态划分,可分为粒子物理、原子核物理、原子分子物理、凝聚态物理等。考虑到基础课的性质,我校大学物理课程的内容体系基本上是按第一种方式分类的,这通常称为传统体系。北京大学和合肥科技大学等院校的非物理专业的基础物理课程也都采用这一内容体系。

    (3)教学内容的深度和广度要合理配置

     在学时少、覆盖面广、一般无后续物理课的情况下,我们把教学的重点放在基础性强、适用性广、对高新技术的发展起重要作用的基本原理和基本内容上,并适当顾及广度。这类似于盖房子采用“桩基础” 。合理配置教学内容的深度和广度,让学生“既见树木,又见森林” 。

    (4)教学内容要适应科技发展

      我们的主要改革措施,一是加强近代物理基础,压缩和优化力学、电磁学和光学,加强量子物理和统计物理,增设近代物理和高技术物理基础两门新课。二是经典物理教学内容现代化,以现代的观点重组经典物理的内容体系,联系物理学的最新进展和高新技术。三是对物理学的前沿内容进行“普物化”。

     (5)给学生提供广阔的学习空间

     在原有4门课的基础上,我们形成了由7门课组成的大学物理系列课:大学物理A(160学时),大学物理B(128学时),大学物理(128学时、英语授课)、物理学导论(80学时、面向管理专业),文科物理(64学时 、无微积分、面向文科专业),高新技术物理基础(48学时)和近代物理(48学时)。这样做的目的是为不同专业、不同兴趣的同学提供广阔的学习空间。

     2. 如何培养学生的创新能力

     高素质的人才是知识经济产生和发展的第一动力,素质教育具有重要的战略意义。杨振宁教授在谈到中西方物理教学时说:“西方,尤其是美国的小孩,常常训练不够,可是他们有一种天不怕、地不怕的精神,专门爱新的东西,而且所想的新东西往往是与实验及实验现象比较接近的东西。我希望大家多注意新的东西、活的东西,与现象关系密切的东西。” 相比之下,我们的学生虽然受到的训练比较好,但受“为应试而教,为应试而学” 的影响,缺乏“天不怕、地不怕”的创新精神。

    (1)培养学生物理学的综合能力

     具体的专业方面的能力是多种多样的。物理课培养的能力主要是对物理学总体的理解和综合运用的能力,观察和描述现象、建立物理模型的能力,分析实际问题中物理原理的能力,从物理原理上进行技术创新的能力,对多学科交叉、转移和渗透的适应能力,并为终身学习打下基础。物理学包括多种思维能力,如逻辑思维、非逻辑思维(直觉与灵感)、抽象思维、形象思维、发散思维、集中思维。从对其他学科的作用来说,物理学原理是技术的源泉,是多学科交叉、转移和渗透的支撑点。因此,物理学最适合培养学生的创新能力。

     (2)转变教学观念与模式

     为了培养学生的创新能力,首先应该建立以学生为主体、以教师为主导的基于探索和研究的教学模式。形成由学生、教师和管理者构成的有利于培养研究型人才的 “生态环境”。建构主义学习理论认为个体的学习是对知识意义的主动建构。以学生为主体,就是把主体的权利还给学生,使被动学习转变为主动学习。教学中重视开发每个学生的潜能,鼓励并引导他们的好奇心、求知欲、想象力、创新欲望和探索精神。承认和尊重学生的差异,教学内容弹性化,教学方式多样化。

    (3)提高教师与管理者的素质

     教师要以初学者的心态去理解学生的困惑、迷茫和错误,培养和保护他们的兴趣,帮助他们树立成功的信心。要做到这些,对教师的素质、管理者的素质提出了新的更高的要求。教师应该有较高的学术水平,具有创新的意识和一定的研究经验,教学与科研必须相结合。基础课教学是一项任务,更是一项事业。教师在任课期间,必须全身心地投入到教学中。此外,教学的管理者在领导教学工作的同时,要尊重和保护教师的能动性和个性,给他们充分的教学改革的空间。

      3. 小班讨论课的恢复和建设

     (1)小班讨论课的作用

      量子力学创始人之一海森堡曾经说过:“科学植根于讨论之中” 。讨论课在激发学生思考和培养学生能力等方面具有不可替代的作用。按15~30人的小班上讨论课几乎已经成为物理教学的“国际惯例” 。由于某些原因,从1996年开始我校物理小班讨论课改成了大班习题课。讨论课包括课程训练和研究训练两部分。其中,课程训练的目标是通过对基本习题的示范求解和讨论,深入理解教学内容,培养学生运用物理知识解决物理问题的能力。课程训练应占讨论课总学时的70%~80%,其余20%~30%的学时则用于研究训练,激发学生思考,培养学生“天不怕、地不怕”的创新精神。讨论是指教师学生互动式的讨论。鼓励学生提问题,什么问题都可以提,包括那些教师可能回答不上来的,以及还没有公认结论的问题。

    (2)小班上课的运行机制

    小班讨论课由主讲教师负责,助教研究生(TA)具体承担。采用集体备课方式,但尊重TA的个性。研制适用于讨论课的演示实验,配合演示实验上物理讨论课将是我校的一个特色。此外,学生在讨论课上的表现应该计入总评成绩,还要建立和完善TA的评价体系和相应的激励机制。

    (3)几个需要解决的问题

    如何保证TA的物理基础?能否保证TA随堂听大课?能否保证TA轮换的相对稳定?

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