以科研促進(jìn)大學(xué)物理課堂教學(xué)的探索

蘇劍峰 牛強(qiáng)

摘 要：理論性太強(qiáng)、脫離實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容以及一成不變的教學(xué)方法，使得現(xiàn)如今的大學(xué)物理課堂如同一潭死水。如何將前沿的科學(xué)研究成果引入課堂教學(xué)中，使我們的課堂變?yōu)橛性吹幕钏瑥亩岣呓虒W(xué)質(zhì)量，顯得至關(guān)重要。本文根據(jù)自身教學(xué)實(shí)例，對如何以科研促進(jìn)大學(xué)物理課堂教學(xué)進(jìn)行了簡單的探索。

關(guān)鍵詞：科研 大學(xué)物理 課堂教學(xué) 探索

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（b）-0163-03

Abstract： Theoretical teaching content which out of the actual and static teaching methods， making today's college physics class as a pool of stagnant water. So how to bring cutting-edge scientific research into classroom teaching， turn our classroom into active living water， and then improving teaching quality is crucial. In this article， based on our teaching examples， the exploration on how to promoting college physics classroom teaching with scientific research is presented.

Key Words： Scientific research； College physics； Classroom teaching； Explore

傳統(tǒng)思維認(rèn)為大學(xué)的人才培養(yǎng)方式就是教學(xué)，而教學(xué)又主要是以課堂教學(xué)為主，以致于一些高校提出教學(xué)是立校之本，把學(xué)校定位為教學(xué)型學(xué)校。現(xiàn)代高等教育強(qiáng)調(diào)，高校的職能是育人，科研已經(jīng)成為很重要的育人方式。僅僅依靠課堂教學(xué)是不可能培養(yǎng)出高層次、高素質(zhì)的創(chuàng)造型人才的。據(jù)有關(guān)專家估計(jì)，課堂教學(xué)對高等教育人才培養(yǎng)的貢獻(xiàn)率大概是30%左右。當(dāng)前，不僅僅是科研工作，包括科研成果的產(chǎn)業(yè)化都已經(jīng)成為育人的重要渠道，而且還將發(fā)揮越來越重要的作用。大學(xué)的人才培養(yǎng)不僅僅是知識傳承，還應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)科學(xué)研究、科技創(chuàng)新對學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)。如果大學(xué)教師自己沒有創(chuàng)新實(shí)踐和創(chuàng)新能力，是難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和創(chuàng)新能力的。所以，沒有一流的科研，就不可能有一流的教師，沒有一流的教師，就不可能培養(yǎng)出一流的學(xué)生。作為一名大學(xué)教師，科研與教學(xué)是其基本職責(zé)，科研是產(chǎn)生知識，教學(xué)是傳授知識，努力從事科研工作，并將科研前沿和成果融入到教學(xué)中來，才能不斷提高教學(xué)的學(xué)術(shù)水平。同時(shí)，教學(xué)過程能擴(kuò)大和積累廣博的學(xué)科知識，學(xué)習(xí)用準(zhǔn)確生動的語言和文字描述學(xué)科內(nèi)容，也是對教師的全面促進(jìn)。

物理是一門研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)的內(nèi)在本質(zhì)及物質(zhì)的運(yùn)動規(guī)律和相互作用的學(xué)科，蘊(yùn)含了豐富的哲理和研究、思維方法，對于培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力具有獨(dú)特的優(yōu)勢。大學(xué)物理是理工科大學(xué)生的一門重要基礎(chǔ)課程。傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容理論性太強(qiáng)、與實(shí)際結(jié)合不夠緊密，使得物理教學(xué)顯得枯燥、乏味，不少同學(xué)認(rèn)為學(xué)物理沒用，進(jìn)而失去學(xué)習(xí)興趣，而教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、基礎(chǔ)知識扎實(shí)的教師不能將科學(xué)研究的最新進(jìn)展貫穿于課堂教學(xué)中，使得現(xiàn)在的大學(xué)物理課堂就像一潭無源之水，缺乏生機(jī)。雖然教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)的核心要素，但教學(xué)內(nèi)容是否豐富生動，主要源于教師的科研實(shí)踐。教師通過參加科研活動，不斷汲取新知識，積累科研成果。在課堂教學(xué)中教師可以將自己或別人的科研方法、經(jīng)驗(yàn)和科研成果融入于所講授的教學(xué)內(nèi)容之中，這樣可以激發(fā)學(xué)生的興趣，活躍學(xué)生的思維，從而提高教學(xué)質(zhì)量。本文從學(xué)生、教師以及課堂等三個方面分析教學(xué)與科研相結(jié)合的益處，并結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，淺談幾個在教學(xué)中引入科學(xué)研究的實(shí)例，供同行共同學(xué)習(xí)探討。

1 教學(xué)與科研相結(jié)合

1.1 拓寬視野，激發(fā)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

大學(xué)物理是一門知識結(jié)構(gòu)較為寬泛而陳舊的基礎(chǔ)課，所用的教材理論性比較強(qiáng)，主要介紹物理定律和數(shù)學(xué)公式，與我們的實(shí)際生活和經(jīng)濟(jì)效益聯(lián)系不緊密，滿足不了當(dāng)代大學(xué)生對未知世界和現(xiàn)實(shí)社會的求知欲，使得大部分學(xué)生覺得學(xué)習(xí)物理無用，敷衍式學(xué)習(xí)成為一種常態(tài)。科學(xué)研究一般是指利用科研手段和裝備，為了認(rèn)識客觀事物的內(nèi)在本質(zhì)和運(yùn)動規(guī)律而進(jìn)行的調(diào)查研究、實(shí)驗(yàn)、試制等一系列的活動，為創(chuàng)造發(fā)明新產(chǎn)品和新技術(shù)提供理論依據(jù)。科學(xué)研究的基本任務(wù)就是探索、認(rèn)識未知，工作的內(nèi)容也往往涉及到某領(lǐng)域中的前沿問題和最新研究進(jìn)展。在教學(xué)過程中給學(xué)生講一些科學(xué)前沿的問題，一方面可以喚起學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心，引導(dǎo)學(xué)生積極思考；另一方面也可以使學(xué)生開闊眼界，增長見識。比如在講光的衍射時(shí)，可對X射線衍射等在材料科學(xué)研究領(lǐng)域經(jīng)常用的檢測手段進(jìn)行介紹，結(jié)合某一研究材料，對如何利用X射線衍射分析材料的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行講解，這樣既可以讓學(xué)生認(rèn)識到課堂所學(xué)知識的重要性，端正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，又可以鞏固我們所學(xué)的衍射方面的知識。然后針對這以專題進(jìn)行延伸，讓學(xué)生自行查閱資料了解除了X射線衍射外，還有其它什么測試手段，可以檢測材料的結(jié)構(gòu)和成分的，或者給學(xué)生一實(shí)例，讓學(xué)生自行檢測分析該材料的成分和結(jié)構(gòu)。讓學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，主動思考解決問題，這樣既可以加深學(xué)生對課程教學(xué)的理解，又可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。在教學(xué)過程中引入科研內(nèi)容，不僅使學(xué)生了解專業(yè)前沿知識，體驗(yàn)科學(xué)探索的樂趣，還可以掌握科研的方法，并有所創(chuàng)新和發(fā)明。

1.2 更新知識，提高專業(yè)水平，優(yōu)化教學(xué)能力

泛黃的教案，千篇一律的講解，是現(xiàn)在大學(xué)物理課堂常見的教學(xué)現(xiàn)象。多年的教學(xué)經(jīng)歷，使得大部分教師對書上的內(nèi)容爛熟于心，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富老到。然而現(xiàn)在社會飛速發(fā)展，“陳舊”的知識顯然已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代教育的各項(xiàng)要求。活到老，學(xué)到老，作為教師更應(yīng)如此，教師應(yīng)不斷強(qiáng)化自身修養(yǎng)，努力提高素質(zhì)，方能滿足教育對教師的各方面的要求。現(xiàn)在的大學(xué)教師，科研與教學(xué)并重，在從事科研的過程中，使教師充分地了解物理學(xué)科的發(fā)展前沿和最新研究進(jìn)展，促使教師不斷充電學(xué)習(xí)，豐富自己的知識儲備，從而不斷提高自身的教學(xué)水平和科研素養(yǎng)，做到與時(shí)俱進(jìn)。同時(shí)，在教學(xué)中將物理科研這種帶有研究性質(zhì)的內(nèi)容逐漸融于課堂，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識，提高其創(chuàng)新思維能力。

教師只有通過科研，才可以時(shí)刻把握本專業(yè)的發(fā)展方向與最新成果；只有通過科研，才能不斷更新自己的知識結(jié)構(gòu)，進(jìn)而不斷地完善教材，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，并進(jìn)行教學(xué)改革；有了科研之源，在教學(xué)上就會得心應(yīng)手，所講授的課程內(nèi)容也會更加生動、翔實(shí)，會更加注重理論與實(shí)際的有機(jī)結(jié)合，教學(xué)效果自然會得到相應(yīng)的提高。另一方面，從事科研、取得成績的教師對學(xué)生更具感召力，他們的思想觀念、道德風(fēng)范、科學(xué)態(tài)度、敬業(yè)精神對學(xué)生的道德提升均起到潛移默化的作用，學(xué)生通過參與教師承擔(dān)的科研項(xiàng)目，既可以提高科研水平和實(shí)踐能力，又可以培養(yǎng)其團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

欲提升教師的專業(yè)水平，從學(xué)校層面要為教師的成長廣鋪路子，廣搭載體，比如定期對教師進(jìn)行知識培訓(xùn)，加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)；邀請各專業(yè)的學(xué)術(shù)專家、特級教師等做學(xué)術(shù)講座，幫助教師分析案例，指導(dǎo)研究；鼓勵教師參加各種學(xué)術(shù)會議，了解最新的科研動態(tài)；選派骨干教師到國內(nèi)外高水平的科研院校去學(xué)習(xí)，不斷提升其科研水平。只有教師自身的知識不斷更新，與時(shí)俱進(jìn)，才能更好的融入教學(xué)中，從根本上提升教學(xué)水平。

1.3 聯(lián)系科研前沿，豐富教學(xué)內(nèi)容，使課堂更靈活、生動

大學(xué)物理，是一門綜合了物理學(xué)中力、熱、光、電、相對論與量子力學(xué)等學(xué)科經(jīng)典知識的一門基礎(chǔ)課。大學(xué)物理中那些知識，正是幾百年前最先進(jìn)的科研成果，是當(dāng)時(shí)的人們對這個世界的最新最先進(jìn)的認(rèn)識。而新時(shí)代的科研，正是在繼承這些已有知識的基礎(chǔ)上，希望在將原有的舊知識推進(jìn)到更新的程度，在目前依舊空白和無知的領(lǐng)域，做出新的發(fā)現(xiàn)。將科學(xué)研究融入教學(xué)中，既能保持物理教學(xué)的先進(jìn)性，又能改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，更能夠吸引學(xué)生關(guān)注，從而提高學(xué)習(xí)熱情。比如在講磁介質(zhì)時(shí)，可以進(jìn)一步講解磁性材料偏置效應(yīng)，這是目前無機(jī)非金屬材料研究中最為活躍的領(lǐng)域之一，是信息存儲技術(shù)的重要基礎(chǔ)。通常情況下，鐵磁薄膜的磁滯回線以原點(diǎn)為中心對稱，若體系中引入反鐵磁層，當(dāng)溫度降至反鐵磁材料奈爾溫度以下時(shí)，體系的場冷磁滯回線沿磁場軸H將產(chǎn)生一個偏移量，其矯頑力相應(yīng)增大，此即交換偏置效應(yīng)。可以對磁偏置效應(yīng)在自旋閥、磁隧道結(jié)等方面的應(yīng)用進(jìn)行簡要的介紹，也可以讓學(xué)生自己查閱資料，了解新材料體系中交換偏置效應(yīng)的研究進(jìn)展。在講電介質(zhì)時(shí)，可以引入壓電極化效應(yīng)，即當(dāng)對某些電介質(zhì)施加機(jī)械力時(shí)，它們內(nèi)部正負(fù)電荷中心會發(fā)生相對位移，產(chǎn)生極化，從而導(dǎo)致介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)或正壓電效應(yīng)。反之，如果把具有壓電效應(yīng)的介質(zhì)置于外電場中，由于電場的作用會引起介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心位移，而這一位移又使介質(zhì)發(fā)生形變，這種效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。然后進(jìn)一步介紹壓電極化效應(yīng)在納米傳感器、納米發(fā)電機(jī)以及太陽能電池等領(lǐng)域的應(yīng)用，結(jié)合最新的研究成果，展示壓電計(jì)劃效應(yīng)的重要應(yīng)用，讓學(xué)生真正體會到學(xué)有所用。在給學(xué)生介紹科研前沿時(shí)，就使教學(xué)帶有了研究的性質(zhì)，通過親臨其境的科研經(jīng)驗(yàn)，把知識講活，以啟發(fā)式、探究式的方式授課，可以發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)造性思維，使學(xué)生創(chuàng)新性的想象力、思維能力和實(shí)踐能力得到提高，為今后走向社會能夠持續(xù)創(chuàng)造性地工作并取得良好的業(yè)績打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

2 結(jié)語

由以上分析可見，把科研與教學(xué)相結(jié)合的積極作用是顯而易見的，但這也需要花費(fèi)大量的時(shí)間來尋找、研究科研與課堂內(nèi)容的結(jié)合點(diǎn)，以便在課堂中適當(dāng)、有效的引入科研前沿，以達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。然而在國內(nèi)高校普遍“重研輕教”以及“大學(xué)擴(kuò)招”的背景下，作為教師，大量精力用于撰寫論文和申報(bào)科研項(xiàng)目，不再好好備課也不再重視課堂教學(xué)，作為學(xué)生，基礎(chǔ)良莠不齊，對教師補(bǔ)充課外內(nèi)容產(chǎn)生一些抵觸情緒。所以作為領(lǐng)導(dǎo)者，應(yīng)給教師們營造一個相對寬松和諧的工作環(huán)境，建立科學(xué)的激勵機(jī)制，提升教師的精神狀態(tài)，這樣教師可以合理掌握在教學(xué)和科研上的時(shí)間投入和精力分配，以科研促進(jìn)教學(xué)，以教學(xué)激勵科研，實(shí)現(xiàn)科研與教學(xué)的良性互動。這樣才能發(fā)揮科研在大學(xué)物理教學(xué)中的積極作用，才能培養(yǎng)出適應(yīng)新社會、具有競爭力的創(chuàng)新性人才。

參考文獻(xiàn)

[1] 倪光炯，王炎森.物理與文化[M].6版.北京：高等教育出版社，2009.

[2] 賈敏.論物理科研對大學(xué)物理教學(xué)的作用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（10）：191-192.

[3] 常建宇.大學(xué)物理教學(xué)方法探討[D].大連理工大學(xué)， 2012.

[4] 寧長春索郎桑姆.以科研工作介紹的融入促進(jìn)大學(xué)物理教學(xué)[J].大學(xué)物理，2012（8）：39-43.

[5] 徐磊.將物理科研帶入大學(xué)物理教學(xué)中[J].科技咨詢，2014（25）：161.

[6] 辛旺.物理科研對大學(xué)物理教學(xué)的作用[J].理化生教學(xué)與研究，2015（74）：148.