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新工科背景下大学物理课堂教学与科学发展的思考
发布时间:2021-10-20 点击: 发布:《教育教学论坛》杂志社
新工科背景下大学物理课堂教学与科学发展的思考
侯翠岭 
(九江学院理学院物理系,江西九江 332005)
[摘  要物理学是一门自然科学,对推动社会发展、科技进步具有决定性作用。新工科背景下,大学物理课堂教学不仅要重视理论基础,更要与物理科学发展前沿相互融合、渗透,为培养大学生“双创型”人才奠定良好基础。
关键词新工科;大学物理课堂教学;科学发展;探索研究
[基金项目]2017年度江西省高等学校教学改革研究课题 “大学物理与科学发展适切性教学研究”(JXJG-16-17-10);2017年度九江学院教学研究课题“大学物理教学时代适切性研究”(XJJGYB-16-22)
[作者简介]侯翠岭(1973—),女,河北鹿泉人,博士,九江学院理学院物理系讲师,研究方向:应用型大学物理课堂的有效性教学。
[中图分类号]G420[文献标识码]A[文章编号]JYJXLT-20-7-20-21-2-3-52
 
庄子云:“判天地之美,析万物之理”。20世纪是物理学辉煌发展的一百年,进入21世纪物理学继续快速前进。统一场论的正确性研究取得了重大突破,指出了宇宙的构成、时间的物理意义、光速的本质等,成为当代物理学的重要研究方向。老子云:“道可道,非常道”。量子即是道,世界首颗量子卫星的发射成功开启了量子通信新时代。波即是道,引力波的成功探测,预示着人类距离揭示宇宙之奥秘更接近一步。物理科学是人类智慧的结晶,物理学的发展有助于推动科学技术的进步,科学技术离不开物理学。大学是知识的摇篮,是推动科学技术进步动力的发源地。尤其在新工科背景下,大学物理课堂教学不仅需要重视物理理论基础,更需要结合物理科学前沿,把大学生培养成为符合社会发展需要的实实在在的“双创型”人才,使其成为未来科技发展的动力和源泉。
一、新工科背景下大学物理课堂教学现状及改革的重要性
随着科学技术的迅速发展,人们生活日新月异。一些中低层次应用型大学的物理课堂教学内容仍旧还与时代脱节,停留在19世纪经典热力学与分子动理论、电磁学以及光学的范畴。在课堂教学过程中,依然是经典内容占绝大部分,科学前沿问题的信息量较少,对新近出现的新成果、新技术、新思想涉及更少,显然这与“新工科”的六问——“问产业需求建专业,问技术发展改内容,问学校主体推改革,问学生志趣变方法,问内外资源创条件,问国际前沿立标准” [1]的理念不符。因此,在新工科背景下,必须让大学生从那些陈旧繁杂、脱离实际的物理知识上解脱出来,把精力更多的放在学习和接触当代实用的科学技术以及相关的物理知识上面去,围绕“新技术”、“新产业”、“新业态”、“新模式”,精心设计课堂教学结构体系,优化课堂教学过程,提高课堂教学效率。尤其是应用型大学的学生,更应注重专业新技术、新知识、新信息的培养,为走上社会、参与国家建设打下良好的基础。当然,这并不是说,把物理教材中经典内容全部去除,而是保留其最重要、最基本的部分,如牛顿力学、相对论、电磁场、热力学等,依据专业侧重点不同,把“经典”与“前沿”有机结合,相辅相成,共同促进大学生综合素质的提高,建立大学生自主创新意识和能力。未来社会是充满创新的社会,“大学是原始创新的重要发源地”,必将“引领未来社会的发展走向”[2]。正如习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的重要讲话中提到的,在“新工科”背景下,“我们对高等教育的需要比以往任何时候都更加迫切,对科学知识和卓越人才的渴求比以往任何时候都更加强烈”[3]
二、新工科背景下大学物理课堂教学与科学发展的联系
 “创新是民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力。”[4]科学技术的本质是创新,科学技术的发展靠创新。科学技术创新离不开物理学,培养大学生的科技创新能力又与大学物理课堂教学密切相关。近年来,物理理论及其应用得到极大发展,如热力学理论超出平衡态范围,进入非平衡态领域;高温超导材料正在从研究阶段向应用发展阶段转变;纳米科技也在物理、化学、材料、生物、医学等诸多学科领域中蓬勃发展,人类正越来越深入微观世界,对微观世界秘密的揭示指日可待;近代光学进入空前发展阶段,如2019年4月10日首张黑洞照片的全球同步公布,扩大了物理学研究的领域和范围。物理学中的这些新理论、新技术已经广泛存在于环境物理、海洋物理、天体物理学、微电子学、生物工程、核能利用等尖端科学技术之中。而现行大多数大学物理教材都远远滞后于当今一日千里的科学技术,远远不能满足于新工科背景下的大学生对科学知识的渴求,对科技创新能力的培养。因此,以科学发展改进大学物理课堂教学,弥补教材滞后的不足,具有强烈的时代性和必要性。
科学教育的核心理念是培养大学生的科学素养,增强创新意识,提高创新能力,适应科学技术高速发展的时代特点。而我们现在的大学物理课堂教学,大多数依然是孤立地、机械地传授知识,很少有教师通过指导大学生学习探索科学知识的过程和方法来提高大学生的学习兴趣和培养大学生的科学研究方法,造成大学生对科学研究认识的不足,形成大学生“重成绩,轻科研;重学分,轻创新”的不良局面。现有的创新能力培养机制严重缺乏对大学生科学研究意识的正确引导和启迪,使大学生对科学研究缺少应有的自信和勇气。陶行知先生曾说过:“真正的教育必须培养出能思考会创造的人”。大学生的科学研究创新能力的培养是高等教育质量成败的关键,是创新型国家发展的时代要求。
当今社会,创新已成主旋律,把大学生培养成高质量创新型人才,不仅是时代赋予高等教育的神圣使命,也是高等教育教学的重要环节和目标。“少年智则国智”,“少年强则国强”,要提高大学生的科研能力和科学素养,就必须做到创新物理课堂,改变传统的大学物理课堂教学模式,倡导自主、合作学习,完成从大学物理教育教学向自主探究型大学物理课堂教学的转变。因此,探索和实践与科学发展相互融合渗透的大学物理课堂教学,具有迫切性和必要性。
三、新工科背景下将科学前沿引入大学物理课堂教学的改革策略初探
1.改革大学物理课堂教学内容与形式
党的十七大报告中指出:科学发展观的第一要义是发展,核心是以人为本,基本要求是全面、协调、可持续发展。大学生是高等学校的主体,大学生自身全面发展是指大学生德、智、体全面发展,是高等学校科学发展的动力和源泉。而高等学校全面、协调、可持续发展,应以学生为本,离开学生这一主体,发展也就无从谈起。大学物理作为高等学校理工科专业的一门必修课,在教学过程中,不仅需要学生把理论基础知识扎实掌握,而且还应依据不同的专业,对教学内容进行物理科学发展前沿的内容补充,弥补大学物理教学内容滞后的缺陷,考虑专业教学内容的范畴、深度和广度,规定大学物理教学的目标和方向,增强大学物理教学内容与科学发展的适切性、实用性和针对性,改进大学物理教学方法,因专业施教。将科学前沿理论、问题、科研成果等引入课堂,渗透到经典物理学中,不仅开阔了学生视野,而且提高了学生的学习兴趣,鼓励学生质疑旧的科学理论和科学问题,在质疑中创新,在迁移中提升,使学生逐渐形成具有现代意蕴的科学发展观和良好的科学精神;并且使学生在教师指导下探索问题、研究问题,找出事物的发展规律和解决问题的方法,从而培养学生创造性思维、挖掘创新意识,提高学生的综合素质。科学发展观是马克思主义基本原理同我国实际和时代要求相结合的产物,是与时俱进的马克思主义发展观,以科学发展观促进大学生的全面发展,是大学物理教学改革的责任和使命。例如,在量子物理教学中,由于内容远离现实生活,物理现象难以观察和理解,使学生对这部分内容缺乏应有的学习兴趣和热情,影响教学质量。因此,在实际教学过程中,可以采用探究式学习方法,即首先让学生通过网络、图书等资源查询有关量子物理的科学前沿,如利用量子隐形态进行量子三元通讯,量子世界是否是主观的等,然后在课堂上进行讨论,在老师引导下探究其中的原理和奥秘,帮助学生深刻理解量子态和量子传输特性,激发学生独立思考意识,开拓学生思维潜力,培养学生创新能力和精神。
2.改革大学物理课堂教学考核与评价模式
实事求是、开拓创新、精诚协作、勇于奉献的科学品德是从事科学活动的灵魂。大学生要从事科学研究必须禁止弄虚作假,异想天开,务必做到讲求实际,实事求是,具有“尊重权威而不迷信权威,追求真理而不独占真理”的理性思维创新精神。致力于协作,献身于科学,也是大学生应有的科学素质[5]。物理学是描述自然界物质结构、运动及规律的科学,研究的是客观世界,反映的是自然现象与客观规律之间的关系,由于人们对未知世界的好奇和对现有知识的不满足,促使人们不断向未知世界进发,对自然世界进行探索研究,最终发现一个又一个自然界的秘密。而人们在不断探索发现中,提升自我,充实自我、完善自我,突破自我,使思想境界达到一个又一个新的高度。在新工科背景下,大学物理课堂教学的考核和评价模式也应该与时俱进,在传统的平时成绩、期中考试和期末考试综合评定基础上,把科学前沿也列入考核范畴。因为“新工科”对应的是未来的新兴产业和新经济,需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。这就要求大学生必须科学把握新知识、新技术,具备去解决未来发展中的新问题的能力。科学前沿的考核可以为单元总结的方式,对某项新知识、新技术进行分析和评价,发现新问题,提出新观点,充分发挥学生的创新思维能力,调动学生学习的主观能动性。引入反馈机制,及时对学生的学习情况作出反应,并提出建议,引导学生将基础理论和科学前沿有机结合,合理建立知识间的关联,使大学生在汲取新知识的过程中,提升思想境界,塑造科学品德。将科学前沿纳入考核范畴,丰富了大学物理课堂教学的考核形式与内容,完善和提高了大学物理课堂教学的教学体系,使大学物理课堂教学的整体改革效果得到很大的提高。基于实证研究原理,我们对作者所在学校的具有代表性的理工科专业(计算机科学与技术、电子信息工程技术、微电子科学与工程、机械制造与自动化各60名)的240名学生进行了问卷调查。结果显示,94.5%的学生认为此种考核方式更为合理,不仅有利于掌握基础知识,而且有利于培养适应新时代的学习、工作和创新能力。
四、结语
综上所述,在新工科背景下使大学物理课堂教学与科学发展相互融合渗透,与时代同步,既是我国高等教育的历史使命,也是我国高等学校发展的必然要求,深入改革与创新大学物理课堂教学势在必行。习近平总书记指出:“教育决定着人类的今天,也决定着人类的未来。人类社会需要通过教育不断培养社会需要的人才,需要通过教育来传授已知、更新旧知、开掘新知、探索未知,从而使人们能够更好认识世界和改造世界、更好创造人类的美好未来”[6]。大学物理课堂教学是高等教育的一个重要组成部分,面对时代进步、科技发展、社会前进的新趋势和新挑战,必须不断创新,以促进大学物理课堂教学水平的不断提高,大学生综合素质才能不断提升。只要我们坚持大学物理与科学发展相适切的教学理念,不断革新大学教学方式和方法,将科学前沿融入到大学物理课堂教学中去,形成教研文化,不断实践,相信不久的将来它必将成为我国高等学校大学物理教学的一种习惯和常态,为“新工业”革命培养出一批多样化、创新型卓越工程科技人才。
 
参考文献:
[1] 张大良. “新工科建设的六个问题导向”[N/OL]. 光明日报,2017-04-18[2020-06-29]. http://epaper.gmw.cn/gmrb/html/2017-04/18/nw.D110000gmrb_20170418_1-13.htm
[2] 周凯. “大学是原始创新的重要发源地” [N/OL]. 中国青年报,2016-03-27(02)[2020-06-27]. http://zqb.cyol.com/html/2016-03/27/nw.D110000zgqnb_20160327_1-02.htm.
[3] 吴晶,胡浩. 全国高校思想政治工作会议12月7日至8日在北京召开[EB/OL]. 新华社,2016-12-08[2020-06-27]. http://www.gov.cn/xinwen/2016-12/08/content_5145253.htm#1.
[4]李贞. 习近平谈创新[N/OL]. 人民网-人民日报海外版, 2016-03-01[2020-06-27]. http://cpc.people.com.cn/n1/2016/0301/c64094-28159798-2.html. 
[5] 范笑仙. 坚定不移秉持教育优先、科教强国发展战略——习近平总书记关于教育战略地位思想的核心要义[J]. 清华大学教育研究, 2018, 39(3): 18-21.

[6] 赵婀娜. 清华大学苏世民学者项目启动仪式在京举行 习近平和奥巴马致贺信 刘延东出席仪式 [N/OL]. 人民网-人民日报, 2013-04-21[2020-06-27]. http://cpc.people.com.cn/n/2013/0422/c64094-21222426.html.

 

Thoughts on College Physics Classroom Teaching and Scientific Development under the New Engineering Background
HOU Cuiling
(Department of Physics, Faculty of Science, Jiujiang University, Jiangxi Province 332005)
Absrtact: Physics is a natural science, which plays a decisive role in promoting social development and scientific and technological progress. Under the new engineering background, college physics classroom teaching should not only attach importance to the theoretical foundation, but also integrate and infiltrate with the development frontier of physics science, so as to lay a good foundation for cultivating college students' "mass entrepreneurship and innovation" talents. 
Keywords: New Engineering; College Physics Classroom Teaching; Scientific Development; Exploration and Research