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高等林業(yè)院校大學物理教學改革的探索與實踐論文
論文關鍵詞:學科本位主義 大學物理 綜合素質(zhì) 創(chuàng)新意識
論文摘要：文章介紹了對高等農(nóng)、林院校大學物理理論教學、實驗教學新形勢下的新認識、新理解;調(diào)整教學理念，摒棄學科本位主義，將大學物理理論教學、實驗教學有機結合，培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識，探索一條適應新世紀的農(nóng)、林科大學物理教學體系的新途徑。
一、近年來發(fā)達國家高等院校大學物理理論教學、實驗教學改革的特點
國外教育教學改革一直都十分活躍，現(xiàn)代國際科學教育改革的主流理論—建構主義—進一步明確了新世紀教育改革的方向:強調(diào)學習的自主性、社會性、情境性，由此生發(fā)出探究學習和合作學習等現(xiàn)代學習方式，強調(diào)探究問題，而不僅是了解問題的答案;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;是促進學生合作學習、互動和分享思想和信息，而不是無益的競爭。美國和各發(fā)達國家的物理教學更是緊扣時代脈搏，并引領教育教學改革的方向，不斷創(chuàng)新。
1.理論教學
近年來美國和西方各發(fā)達國家在大學物理理論教學中，首先對教材進行了不斷的改革和補充，他們的教材在聯(lián)系實際方面做了很大努力，一方面和現(xiàn)代科學技術發(fā)展的實際成果相結合，另一方面又和自然現(xiàn)象及生活中的現(xiàn)象相結合。如Ghanian編著的《物理學》總結了《吉尼斯世界紀錄大全》、《簡氏飛機大全》、各種工程手冊、汽車修理指南等，編出了大量的科學技術、體育和日常生活以及自然現(xiàn)象的例題和習題。課堂教學中經(jīng)常帶有演示實驗，一堂課要做兩三個演示實驗。自然界的神奇現(xiàn)象震撼人心，生活中的物理現(xiàn)象妙趣橫生;這些內(nèi)容豐富、貼近生活的例題、習題和演示實驗，使深奧枯燥的物理理論生動化、形象化，這無疑可以很好地激發(fā)學生學習物理的興趣。
2，實驗教學
美國的麻省理工學院的人學指導書上有一段話:“實驗科目:不僅僅教給學生將來從事實驗所必備的專門技術，也不僅僅要求學生某一領域的廣泛知識，或者是只把它看成是某一門課程的補充;而是讓學生在學習期間，從一年級開始就有機會從事對某一個或幾個問題的實驗，在專業(yè)所要求的類似環(huán)境中，去鍛煉專業(yè)人才所應具有的那種首創(chuàng)精神和聰明才智�！眹庥∧甏詠砦锢韺嶒灲虒W改革十分活躍，除了更新實驗內(nèi)容，補充實驗儀器之外，主要是針對傳統(tǒng)實驗的問題進行改革。傳統(tǒng)實驗常常安排過死、刻板機械，國外許多學校都在想辦法予以克服，如美國的哥倫比亞大學斯坦福大學、哈佛大學、麻省理工學院，加拿大的Calgary大學等;大學的物理實驗課程設置各有特色，教學組織形式多樣，沒有一個固定統(tǒng)一的模式，其中共同的特點都是注重為學生提供足夠的條件，以便在實驗過程中充分發(fā)揮他們的主觀能動性，使學生置身于一種富有探索和創(chuàng)造性的學習環(huán)境中，積極主動地思考、分析問題，使他們受到一種類似于專業(yè)科研人員搞科研的那種訓練。學生在做這類實驗時，需要自己完成閱讀文獻資料、選擇實驗題目、擬定實驗方案、配置實驗設備、制作儀器部件或搭建電子線路、測量實驗數(shù)據(jù)、分析實驗結果、完成實驗報告等工作，這對他們是一個非常好的訓練過程。對實驗的時間和最終結果不作硬性的規(guī)定，學生可以根據(jù)自己的時間、能力及興趣來安排。這種注重培養(yǎng)學生科研能力的做法，是極有遠見的，有利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
二、目前我國高等林業(yè)院校大學物理理論教學、實驗教學的特點
我國物理教學重視基本概念、基本知識和基本技能的訓練;物理課程內(nèi)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(tǒng)性、專業(yè)性都很強的特點，高等農(nóng)、林院校大學物理教學，往往過分強調(diào)學科中心或?qū)W科本位，將課程設置的重點放在學科的完善上，而和林業(yè)院校各個具體專業(yè)的專業(yè)知識結合不夠緊密，很容易導致學習內(nèi)容“難、繁、偏、舊”和過于注重書本知識，使學生被動接受學習、機械訓練，對物理公式死記硬背;物理教學內(nèi)容也容易側重于知識的灌輸。從書本到書本式的學習，讓學生直接、被動地接受前人留下的知識，學生很難意識到學習這些知識的真正的意義所在，他們的學習便不是自己去發(fā)現(xiàn)意義，而是老師的灌輸。這無疑會影響學生學習物理的興趣，使學生對物理產(chǎn)生畏難情緒。大學物理實驗教學是一門獨立的課程體系，往往易和理論教學配合不好，造成理論教學和實驗教學脫節(jié);實驗教學中規(guī)定過細、過死，學生在試驗課中機械地按規(guī)定步驟重復。這不僅影響學生學習實驗物理的興趣，更可能會影響學生終身的探索興趣，阻礙學生探究能力的形成。
楊振寧先生曾對中美傳統(tǒng)教育方法做過比較:(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(diào)歸納;(3)中國著重理論和抽象思維，美國傾向?qū)嶒灪蛣邮帜芰?(4)中國要求學生謙虛向上，美國鼓勵學生向最了不起的權威挑戰(zhàn)。楊先生認為，雙方的長短是互補的，若能將二者和諧地統(tǒng)一起來，在教育上將是一個有意義的突破。
三、大學物理教學改革的探索與實踐
針對物理學科專業(yè)的特點，通過對多年直接教學經(jīng)驗的總結和對國內(nèi)外大學物理教育在教材、教學程序和教學方法反復研討和比較，我們在以下幾個方面進行了一系列的試點教學，受到了廣大學生的普遍歡迎，取得了很好的效果。
1.調(diào)整教學理念，改變學科本位觀念，從生活走向物理，從物理走向?qū)I(yè)
高等農(nóng)、林院校大學物理教育是農(nóng)、林各學科專業(yè)的公共課、基礎課，學習大學物理的主體是將來面向各個不同的具體專業(yè)的學生;大學物理教育的目標應強調(diào)對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)。物理學科是自然科學的一門基礎學科，物理知識在日常生活、科學技術和社會生活中都有著廣泛的應用，物理學對科技進步和社會發(fā)展具有極大的影響。從生活走向物理，能增加學生學習物理的興趣;從物理走向?qū)I(yè)，使學生懂得學習大學物理的真正意義:不是為了學習物理而學習物理;物理學與學生所學專業(yè)往往有著十分密切的聯(lián)系，加強課程內(nèi)容與農(nóng)、林各專業(yè)科技發(fā)展的聯(lián)系，為學生進一步學習專業(yè)知識、掌握工程技術以及今后知識更新打下必要的物理學基礎，使學生進一步認識到物理學的基礎理論、基礎知識和基本技能對其專業(yè)的重要作用和意義。精選學生終身學習必備的基礎物理知識和通用技能，培養(yǎng)學生良好的思維習慣和科學探究的能力，營造在專業(yè)所要求的類似環(huán)境中，去鍛煉專業(yè)人才所應具有的那種首創(chuàng)精神和聰明才智。
2.尊重教學規(guī)律，利用現(xiàn)代化教學手段，改變傳統(tǒng)的教學呈現(xiàn)方式
結構完整、重點講透。物理學課程自身的獨立性、系統(tǒng)性、專業(yè)性都很強，內(nèi)容選擇上要保證知識結構完整，避免出現(xiàn)知識節(jié)或知識結構缺陷，講授過程中要重點講透。物理學包括力、熱、聲、光、電及近代物理，內(nèi)容龐雜，現(xiàn)象眾多，要在有限的學時內(nèi)講好講透，不能所有內(nèi)容都同等對待，必須明確重點。我們根據(jù)農(nóng)、林科大學物理教學要求，在分清掌握、理解、了解內(nèi)容的基礎上，抓住重點內(nèi)容，一是講透概念，二是用大量例題反復深化，再通過作業(yè)、練習課、答疑、質(zhì)疑各個環(huán)節(jié)，層層強化。
和專業(yè)相結合、例題舉活。物理理論教學離不開例題，一個好的例題往往能取得事半功倍的效果。在一些學生感覺晦澀枯燥的物理理論問題，模糊不清、容易混淆的地方，為了增強學生的利用物理思想剖析專業(yè)問題的能力，我們和專業(yè)相結合，結合經(jīng)典物理理論自編一些例題，如對林學專業(yè)，我們將流體力學中的毛細現(xiàn)象理論和植物中水的傳輸相結合，給出了自然現(xiàn)象的理論解析，闡明物理理論在具體專業(yè)中的具體運用。。 改變傳統(tǒng)的教學呈現(xiàn)方式。多媒體技術與演示實驗結合運用，促進理論教學教授模式改革。有些物理內(nèi)容很難用文字說清楚，多媒體能通過結合內(nèi)容給出的演示動畫，形象的將授課內(nèi)容展示在學生面前。物理課程中有些物理模型在一般實驗室環(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(xiàn)，一目了然。如原子物理中的小粒子散射實驗、相對論長度收縮與時間膨脹等，利用多媒體電腦制作這類實驗的動畫，為大學物理理論教學提供了嶄新的平臺，大大激發(fā)了學生的學習興趣。演示實驗不僅能讓學生觀看，還能讓學生自己動手操作，親身體驗所學內(nèi)容在實際應用中的樂趣，從而加深對課堂理論知識的理解與掌握，培養(yǎng)提高學生的觀察能力、思維能力和概念轉(zhuǎn)化能力。
3.加強基礎物理實驗教學，注重探究能力的培養(yǎng)
利用基礎實驗培養(yǎng)學生的動手能力，掌握必備的通用技能。物理實驗課是學生進人大學后受到系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓練的開端，是對理、工、農(nóng)、林、醫(yī)科各類專業(yè)學生進行科學實驗基本訓練的·門必修課程。通過物理實驗教學，使學生在對實驗現(xiàn)象觀察、分析和對物理量的測量中學習物理實驗知識、方法和技能，初步了解科學實驗的一般方法特點。使學生在物理實驗的基本知識、基本方法、基本技能等方面受到較系統(tǒng)的訓練(包括基本實驗儀器的使用，基本物理量的測量，誤差分析和評定，數(shù)據(jù)處理等)，培養(yǎng)和提高學生的科學實驗素養(yǎng)。使學生具有實事求是的科學態(tài)度，嚴肅認真的工作作風，主動研究的創(chuàng)新探索精神。
利用“開放實驗”和“設計性試驗”升華學生的實驗思想，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科學探究能力。開放性實驗不僅可以實現(xiàn)因人而異的教學方式，有效保護學生的學習興趣;更有利于學生根據(jù)各自的專業(yè)有目的地選擇與專業(yè)相關的物理實驗。為此，我們建立了開放物理實驗室，設有力學、熱學、電學、光學和近代物理五個方面36個實驗供學生自由選擇。我們引導學生從理論走向技術，將理論應用于技術，用技術實現(xiàn)理論。學生在學習了物理學的基礎知識以后，充分開拓思路，將物理學理論知識與各種專業(yè)知識相結合，設計、制作了一個個新穎的系統(tǒng)。例如教師提出一些具體要求(或任務)，即要求得到的結果，同時提供完成這些實驗所需要的儀器、設備及小部件，而實際完成任務所用的物品可能只需要其中的一部分。教師的任務只是介紹主要設備的性能及使用和注意事項，而具體實驗時使用哪些設備，以及使用它們的哪種功能、如何搭配、如何進行實驗，則完全由學生自己獨立提出。教學過程是:
(1)教師提出要學生完成的任務;(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)學生開始思考，并提出完成任務的設想及步驟;(4)與教師討論確定可行性與最佳路線，最后確定實驗方案，并開始動手進行;(5)記錄現(xiàn)象或數(shù)據(jù)，完成后整理儀器;(6)寫出總結(實驗)報告。
通過擴展和加深實驗內(nèi)容、提高實驗技術難度、加強實驗的設計性和綜合性、專業(yè)性，培養(yǎng)學生初步具有自己提出問題、發(fā)現(xiàn)問題和獨立解決問題的能力。培養(yǎng)學生的計劃能力、分離能力、科學推理能力、概念轉(zhuǎn)化能力，使學生具有良好的科學素質(zhì)和創(chuàng)新能力。學生的探究與科學家的科學探究在本質(zhì)上是相同的�？茖W家的探究包括通過觀察、收集信息、總結分析、建立模型，提出假說并給以解釋，交流自己的假說、思想和觀念，從而形成方法、規(guī)則、標準和知識等。學生的學習同樣也經(jīng)歷了以上科學家探究的歷程;通過設計性試驗，使學生的學習在情景中理解，探究和科學知識獲得相互結合、融為一體。
我們對全國高等學校農(nóng)林類專業(yè)物理實驗課教學狀況進行了全面調(diào)研，在此基礎上制訂了中國高等院校農(nóng)林類專業(yè)物理實驗課程教學基本要求，修訂了農(nóng)林類專業(yè)物理實驗課程教學大綱，編寫了《大學物理實驗—基礎性實驗》、《大學物理實驗—提高性實驗》、《大學物理實驗—近代物理實驗》系列物理實驗課教材。對高等農(nóng)林院校的物理實驗室開放方式教學管理進行了創(chuàng)新性研究，研究內(nèi)容包括實驗室日常管理、規(guī)章制度建立、學生上網(wǎng)選課、學生預習、教師授課方式與方法、檢查原始實驗數(shù)據(jù)、實驗報告的數(shù)據(jù)處理、教師批改實驗報告等一系列問題。目前，東北林業(yè)大學的大學物理教學改革，大學物理開放實驗教學模式得到了學校各主管部門、廣大學生和教師的一致認可，我們也總結了一整套的開放實驗教學管理辦法，為大學物理實驗課的開放、創(chuàng)新打下了堅實基礎。大學物理開放實驗教學模式已經(jīng)在中國農(nóng)業(yè)大學、北華大學等院校推廣應用，廣大教師和學生反映良好。制訂的中國高等院校農(nóng)林類專業(yè)物理實驗課程教學基本要求、物理實驗課程教學大綱和大學物理實驗系列教材，在國家高等農(nóng)林院校基礎學科教學指導委員會的支持下已經(jīng)在中國農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學、華中農(nóng)業(yè)大學、北京林業(yè)大學、西北農(nóng)林科技大學等30余所中國高等農(nóng)林院校推廣應用。該成果的推廣應用可以使高等農(nóng)林院校的大學物理實驗教學更加規(guī)范化，對培養(yǎng)學生動手能力、分析問題解決問題的能力、創(chuàng)新思維能力有很好的促進作用，同時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、實驗教學應有機結合
理論教學中應加強對相關物理理論產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象的論述。物理學中的概念的建立、定律的獲得幾乎都是建立在觀察現(xiàn)象、科學實驗的基礎上的。物理學中的很多名詞用文字敘述往往晦澀難懂，學生很難理解;如光學中的‘衍射’一詞，我們先給出實驗現(xiàn)象的圖像，再闡述‘衍射’一詞的定義，給出物理原理及公式。這不僅使學生對定義“一目了然”，更有興趣推導產(chǎn)生這種現(xiàn)象的理論解析。如利用電磁波的演示系統(tǒng)可以直觀地認識電磁波的干涉、衍射特點以及驗證電磁波是橫波的特性，利用靜電演示系統(tǒng)可以清楚地認識靜電場的各種性質(zhì)。例如在講到靜電屏蔽時，可以結合在高壓實驗室的研究經(jīng)歷，介紹實際工作中實現(xiàn)靜電屏蔽的例子;在講到布儒斯特定律時，以激光器的布儒斯特窗為例，介紹該定律的實際應用。這樣，學生在接受這些知識時不是僅僅記住了該定律的形式，更將該定律與實際生活和社會生產(chǎn)聯(lián)系在一起，使得該定律成為“活”的知識。學生反映從中得到很大收獲，對物理概念的理解與體會更深了。
高等農(nóng)、林院校大學物理理論教學和實驗教學形式上是各自獨立的課程體系，往往造成理論教學和實驗教學脫節(jié)。教學過程中我們注重對學生強調(diào)基礎理論、基礎知識的重要性;沒有堅實的理論基礎，實驗只會停留在表面上，只會是低水平的，無法實現(xiàn)真正有意義的理論或技術創(chuàng)新，會阻礙學生探究能力的完整形成。
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