多層面分層次大學物理教學改革

白 璐 吳振森

(西安電子科技大學理學院,陜西西安 710071)

多層面分層次大學物理教學改革

白 璐 吳振森

(西安電子科技大學理學院,陜西西安 710071)

本文總結了我校在“大學物理”課程的日常教學工作中,全面開展多層面、分層次教學改革的探索.全面闡述了對分層次大學物理教學的理解和實踐分層次教學的教學改革經驗.結合光學中干涉問題的教學具體實例,說明了在大學物理教學改革中運用多層面、分層次的教學模式,可以有效地提高不同層面學生對大學物理學習的效果,更好地完成在大學物理教學中的因材施教工作.

大學物理;分層次;教學改革

大學物理課是理工科高等院校培養學生的科學素養、提高學生分析問題和解決問題的能力、協調理論知識與提高動手能力的一門重要公共基礎課,具有其他課程不能替代的重要作用.如何在大學物理的教學中既注重傳授知識,又注重學生創新能力的培養;既強調經典物理知識的掌握,又結合近代科學發展的前沿問題;既保障教學的內容及教學效果的完成,又提高學生對物理知識的興趣;既保證大多數同學對物理知識的理解和掌握,又調動部分成績偏差,基礎較薄弱同學的學習物理的積極性主動性;既引導部分基礎好,對物理興趣濃厚的同學對物理知識進行更深層次探索,又保證在目前高校擴招、學生規模擴大、課時壓縮大背景下教學任務的完成.這些問題的解決其關鍵點,在于如何運用“多層面分層次”教學的方法,以完善人才培養中的“厚基礎、重創新、求質量、高素質”的基本要求.

結合我校實際情況,本文系統地總結了我校多年來在大學物理教學中進行多層面、分層次教學改革中的經驗.

1 目前的大學物理教學中面臨的問題

1)近些年高等院校招生規模不斷擴大.以西安電子科技大學為例,目前我校作為理工文管相結合的研究型綜合大學,每年招收近5000名本科生.大學物理的課程其涵蓋規模涉及全校共41個理工專業中的絕大部分專業方向.學生招收規模的擴大對大學物理的教學提出了新的挑戰.

2)學生學習習慣、學習成績、學習興趣差別較大.由于目前的高等教育已由昔日的“精英教育”實現了向“大眾化教育”的轉變.高校擴招規模的擴大,同時也使得學生生源分布差異、學生入學水平差異等問題日漸突出.

3)學時壓縮與學習內容膨脹的矛盾日益突出.各個學科對專業課程設置與各個課程的學時安排做出不斷的調整.如何利用最少的課時,講解更多的教學內容;如何處理好本學科基礎知識與不斷更新的學科前沿的關系都為大學物理教學提出了嚴峻的挑戰.

2 多層面、分層次物理教學模式的探討

我校在分層次大學物理教學改革的具體實踐中,本著“厚基礎、重創新、求質量、高素質”的原則要求,根據我校專業設置特點、學生知識基礎和學習能力等實際狀況,提出了多層面、分層次工科院校大學物理課程的教學模式.主要分以下幾個層面,展開和推進物理教學的改革探索.

(1)依據不同學科專業采用分類指導原則

我校在大學物理的教學學時數、指導學生的原則定位、不同學科學生的教材的選取、實驗的安排等方面采用了分類指導的原則.目前我校在本科生物理教學中主要采用的是四種模式.具體實施的分類標準見表1所示.

表1 大學物理分學科指導教學模式表

(2)針對不同的學科設置及專業特點增加專題講座

即使采用上述按照學科進行分類指導的原則,在我校大學物理Ⅲ的選課學生規模仍在3000～4000人/每學年.如此眾多的學生涉及我校工科近41個不同專業.

在大學物理的教學中,我們采用增加專題講座的形式,便于教師在遵循大綱又不拘泥于大綱的原則基礎上,結合自己的專業特長及所教授的學生的專業開展大學物理的前沿課題的講座,這些講座不但能豐富同學們的知識,更能使同學在大學物理學習中體會到與專業知識的相關特性,激發同學們的學習興趣.

在選講題目的選取上,既可偏向工程實際應用,也可以偏向近代物理的理論進展.由于物理學與多個學科之間的緊密關系,還可以是一些跨專業,跨學科的交叉領域問題.一些專題選講的參考題目如表2所示.

表2 大學物理分專業特色指導教學模式表

這些選講內容,涉及近代物理中許多重要的專題,跨越了不同的學科.這些內容的講解對教師也提出了更高的要求.需要指出的是,我們在具體的實踐中即使對同一個專題的內容,面向不同的學科專業,也采用了不同的教學側重點.

例如在表2中所列舉的5個不同的典型專業中我們都講到量子力學,但針對不同的學科側重點卻不盡相同.對半導體材料與器件專業,注重介紹量子統計的規律,從獨立粒子系統的三種統計分布即:麥克斯韋-玻爾茲曼分布;費米-狄拉克分布及玻色-愛因斯坦分布這些統計分布的區別與聯系入手,談費米-狄拉克統計在研究半導體性質中的廣泛及重要應用.在通信工程專業主要介紹光的量子通信.在軟件工程專業主要介紹新一代的計算機發展趨勢與量子力學的基本關系等.

又例如我們介紹激光這一專題時,對通信工程專業主要介紹激光的主要應用.在光學工程專業主要介紹利用激光的特性,即激光照射到物體上產生的動量及輻射壓力特性的最新應用——光鑷.而在電子信息科學與技術專業,則結合我校特色,介紹激光雷達的原理及激光多普勒效應的應用等.

(3)同堂教學中的分類指導原則的運用

即使采用了分學科、分專業的分類指導原則,但實際上,由于目前大學物理教學中一般采用大班授課方式,不同班級、不同學生在入學成績、興趣愛好等方面還有很大的差異.

如何最大限度地引導不同特點的學生在掌握物理概念的基礎上,培養科學素養,提高學習能力.以突出大學物理課程的基礎性和全面培養學生的能力總原則,還需要教師在每堂課的教學環節中,不斷靈活運用分類指導的原則.這樣才能引導學生認識自我、改變自我、超越自我,最大限度地調動不同學生的學習積極性及主動性.

在具體的課堂教學中,主要采用“黑板板書+多媒體課件+課程思考題和選作課外論文”的方式,針對不同特點及學習習慣和學習程度的同學展開分層次教學指導的教學工作.充分滿足各層次人才的科學素質的要求,引導學生朝著能發揮自己優勢的方向發展,讓優秀人才更快更好地成長.

其中每節課的黑板板書是針對教學中的最基本要求,是大學物理該節課程的最基本要求,包括本節課必須掌握的理論內容,主要公式,重要定理定律.如介紹波動光學的干涉特性的分振幅方法及分波振面方法干涉的問題中,我們在黑板上的板書如圖1所示.

圖1 薄膜干涉板書示意圖

其中涉及干涉中明暗紋條件的基本公式,光程差的表達形式以及干涉問題中各個知識模塊之間的基本關系.這些內容是保留在板書中要求學生必須掌握的內容.

在基本層面,我們按照教學大綱的要求圍繞薄膜的干涉問題展開討論.教師制作的多媒體教學課件學生可以直接從老師處拷貝或者從大學物理的網站上下載.許多教學資料與教學資源都能在該網頁上下載,在此不再贅述.

提高層面中我們主要采用布置思考問題的方法,引導部分學有余力的同學,展開更深入的關于干涉問題的思考.比如在等厚干涉中的劈尖干涉問題中,一般教學中都會舉肥皂泡表面由于薄膜的反射所引起的彩色干涉現象.例如鐵絲圓環上沾了肥皂水再豎直放置起來之后的肥皂膜照片.由于肥皂薄膜自身的自重影響,薄膜會形成頂部薄,而底部漸厚的楔形分布.因此會出現較為明顯的平行狀條紋,由于是白光入射,條紋呈彩色分布.針對這個大學物理中經常提及的實驗現象,我們提出思考問題:①薄膜上部較暗區域中為什么沒有干涉條紋.如何解釋這個區域中暗區域現象.②當干涉條紋在薄膜厚度增大到一定程度的時候,干涉現象不再明顯,怎樣解釋這些現象.如何定量給出薄膜厚度達到什么程度將不能再觀察到明顯的干涉現象的基本判據.③如果入射角度發生變化又會出現什么樣的條紋變化,如何解釋這些現象?④薄膜干涉的成像區域具體在哪里等.

這些問題只是點到為止,在課題上不能占用太多的時間.感興趣的同學,可以進一步地去查閱相關資料,對課本要求以外的內容,如厚度特別小的薄膜的干涉問題展開深入的思考,進一步還可以對其中涉及的相位突變理論展開討論.而這部分的思考與討論我們將指導學生采用課下討論,通過上網查閱資料,圖書館檢索的方式完成課業論文,課業論文的成績記入物理考評最終總成績.有時課程進度緊張,這部分思考問題就作為課堂幻燈片的一部分,請感興趣的同學在課下思考完成.

這些思考題目涉及大學物理教學的每一堂課.種類涉及物理規律的應用,物理現象的解釋等方面,甚至有些物理難題是目前尚未在理論上完全解決的問題.這些問題的提出一方面可以豐富同學們的物理知識,另一方面也可以提高同學們對學習物理的興趣,使同學們了解雖然有些物理問題至今尚未解決,但它離我們的生活是如此的接近,它離我們的物理教學是如此的接近,這些問題是大學物理課堂教學內容的引申與發展.

3 總結

本文通過對我校在大學物理教學中,針對不同學科、不同專業群、不同層次的學生實施多層面、分層次教學實踐活動的總結.全面闡述了我校在實施大學物理教學改革過程中,注重結合我校專業特色,注重增加教師選講內容,通過引進物理學中的最新進展,結合本章中的經典問題,以便達到既保障最少課時下完成基本學習效果和基本學習要求,又積極引導學生積極主動地對物理學習保持常新和興趣的教學改革實踐的探索.通過多層面、分層次大學物理的教學,使大學物理的學習成為點燃學生思維火花的火種,而不是填充物理知識的容器.

通過多層面對大學物理教學內容的梳理與整合,真正使物理教學不僅成為物理知識傳授的平臺,更是面向不同層面學生進行科學思維方式的培養和科學研究方法、科學素質和創新精神的培養的舞臺.

總之,多層面、分層次大學物理教學模式,較好地滿足了“理、工、文、管”及不同專業群對物理學的不同層次的需求,對學生從具體問題中抽象物理模型、掌握物理概念和運用物理基本方法,體會物理和諧美起到重要的作用,是對大學物理教學模式的一種成功的探索.

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2009-12-23)