公共大学物理课程分层次教学的研究与实践|大学物理课程视频
时间：2019-04-23 03:20:47 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘 要：本文从高等教育培养高素质复合型人才的要求出发，分析了公共大学物理课程的教学体系、教学模式、教学内容、教学手段等方面的问题；探讨了公共大学物理课程与其他专业课程的衔接途径；对公共大学物理课程分层次教学进行了研究与实践。
关键词：课程；大学物理；分层次教学；教学研究
物理学是自然科学的基础，是探讨物质结构和运动基本规律的前沿学科。物理学的发展是许多新兴学科、交叉学科和新技术学科产生、成长和发展的基础和前导。随着高科技的迅速发展，电信、材料、数学、化学、生物、教育、环境，乃至文科各专业均设大学物理课程为必修基础课。大学物理课程涉及的学科专业广，人数众多，且后续对接的课程面宽，在公共必修课的教学中具有重要的教学地位。
目前我国的大学物理课程的教学内容，仅是本学科本课程的传统内容，在物理学分层次教学、物理学跨学科教学、物理学与其他学科的综合教学诸方面较弱。学生对物理与其他与学科间的联系了解得较少。
面对科学技术的迅猛发展，高新科学技术产业的不断涌现，社会需求人才的模式日新月异，我们必须与时俱进地去研究和探讨符合新世纪人才培养要求、符合各不同专业、不同层次需求、具有自身特色的大学物理课程体系与内容。大学物理课程要符合培养高素质的复合型人才的要求，以适应现代科学技术的迅猛发展及学科的综合化整体化趋势[1]。
一、大学物理课程分层次的教学体系
大学物理课程教学内容应形成纵向以物理学知识为轴线，横向向边缘、交叉学科辐射的树形知识结构与科学知识体系，加强学科间的渗透、交融及综合。物理教育的内容既要具有扎实的基础性，又要体现明显的时代性[2]。
我们借鉴现代教育学理论和认知心理学的研究成果，构筑适合现代大学生认知特点的大学物理课程结构与科学知识体系。结合各专业的实际，建立公共大学物理课程三个层次、六个类别的教学体系，即144学时、128学时、88学时三个层次，电信类专业、材料类专业、生物类专业、化学类专业、数学类专业、教育技术类专业六个教学类别。注重理工科各类专业物理学知识共同要求的构建和特殊要求的兼顾，采用分层次教学，分类修订大学物理教学计划和编写教学大纲。
依据“宽口径，厚基础，重能力，求创新”的培养人才基本原则，在教学中保持物理学知识的系统性，培养学生的物理学科学思想和科学方法，并结合理工科各专业的实际，进行大学物理课程分层次、跨学科教学研究及实践；将物理学的教学内容与现代科技知识紧密联系起来，让学生切实感受物理学与本专业学科的密切关系。注重培养学生的现代科技意识，提高学生的人本素质，拓宽学生的知识面，关注当今科学发展的前沿课题，提高学生的科技创新素质，增强他们对新形势的适应能力和知识的更新能力，为学生后续的专业课程学习和毕业后进行工程实践创新奠定良好的基础，培养符合新世纪要求的复合型人才。
首先我们选用由高等教育出版社出版的面向21世纪高质量物理学教科书作为基本教材。该教材对普通物理学的力学、热学、电学、光学、原子物理进行了较为全面系统的论述，特别注重理工科各专业物理学知识共同要求的构建，对各类专业的特殊要求也有所兼顾。
在全面讲解物理学知识的同时，又强调重点，即对力、热、电、光等基本物理内容均进行系统的讲授，又针对不同学科、不同专业对物理学的不同要求，对相关的内容有所侧重。如电信类专业，重点内容为力学、电磁学、光学；化学类专业，重点内容为热学、电磁学、光学；生物类专业，重点内容为热学、光学；数学类专业，重点内容为力学、电磁学。此种大学物理分层次教学体系针对性强、便于具体操作实施。
对于生物类专业的大学物理课程，可指导学生在大学物理教学网站上学习生物物理学的有关内容。如，分子生物物理学、细胞生物物理学、复杂系统的生物物理学。学习物理学及物理化学技术在生物学中的应用，如电子显微镜、X射线衍射技术、发光光谱分析法等的物理学原理。结合加速度概念的学习，可了解加速度引起的生理反应；身体加速运动时，血液与人体内部组织引起的位移使人有不适感；人能忍受加速度的能力与加速度的大小及持续的时间有关等。教师可以针对人的这一生理反应，要求学生计算飞机在竖直圆周上飞行时人能承受的极限加速度。这样，教学将物理、生物、生活紧密联系了起来，激发了学生的兴趣，使学生了解了生活常识，针对生物专业的特点补充了新的内容，物理知识也得到了强化。
对电信类专业的大学物理课程，可指导学生在大学物理教学网站上学习光纤技术、微波技术、电子束技术、超导电技术、发展中的光计算技术、功能材料等内容。将物理学原理在电子信息技术中应用的有关内容，融入大学物理的教学之中。
对材料类专业的大学物理课程，可指导学生在大学物理教学网站上学习物理学原理在材料科学中的应用等内容。如材料的结构及性能，力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能、光学性能等。介绍物理学原理在材料性能测试的仪器中的应用。并让学生适当了解新材料，如超导体材料、纳米材料等。
对数学类专业的大学物理课程，可指导学生在大学物理教学网站上学习数学建模中有关的物理问题，如开普勒第三定律的发现、场的特性与建模，强调物理内涵、物理思想和物理方法。
该教学体系有利于解决理工科各专业大学物理教学普遍性与特殊性的矛盾。
二、大学物理实验模块分层次的教学模式
基础物理实验在大学物理教学中有着非常重要的地位，对培养理工科学生的工程实践能力影响至深。我们对公共大学物理实验课程体系和实验内容进行改革、整合和优化，打破传统的大学物理实验原有的力、热、电、光、近代物理实验分科教学的模式，建立相关内容融合、贯通和渗透，形成科学的相互联系的实验教学课程新体系。
新的教学模式将物理实验分为基础物理实验、演示仿真实验和近代物理实验三大相对独立模块，按基本实验、综合实验和研究创新实验三个纵向层次递进实施。在保证基础训练的前提下，精选基础实验内容，适当减少验证性实验，增设提高型、应用型、综合型、设计型和研究创新型选做实验，将现代科技成果融入基础物理实验教学。形成从低到高，从简单到复杂，从基础到前沿，从接受知识到培养综合能力、创新能力步步提高的“模块分层次”实验教学新模式。 此模式突出基础性，强调综合性，加强创新性，使实验教学上了一个新台阶，易于教学实践操作，有利于学生个性发展，让学生切实感受物理知识与当代工程技术之间的紧密联系，切实感受物理学与本专业学科的紧密联系，促进学生个性发展，为全校理工科各专业学生学习基础课程、培养创新能力提供了实验场所，教学成效显著。
该教学模式有利于解决理工科学生工程实践基础与创新能力培养的矛盾。
三、自编系列补充教材讲义充实教学内容
受专业教学差异性和教学学时的限制，通用教材难以全面满足不同的理工科各专业在“重能力、求创新”方面的培养要求。针对上述情况，我们在选定基本教材的基础上，将科研成果引入教学，转化为教学资源，针对不同学科专业的要求，自编相应专题的系列补充教材讲义：《物理学与生命科学》、《物理学与信息科学》、《物理学与材料科学》。
系列补充教材的主要内容涉及物理学与相关学科专业的交叉、物理学原理在相关专业中的应用、物理学与相关专业在前沿科学的新发展、新知识。这些内容是对基本教材的充实，填补了各专业之间的“空白”区，开阔了学生的视野，形成了以物理学基础知识为纵向轴线，横向与交叉学科辐射相连的树形知识结构与课程体系。各层次类别的教材将理工科通用大学物理基础知识与各专业所需的对口内容较好地协调起来，有利于拓宽学生的知识面，使学生在系统地了解和掌握经典物理学的基本知识、基本概念、基本规律和基本方法的同时，结合各专业的实际，充实现代物理学、交叉学科以及高科技知识，提高学生的科技创新素质，培养符合新世纪要求的复合型、创新型人才。
系列补充教材的章节目录体系如下：
系列补充教材1
物理学与生命科学
第一章 力与机械运动
第二章 生命科学与热物理
第三章 生物电磁学及其应用
第四章 无处不在的波
第五章 光在生物和医学中的应用
系列补充教材2
物理学与信息科学
第一章 光纤技术
第二章 微波技术
第三章 电子束技术
第四章 超导电技术
第五章 发展中的光计算技术
系列补充教材3
物理学与材料科学
第一章 表面探索技术和力学
第二章 微观热学与热分析
第三章 光与材料的相互作用
第四章 能带理论和导电性
第五章 材料与电磁场
系列补充教材充实了基本教材的内容，加强了学科间的渗透、交融及综合。
四、运用现代信息技术更新教学手段
计算机技术对教育手段的变革已产生十分重要的影响。我们为解决大学物理学时少与物理学内容容量大的矛盾，为解决大学物理教学公共性与各类专业特殊性的矛盾，针对大学物理课程的特点，建成并开放大学物理课程教学网站。有效利用教学资源，推进现代信息技术与物理教育课程的整合。
大学物理课程网站教学资源丰富，有教学大纲、授课计划、授课教案、习题解答、实验指导、教材及参考书目、课程描述；课程负责人简介、主讲教师简介、教学队伍结构简介；自主学习、教学评价、教学录像等，运行良好。不断维护更新大学物理课程教学网站内容，每年更新率大于20%。根据实际自行设计制作了高质量的多媒体课件，使用高水平多媒体教学课件，针对所采用的不断更新的教材，及时更新、修改、充实大学物理电子教案。
现代信息技术具有对视频、动画等多种媒体信息的高超编辑功能。在大学物理电子教案中，我们通过将微观过程实施宏观模拟、将瞬变过程转为定格分析，进而使某些物理问题变抽象为具体、变动态为静态、化枯燥为生动，使物理演示实验、图示说明、物理模型、物理过程等方面的教学在感知上更加形象生动，其意象内涵更加丰富深刻，弥补了单纯用粉笔在黑板上板书的不足，帮助学生完成对所学知识的感知、抽象、建模和应用。
针对各专业的特点，将学科专业知识和现代高新科技知识融入物理教学之中，倡导课外阅读与课堂教学相结合。积极组织引导学生开展课外的自主研究性学习，利用现代网络教育技术和多媒体教学功能，将自行编写的《物理学与生命科学》、《物理学与信息科学》、《物理学与材料科学》系列补充教材讲义在大学物理教学网站运行，将理工科通用的大学物理基础知识与各专业所需的对口内容结合起来，扩大学生的知识面，提高学生的科技创新素质。
学生可根据自己专业的特殊性要求，在课外自由链接浏览与自己专业密切相关的大学物理补充教材内容和重点教学内容，课外阅读与课堂教学相结合。在开放和直观的学习环境中，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学思维方法，更牢固地掌握科学知识，促进大学物理分层次、跨学科的学习。
该教学方式有利于解决大学物理学时少与教学内容容量大的矛盾。
五、育人成效显著
实践表明，公共大学物理课程分层次、跨学科的教学，激发了学生学习物理的兴趣，使学生能具体体会到物理学在其自身所学专业中的重要性，并将物理学的学习与所学专业的发展需要密切联系起来，极大增强了学习物理的主观能动性，有效地提高了大学物理课程的教学质量，成效显著。大学物理课程已成为学生最受欢迎的公共必修课程之一，被评为精品课程。近几年，学生们在老师的指导下，荣获多项各级大学生竞赛奖。
课题组教师在教学研究与教学实践中，提高了教学研究水平，近三年发表教学研究论文20多篇。
大学物理分层次教学的特色主要表现为：充分发挥了教与学两个方面的主观能动性，实现教师主导作用与学生个性发展的优化结合。新的教学模式既能保证理工专业对物理知识的公共性需求，同时亦能兼顾各类专业自身特点的特殊需要，有利于培养学生工程实践能力，提高科学人文素质，养成良好的物理思维品质，激发学生的创新意识与创新能力，较好地体现了“宽口径，厚基础，重能力，求创新”培养人才的基本原则，顺应了现代科学技术的迅猛发展及学科综合化整体化的发展趋势。
参考文献：
[1] 金吾伦. 跨学科研究引论[M]. 北京：中央编译出版社，1997：1-14.
[2] 朱宏雄. 物理教育展望[M]. 上海：华东师范大学出版社，2002：28-30.
[资助信息：“十五”国家级重点课题“建设高等教育强国中提高高校基础物理课程教学质量的探索与实践”子课题——大众化教育背景下的高校物理基础课程分层次教学的探索与实践（AIA050007-26）]
[责任编辑：文和平]
