大学物理教学与科技前沿结合的探讨

2022-12-28

近、现代物理学革命带来了科学的巨大变革:相对论打破了经典力学的绝对时空观, 量子力学打破了可测量过程的梦想, 混沌粉碎了拉普拉斯的机械决定论。这种科学范式的转换, 不仅引起了具体科学知识的变化, 更引起了科学的基本思想、基本观念的深刻变革。杨振宁说“物理应该是有血有肉的, 应该与生活、与实验、与应用息息相关, 应该是充满时代气息的全新的物理”。

长期以来, 给人们留下一个错觉, 似乎大学物理教学离科学技术前沿很远, 有点远水不解近渴。为使大学物理教学具有时代气息, 必须将新的学术思想、内容、方法及应用及时纳入教学, 以适应科学技术发展的需要, “常教常新”就是这个思想的总结。大学物理教学是物理科学范式的教学, 包括物理学的具体知识、物理学的基本思想和观念。近几年来, 大学物理教学与科技前沿的结合引起了大学物理教育工作者的高度关注和重视, 是大学物理课程改革的一个热点。我国大学物理课程改革中提出“课程基本理念在内容上体现时代性、基础性、选择性, 反映当代科学技术发展的重要成果和新的科学思想”。大学物理课程改革中, 大学物理与科技前沿相结合的教学构建, 则是一个非常重大、非常有意义的现实课题。

1 大学物理教学与科技前沿结合的必要性和可行性

1.1 大学物理教学与科技前沿结合的必要性

我们的教学不只是要让学生知道过去, 还要启发学生去设想未来。培养学生学习物理的兴趣, 是学好物理的关键, 而科技前沿在这方面提供了大量激发学生学习热情的素材。教师在建立基本物理概念的过程中, 尽可能多一点引用科技前沿的知识, 可激发学生求知的兴趣和探索的欲望, 在教学中引入科技前沿可使学生正确认识物理学与哲学的关系, 形成辩证唯物主义世界观;引入科技前沿可使学生清楚感受到物理学与其他自然学科的紧密联系, 使学生明白不仅要有坚实的物理基础知识, 而且还要尽可能地拓宽自己知识面, 向广博和精深发展。

1.2 大学物理教学与科技前沿结合的可行性

大学生已具备了在物理学科中学习科技前沿的能力, 大学生已在中学阶段的物理学习中掌握了一定的物理知识, 对物理学有了一定的认识。物理学体系本身具有完备的知识发展体系, 物理学的发展过程就是人类对未知世界的探索过程, 物理学的研究方法就是在这个探索过程中逐步积累形成的。物理学体系蕴含了丰富的思想内涵和科学家的研究思路, 它的发展历程揭示了科学认知过程的本质。大学物理教学与科技前沿相结合, 更能使学生领略到科技前沿的神奇魅力。

物理学和现代科学技术的发展密切相关, 物理学既是一门基础学科又是自然科学中的带头学科, 它的原理可以作为其它学科的基础, 它的新发现常常促进其它学科的研究, 它的发展又不断为科技前沿开辟道路。一些重大科技前沿的建立, 大都是从物理实验室研究成果中发展起来的。因此从某种意义上讲, 物理学是现代科学技术的生长母体。由于物理学在科学技术的发展过程中处于重要地位, 学生在对科技前沿的学习过程中就可以结合当今科技的发展, 有目的、有兴趣的自觉学习, 进而激发他们的创新意识。

2 与科技前沿结合教学过程中应采取的教学方法

其一, 在课堂教学中, 介绍物理学的基本概念和基本理论时, 适当引入一些科技前沿的问题, 运用现代物理的思想、观点和方法, 对基础物理学中的概念和规律进行适当的修正、补充和延伸, 把基础物理内容、现代科技的相关内容及其研究方法有选择的渗透和结合起来, 以启迪学生的思维, 开阔他们的眼界。

其二, 及时反应现代高新技术发展中与物理学科相联系的热点问题, 使学生在增长见识, 扩大视野的同时, 经受“科学-技术-社会” (STS) 教育, 为此, 在大学物理教学中可以穿插一些对现代科技知识及前沿问题的讲座和讨论, 且部分专题不妨让学生通过自学进行研究, 写出读书报告及小论文。

其三, 重视对学生思维活动的诱导, 营造宽松、和谐的环境, 增强学生的协作精神。在大学物理教学中, 适时灵活的进行教学形式的组织安排, 在立足于面向全体学生和因材施教的基础上, 根据物理学科的特点和现代教学设计的要求, 组织开展一系列创新思维的活动, 加强教师与学生、学生与学生之间的合作交流, 共同探讨解决理论和实践中的问题, 使学生在与教师和其他同学的相互沟通和思维碰撞中展示个性, 提高学科认知水平, 发展自己的科学和人文素质。

3 大学物理与科技前沿结合教学的原则

3.1 有意义学习原则

所谓“有意义”的学习, 是将未知的外部世界与已知的内部世界相联系;将未知融入已知中的认知过程。这种联系和融合越清晰, 学习就越成功。在大学物理与科技前沿结合教学中坚持“有意义”原则, 这是从教学方式和方法角度提出的一条原则, 旨在使学生理解性、高效地展开学习, 使科技前沿顺利纳入已有知识结构。例如:现代物理是在经典物理基础上的继承、修正和超越, 二者并非绝对对立, 在教学上也不能割裂开来。

3.2 思想和方法性原则

思想和方法性原则是从选择教学内容角度提出的。科技前沿内容涵盖知识、思想、方法。无论是研究对象的描述、探索和研究过程中的物理建模、逻辑推理, 以及成果的表述形式, 使用的物理语言大都是当代物理研究的成果。

3.3 适量和适度性原则

进行科技前沿内容的渗透教学时, 思想和方法性原则在教学内容的侧重方面提出了要求, 但教到什么程度和水平也是决定能否取得实效的一个关键, 即教学还要遵循适量和适度性原则。在教学“量”的方面, 要做到“少而精”, 不要把某一方面的科技前沿内容通盘托出, 要选择一些与大学物理内容自然连接、学生能够理解和接受、能激发学习兴趣的主干过程和主要结论, 应突出其中蕴含的物理学新思想、新方法, 突出介绍成果的现实意义和科研意义;在教学“度”的把握方面, 应以介绍和渗透为主, 注重的是思想、方法的熏陶而非繁杂公式的推导和超出学生数学水平的结论介绍。教学中应避免大量新现象、新知识的简单罗列, 否则, 大学物理就会变成有“物”无“理”。

摘要：大学物理教学与科技前沿的结合引起了大学物理教育工作者的高度关注和重视, 是大学物理课程改革的一个热点。本文探讨了大学物理教学与科技前沿结合的必要性和可行性, 应采取的教学方法以及教学的原则。

关键词：科技前沿,可行性,教学方法