科研促進工科物理教學質量提高的探索和思考

崔云康 劉揚正 唐春紅 涂宏慶

摘 要：大學物理課程是工科高等院校的最主要以及最重要的基礎課程之一。針對目前工科物理教學內容陳舊，影響教學質量提高的問題，闡述了科研融入工科物理教學的必要性和迫切性，提出“科研促進教學”，探討科研對培養工科學生的學習興趣、科技創新能力、科學素質以及提高教師的業務素質等方面的積極作用，結合南京工程學院工科大學物理的教學實例，展示了科研促進教學在提高學生學習興趣、明確學習目的、提高學習效率等方面的優勢。

關鍵詞：工科物理 科研 教學 教學質量

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（a）-0100-02

大學物理是高校理工科專業的一門必修公共基礎課程，在培養理工科學生的科學素質和綜合能力方面起著非常重要的作用[1]。工科院校需要培養創新型、應用型高級人才，學生的物理學基本知識儲備對于提高自身科學思維能力和獨立解決問題的能力至關重要[2]。該校每學期所開設的工科大學物理課修課學生數量達5000多人，其重要性不言而喻。因此，工科大學物理的教學質量對于人才培養至關重要。但是目前工科大學物理的教學現狀是大部分從事工科物理教學的教師，只搞教學不搞科研，這不利于促進教學內容和體系的改革。形成這一局面的原因一方面是長期對基礎課教師著眼于使用，很少顧及提高，編制、經費都很緊張，沒有條件開展科研，形成單獨教學的局面[3]；另一方面，基礎物理教學的內容比較基礎，也比較成熟，發展變化比較緩慢，和物理學的前沿相對而言距離較遠。從事基礎物理教學的教師不容易直接感受到開展科研的迫切需要[3]。“以科研促進教學，以教學帶動科研”針對工科大學物理這門課就顯得不那么容易。筆者作為一線的工科大學物理授課教師，從事工科大學物理教學17年，同時進行科研工作13年，科研方向是物理電子學。在這里就結合該校物理教研室教學科研實際情況，對科研融入工科大學物理教學、提高工科大學物理教學質量作一些積極的探討和思考。

1 豐富教學內容，激發學生學習物理的興趣

工科大學物理概念抽象、知識點覆蓋面較廣，其教學內容由力學、熱學、電磁學、光學和近代物理學組成。課程體系基本上延續了幾十年前的課程體系，所講授的內容基本上是幾十年不變。甚至像近代物理的很多內容已經在工程技術中得到重要的應用了，而在工科物理教學中還沒有很好的體現。工科物理的教材和教學內容整體偏向于介紹物理定律和其相關的數學公式，學生往往只能體會到物理課程的枯燥無味和生澀難懂，同時學生也會感覺物理學“無用”，不能產生有效的社會效益和經濟效益，學生漸漸地失去對物理的興趣。

科研工作恰恰是涉及某個領域的前沿問題和最新研究進展，在教學中融入一些物理的前沿進展，能夠喚起學生強烈的好奇心和求知欲，引起濃厚的學習興趣和積極的思考。例如，在近代物理學勢壘貫穿教學中，以往只會從薛定諤方程出發，通過求解微分方程，推導方勢阱散射時的反射和透射系數，由此來引導學生理解勢壘貫穿的物理本質。學生對枯燥無味的薛定諤方程已提不起興趣，教學效果可想而知。在引入科研前沿進展后，我們對教學內容進行了更新和調整，整個過程淡化薛定諤方程的求解過程，增加隧道效應分別在掃描隧道顯微鏡和隧道二極管等方面應用介紹。在介紹掃描隧道顯微鏡時，不單單介紹工作原理，還介紹其在表面科學、材料科學、生命科學、微電子技術等領域中的最新研究成果。在介紹隧道二極管工作原理的基礎上，還介紹了它的相關特性以及在高頻振蕩、放大、開關等電路元件方面的應用。學生對這些新鮮事物興趣盎然，課堂氣氛活躍。

2 促進學生思考，培養學生科技創新的能力

常規的教學中，教師以講授為主，主要是高效的向學生灌輸物理的知識體系，學生通過作業反復的練習來掌握所學知識。學生完全處于被動接受狀態，對學生的思考能力培養十分有限。而科研本身就在于創新，所以將科研融入教學，使教學帶上研究性質。我們在教學過程中，老師針對“問題”去講，學生帶著“問題”去聽，激發學生的獨立思考熱情。老師通過學生的質疑，鼓勵學生課后去查閱科研項目和論文資料，鼓勵學生參與到科研項目、實踐中去，通過思維、實踐的鍛煉，提高學生的創新能力。我們在講解熱力學第一定律克勞修斯表述時講到：第一類永動機是不可能造成的。同時我們又增加了前沿科研的介紹，介紹了美國佐治亞理工學院王中林教授團隊利用壓電材料的壓電效應發明納米發電機，王中林教授對此說過“只要能動，就能發電”。該校15級能源學院的嚴思程同學就對這一課題產生了興趣，通過他課后對前沿科研的學習以及和老師的交流，自主研制了“便攜式發電手環”，其原理就是應用手臂擺動的機械能轉換成電能。該手環參加江蘇省高校第十三屆大學生物理及實驗科技作品創新競賽獲得一等獎的好成績。近年來，該校學生多次獲得省級物理及實驗科技作品創新競賽一、二、三等級，該校物理組也榮獲2016年“優秀組織獎”。

3 灌輸科研精神，加強人文素質培養

在科研融入物理的教學過程中，自然是離不開著名物理學家介紹。在具體的敘述某一科研工作之前，先結合一些物理學家在物理學上的貢獻，讓學生認識到所謂科研的一些常識性理念。結合物理學家的典型事例，培養學生的人文素質。作為大學物理教師，物理教學不僅為了傳播物理專業知識，更重要的是通過物理教學對學生進行人文素質教育。

我們利用物理學史的知識，在課堂中加強愛國主義教育。物理中蘊含豐富的愛國主義教育素材，比如，放射性研究的先驅者居里夫人為了紀念她的祖國波蘭，把自己發現的放射性元素取名為“釙”；在核物理學研究方面取得巨大貢獻的偉大物理學家費米，即使在受到墨索里尼的迫害之時，還心系祖國，這些史實都是愛國主義教育的生動教材[4]。

我們通過科研團隊的合作加強團結協作的團隊精神教育。現代科學技術高速發展，很多大型的科研開發項目必須在眾多優秀人才的團結協作下才能完成。團隊合作精神顯得尤為重要。原子核式結構模型的創立者盧瑟夫把不同國籍、不同民族、不同性格、不同研究方面的青年學者團結在卡文迪許實驗室里，他們團結協作，相互促進，使得該實驗室人才濟濟，碩果累累。在物理教學中適時穿插團隊精神教育，啟發學生，激勵學生，意義深遠。

在具體的教學過程中，我們還適時通過生動的例子向學生灌輸不畏困難、埋頭苦干，對知識執著追求的科學精神，培養大學生頑強拼搏的意志品質。普朗克為了黑體理論曾拼搏6年；愛因斯坦也曾說：“上帝分送禮物時是毫不寬容的，他只給了我騾子般的頑強[4]。”我們也在物理實驗教學方面培養學生實事求是、嚴肅認真的科學態度上作了一些嘗試。通過學生科技競賽等項目的訓練，不僅使學生掌握了物理原理，還對學生科學態度的教育取得了良好的效果。

4 提高教師素質，促進教師隊伍建設

在教學過程中，學生是主體，教師是主導。只有高素質的教師隊伍，才能培養高素質的時代接班人。現代高校的人才培養目標使得教師要不斷的改變自身老化的知識結構，不斷吸取最前沿的科研技術成果，并將其融入教學過程。能滿足這一要求的最佳途徑是教師積極參加科研活動。教師參加科研，特別是物理基礎研究，能夠大大提高教師學術水平。參加科研活動，不僅能在某一個領域進行深入的研究，還可以以點帶面、觸類旁通，開闊視野，加深對整個學科以及科學方法的理解，不斷的更新教學內容。“要給學生一碗水，教師必須有一桶水”，高學術水平的教師，才能夠站在學科的“制高點”，高屋建瓴、統籌全局，才能全面深入理解學科內涵，深入淺出的進行教學。

教師從事科研活動，不僅能夠掌握前沿知識，還能夠體會科技人才的全面要求。工科大學物理是培養專業技術人才的重要基礎環節，它除了傳授物理知識，還應該培養學生從事科技專業工作的正確世界觀、科學的思維、探索創新精神等。只有教師在從事科研過程中體會到這些要求，才能在教學中實現這些要求的培養，真正做到有的放矢。

近年來，該校數理部的各位物理老師在繁重教學任務之余一直堅持科研活動，以“科研促進教學，教學帶動科研”為理念，貫穿整個教學科研環節。在教學實施中，已經顯示出一定的優勢，科研促進教學取得了明顯的效果。數理部劉揚正主任牽頭的“‘課題引領，時空延展，團隊學習的大學物理探究式教學改革與實踐”項目就是以教師、學生參與科研活動為主線的教改嘗試，該項目在該校四年一度的教學成果獎評比中，獲得一等獎的好成績。這是對項目組成績的肯定，更是對科研促進教學的肯定。

5 結語

工科大學物理是工科高等院校的主要基礎課程之一，在人才培養中起著不可忽視的作用。本論文主要就目前工科大學物理教學中出現的教學內容陳舊，影響教學質量提高的問題，提出了科研融入工科物理教學的必要性和迫切性。探討科研對培養學生的學習興趣、科技創新能力、科學素質以及提高教師的業務素質等方面的積極作用。結合該校學生工科大學物理的教學實例，展示了科研促進教學在提高學生學習興趣、明確學習目的、提高學習效率等方面的優勢。希望我們的嘗試能對其他院校或者其他學科的教學有所幫助和啟發。改革之路還很長，有很多頗具難度的工程等著我們。我們將一如既往，堅持做好“以科研促進教學，以教學帶動科研”，為培養高水平應用型人才多做貢獻。

參考文獻

[1] 馬文蔚.物理學[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2] 趙凱華.對當前物理教學改革的幾點看法[J].大學物理，2000，19（2）：1-5.

[3] 陳澤民.工科物理教師必須教學與科研相結合[J].現代物理知識，2000，12（1）：29-31.

[4] 申先甲.物理學史教程[M].長沙：湖南教育出版社，1987.