多层面分层次大学物理教学改革

白 璐 吴振森

(西安电子科技大学理学院,陕西西安 710071)

多层面分层次大学物理教学改革

白 璐 吴振森

(西安电子科技大学理学院,陕西西安 710071)

本文总结了我校在“大学物理”课程的日常教学工作中,全面开展多层面、分层次教学改革的探索.全面阐述了对分层次大学物理教学的理解和实践分层次教学的教学改革经验.结合光学中干涉问题的教学具体实例,说明了在大学物理教学改革中运用多层面、分层次的教学模式,可以有效地提高不同层面学生对大学物理学习的效果,更好地完成在大学物理教学中的因材施教工作.

大学物理;分层次;教学改革

大学物理课是理工科高等院校培养学生的科学素养、提高学生分析问题和解决问题的能力、协调理论知识与提高动手能力的一门重要公共基础课,具有其他课程不能替代的重要作用.如何在大学物理的教学中既注重传授知识,又注重学生创新能力的培养;既强调经典物理知识的掌握,又结合近代科学发展的前沿问题;既保障教学的内容及教学效果的完成,又提高学生对物理知识的兴趣;既保证大多数同学对物理知识的理解和掌握,又调动部分成绩偏差,基础较薄弱同学的学习物理的积极性主动性;既引导部分基础好,对物理兴趣浓厚的同学对物理知识进行更深层次探索,又保证在目前高校扩招、学生规模扩大、课时压缩大背景下教学任务的完成.这些问题的解决其关键点,在于如何运用“多层面分层次”教学的方法,以完善人才培养中的“厚基础、重创新、求质量、高素质”的基本要求.

结合我校实际情况,本文系统地总结了我校多年来在大学物理教学中进行多层面、分层次教学改革中的经验.

1 目前的大学物理教学中面临的问题

1)近些年高等院校招生规模不断扩大.以西安电子科技大学为例,目前我校作为理工文管相结合的研究型综合大学,每年招收近5000名本科生.大学物理的课程其涵盖规模涉及全校共41个理工专业中的绝大部分专业方向.学生招收规模的扩大对大学物理的教学提出了新的挑战.

2)学生学习习惯、学习成绩、学习兴趣差别较大.由于目前的高等教育已由昔日的“精英教育”实现了向“大众化教育”的转变.高校扩招规模的扩大,同时也使得学生生源分布差异、学生入学水平差异等问题日渐突出.

3)学时压缩与学习内容膨胀的矛盾日益突出.各个学科对专业课程设置与各个课程的学时安排做出不断的调整.如何利用最少的课时,讲解更多的教学内容;如何处理好本学科基础知识与不断更新的学科前沿的关系都为大学物理教学提出了严峻的挑战.

2 多层面、分层次物理教学模式的探讨

我校在分层次大学物理教学改革的具体实践中,本着“厚基础、重创新、求质量、高素质”的原则要求,根据我校专业设置特点、学生知识基础和学习能力等实际状况,提出了多层面、分层次工科院校大学物理课程的教学模式.主要分以下几个层面,展开和推进物理教学的改革探索.

(1)依据不同学科专业采用分类指导原则

我校在大学物理的教学学时数、指导学生的原则定位、不同学科学生的教材的选取、实验的安排等方面采用了分类指导的原则.目前我校在本科生物理教学中主要采用的是四种模式.具体实施的分类标准见表1所示.

表1 大学物理分学科指导教学模式表

(2)针对不同的学科设置及专业特点增加专题讲座

即使采用上述按照学科进行分类指导的原则,在我校大学物理Ⅲ的选课学生规模仍在3000～4000人/每学年.如此众多的学生涉及我校工科近41个不同专业.

在大学物理的教学中,我们采用增加专题讲座的形式,便于教师在遵循大纲又不拘泥于大纲的原则基础上,结合自己的专业特长及所教授的学生的专业开展大学物理的前沿课题的讲座,这些讲座不但能丰富同学们的知识,更能使同学在大学物理学习中体会到与专业知识的相关特性,激发同学们的学习兴趣.

在选讲题目的选取上,既可偏向工程实际应用,也可以偏向近代物理的理论进展.由于物理学与多个学科之间的紧密关系,还可以是一些跨专业,跨学科的交叉领域问题.一些专题选讲的参考题目如表2所示.

表2 大学物理分专业特色指导教学模式表

这些选讲内容,涉及近代物理中许多重要的专题,跨越了不同的学科.这些内容的讲解对教师也提出了更高的要求.需要指出的是,我们在具体的实践中即使对同一个专题的内容,面向不同的学科专业,也采用了不同的教学侧重点.

例如在表2中所列举的5个不同的典型专业中我们都讲到量子力学,但针对不同的学科侧重点却不尽相同.对半导体材料与器件专业,注重介绍量子统计的规律,从独立粒子系统的三种统计分布即:麦克斯韦-玻尔兹曼分布;费米-狄拉克分布及玻色-爱因斯坦分布这些统计分布的区别与联系入手,谈费米-狄拉克统计在研究半导体性质中的广泛及重要应用.在通信工程专业主要介绍光的量子通信.在软件工程专业主要介绍新一代的计算机发展趋势与量子力学的基本关系等.

又例如我们介绍激光这一专题时,对通信工程专业主要介绍激光的主要应用.在光学工程专业主要介绍利用激光的特性,即激光照射到物体上产生的动量及辐射压力特性的最新应用——光镊.而在电子信息科学与技术专业,则结合我校特色,介绍激光雷达的原理及激光多普勒效应的应用等.

(3)同堂教学中的分类指导原则的运用

即使采用了分学科、分专业的分类指导原则,但实际上,由于目前大学物理教学中一般采用大班授课方式,不同班级、不同学生在入学成绩、兴趣爱好等方面还有很大的差异.

如何最大限度地引导不同特点的学生在掌握物理概念的基础上,培养科学素养,提高学习能力.以突出大学物理课程的基础性和全面培养学生的能力总原则,还需要教师在每堂课的教学环节中,不断灵活运用分类指导的原则.这样才能引导学生认识自我、改变自我、超越自我,最大限度地调动不同学生的学习积极性及主动性.

在具体的课堂教学中,主要采用“黑板板书+多媒体课件+课程思考题和选作课外论文”的方式,针对不同特点及学习习惯和学习程度的同学展开分层次教学指导的教学工作.充分满足各层次人才的科学素质的要求,引导学生朝着能发挥自己优势的方向发展,让优秀人才更快更好地成长.

其中每节课的黑板板书是针对教学中的最基本要求,是大学物理该节课程的最基本要求,包括本节课必须掌握的理论内容,主要公式,重要定理定律.如介绍波动光学的干涉特性的分振幅方法及分波振面方法干涉的问题中,我们在黑板上的板书如图1所示.

图1 薄膜干涉板书示意图

其中涉及干涉中明暗纹条件的基本公式,光程差的表达形式以及干涉问题中各个知识模块之间的基本关系.这些内容是保留在板书中要求学生必须掌握的内容.

在基本层面,我们按照教学大纲的要求围绕薄膜的干涉问题展开讨论.教师制作的多媒体教学课件学生可以直接从老师处拷贝或者从大学物理的网站上下载.许多教学资料与教学资源都能在该网页上下载,在此不再赘述.

提高层面中我们主要采用布置思考问题的方法,引导部分学有余力的同学,展开更深入的关于干涉问题的思考.比如在等厚干涉中的劈尖干涉问题中,一般教学中都会举肥皂泡表面由于薄膜的反射所引起的彩色干涉现象.例如铁丝圆环上沾了肥皂水再竖直放置起来之后的肥皂膜照片.由于肥皂薄膜自身的自重影响,薄膜会形成顶部薄,而底部渐厚的楔形分布.因此会出现较为明显的平行状条纹,由于是白光入射,条纹呈彩色分布.针对这个大学物理中经常提及的实验现象,我们提出思考问题:①薄膜上部较暗区域中为什么没有干涉条纹.如何解释这个区域中暗区域现象.②当干涉条纹在薄膜厚度增大到一定程度的时候,干涉现象不再明显,怎样解释这些现象.如何定量给出薄膜厚度达到什么程度将不能再观察到明显的干涉现象的基本判据.③如果入射角度发生变化又会出现什么样的条纹变化,如何解释这些现象?④薄膜干涉的成像区域具体在哪里等.

这些问题只是点到为止,在课题上不能占用太多的时间.感兴趣的同学,可以进一步地去查阅相关资料,对课本要求以外的内容,如厚度特别小的薄膜的干涉问题展开深入的思考,进一步还可以对其中涉及的相位突变理论展开讨论.而这部分的思考与讨论我们将指导学生采用课下讨论,通过上网查阅资料,图书馆检索的方式完成课业论文,课业论文的成绩记入物理考评最终总成绩.有时课程进度紧张,这部分思考问题就作为课堂幻灯片的一部分,请感兴趣的同学在课下思考完成.

这些思考题目涉及大学物理教学的每一堂课.种类涉及物理规律的应用,物理现象的解释等方面,甚至有些物理难题是目前尚未在理论上完全解决的问题.这些问题的提出一方面可以丰富同学们的物理知识,另一方面也可以提高同学们对学习物理的兴趣,使同学们了解虽然有些物理问题至今尚未解决,但它离我们的生活是如此的接近,它离我们的物理教学是如此的接近,这些问题是大学物理课堂教学内容的引申与发展.

3 总结

本文通过对我校在大学物理教学中,针对不同学科、不同专业群、不同层次的学生实施多层面、分层次教学实践活动的总结.全面阐述了我校在实施大学物理教学改革过程中,注重结合我校专业特色,注重增加教师选讲内容,通过引进物理学中的最新进展,结合本章中的经典问题,以便达到既保障最少课时下完成基本学习效果和基本学习要求,又积极引导学生积极主动地对物理学习保持常新和兴趣的教学改革实践的探索.通过多层面、分层次大学物理的教学,使大学物理的学习成为点燃学生思维火花的火种,而不是填充物理知识的容器.

通过多层面对大学物理教学内容的梳理与整合,真正使物理教学不仅成为物理知识传授的平台,更是面向不同层面学生进行科学思维方式的培养和科学研究方法、科学素质和创新精神的培养的舞台.

总之,多层面、分层次大学物理教学模式,较好地满足了“理、工、文、管”及不同专业群对物理学的不同层次的需求,对学生从具体问题中抽象物理模型、掌握物理概念和运用物理基本方法,体会物理和谐美起到重要的作用,是对大学物理教学模式的一种成功的探索.

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2009-12-23)