重视创新能力培养的大学物理教学实践与思考

解迎革 李 霞 王国栋

（1.西北农林科技大学理学院,陕西杨凌 712100;2.西北农林科技大学教务处,陕西杨凌 712100）

重视创新能力培养的大学物理教学实践与思考

解迎革1李 霞1王国栋2

（1.西北农林科技大学理学院,陕西杨凌 712100;2.西北农林科技大学教务处,陕西杨凌 712100）

大学物理学课程自身的特点决定了其在学生创新能力培养方面有着不可替代的作用。根据高等农林院校的专业特色,针对物理教学只注重知识传授的弊端,首先,要把学生创新能力的培养作为大学物理教育教学改革的方向。通过改革大学物理课程的教学模式和教学方法,培养学生开展科学探索与创新的兴趣和积极性;通过学法指导,培养学生科学探索与创新的思路。其次,要改革课程平时的考核方式,注重学生科学研究能力的培养。通过实施小组科研汇报的考核方式,促进科研小组的群体协作;通过实施科研论文撰写及文献组织的考核方式,注重学生信息获取能力的培养。最后,要适应创新教育的需要,创建新的课程期末考核方式,把学生科技创新能力的培养作为贯穿于全部教育教学活动的目标。

大学物理学;教学改革;创新能力;学习方法;课程考核

高等院校是知识创新、知识传播和知识应用的主要基地,是培育创新精神和创新人才的重要摇篮[1]。国务院《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》指出：“高等教育要重视培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神,普遍提高大学生的人文素养和科学素质。”物理学作为一门自然科学、人文科学、思维科学等相互交叉、有机结合的综合学科,理应发挥其所具有的知识传授和创新能力培养的双重功能[2]。大学物理课程是对学生进行创新能力和素质培养的极好课程,物理学的基本概念、方法和知识是培养学生的科学精神、科学态度和科学思维方法的最好素材。

当前,高等农林院校的大学物理课程教学大多处于尴尬局面。在教学内容的取材上,知识更新较慢,与学科前沿的结合以及与边缘学科的交叉很少,没有体现物理学与农林科技之间的必然联系;在教学方法上,仍偏重于理论知识的讲授和理想化条件下的讨论,缺乏在理想模型与实际应用之间建立桥梁的意识,对物理学应用方面的知识也介绍得较少,造成理论与实际的脱节。传统的教学模式使大学物理课程教学对大学生创新能力的引导不够,这导致部分学生和专业教师认为学物理没什么用。在高等农林院校的大学生中,学习物理无用的说法还普遍存在。虽说物理学是开展素质教育的好素材,但是由于课程教学没有抓住学生综合素质培养这个根本任务,所以教学偏离了应有的目标轨迹,也就不可能取得好的效果。

因此,针对大学物理课程教学只注重知识传授的弊端,必须根据高等农林院校的专业特色改革课程的教学模式和教学方法。培养大学生的创新精神和创新能力是高等教育改革的宗旨,也是物理教育教学改革的方向[2]。西北农林科技大学进行了大学物理课程教学创新的试点工作,把大学生科技创新能力的培养作为贯穿于全部教育教学活动的目标,以培养“厚基础、宽口径、强能力、高素质、广适应性”的人才为目的,遵循物理学的学科特点和学生的认知规律,积极探索与实践在大学物理课程教学体系实施过程中培养大学生的创新素质。

一、积极进行课堂教学探索,注重学生创新性学习能力的培养

大学的课堂教学应鼓励学生研究学问、探索创新。课堂教学是教育活动的主要组织形式,是实施创新教育、培养学生创新精神的主阵地[3]。但长期以来,在大学物理的课程教学中,教师所关注的往往只是单纯的知识灌输和技能传授,研讨式教学很少,忽视学生兴趣、态度和创新精神的培养。这使学生逐渐养成了对教师依赖的习惯,不利于提高学生独立学习的能力;同时,学生的个性和创造性被扼杀也造成学生的知识面狭窄、基础薄弱、能力不强、发展后劲不足。培养学生的创新性学习能力,就是培养学生在自觉状态下主动参与学习并探索知识、创造知识的能力。这意味着大学生应该有充分的独立思考和发挥的空间,而不是被动地接受教师传授的知识。

（一）培养学生开展科学探索与创新的兴趣和积极性

爱因斯坦有句名言：“兴趣是最好的老师。”古人亦云：“知之者不如好之者,好知者不如乐之者。”可见,兴趣对学生的学习有着神奇的内驱动作用,能变无效为有效,化低效为高效。学习兴趣是培养学生创新性学习能力的驱动力,充分激发学生的学习兴趣是当前开展素质教育、优化课堂教学、减负提质的最根本和最有效的途径之一。在大学物理课程的教学过程中进行物理学史的介绍,被证明可以有助于更好地培养学生的思维能力和科学创新能力[2,4-5]。物理学家在取得伟大成就的过程中所运用的精妙绝伦的研究方法和所形成的实验构思,提供了取之不尽的科学方法教育的素材。

因此,重视物理学史的教学,通过分析讨论物理科学学术争鸣的原因和科学家的思想、研究方法,既可以激发学生学习、掌握前人在物理学研究创新中已获得和积累的知识、技能方法、物理思想,又能培养学生的创新精神和创新能力[6]。同时,在大学物理的课堂讲授过程中,通过对物理学相关理论、定律和公式的产生过程等背景知识的介绍,极大地提高了大学生对将要学习的物理学理论知识的兴趣;有助于培养学生的质疑能力、独立思考能力、灵活敏捷和深刻的思维能力和创造性的想象能力,帮助学生建立对科学现象进行思考和归纳进而解决实际问题的研究思路。此外,物理学家高尚的道德情操和人格也是培养高素质人才所必需的范例。

在大学物理课程的教学实践中,笔者会在每节课之初用几分钟时间介绍本节课将要讲授的知识点在自然界中的具体体现以及科学研究前沿的进展情况。这不仅可以使学生的注意力很快集中,而且可以激发他们对物理知识的学习兴趣。通常,笔者还会拓展这些知识点,与学生的专业背景或当前的科技热点问题相结合,这使学生在每节课之初就对课程学习充满期待。

例如,笔者在讲授流体力学时,会介绍植物从土壤中吸收水分的机理和当前这方面的研究进展;在讲授热学中熵的物理概念时,会介绍其是如何体现在生态和人文科学的研究中的;在讲授电和磁的章节时,会穿插介绍雷电现象和地球磁场南北大反转现象,等等。这些以前没有引起学生注意的现象中竟然蕴含着这么丰富的物理学知识,使学生逐渐意识到物理学知识在理解自然界的过程中是多么重要。这不仅有助于提高大学生学习物理学的兴趣,更为重要的是有助于促使他们进行相关问题的思考和研究,从而培养科学探索、开拓创新的积极性。

（二）重视学法指导,培养学生科学探索与创新的思路

“授之以鱼莫若授之以渔。”知识是宝贵的,而获取知识的方法比知识本身更为重要。只有掌握了方法,将来才有可能利用这些方法去科学创新。大学物理课程教学要培养学生的创新精神,就必须改革,要从根本上改变教师在课堂上唱“独角戏”的传统的教学模式,引导学生积极参与教学过程,切实把学习的主动权交给学生;最终实现课程教学以教师为重心向以学生为重心的转变,充分发挥学生的主体作用,做到教与学的和谐与结合。

因此,笔者将科学方法论的教育贯穿于大学物理课程教学的全过程,通过挖掘教材中科学方法论的素材,以物理学知识为背景进行科学方法教育。在课堂教学过程中,笔者会在讲清基本概念、观点的基础上,把寻求结论的任务留给学生;还会经常提出一些与所讲授知识点有关的探索性问题,或者给出一些命题,鼓励学生在课后去查阅文献、相互讨论,然后每周在固定的时间让学生就议题进行辩论,使学生以发现者的角色进行这些学习活动。

例如,在讲完流体力学和液体的表面现象这2章后,笔者建议学生就生物体中的流体力学问题展开讨论。于是,学生在讨论过程中,基于动物体内血液的特点,讨论了血压、血栓、粥样硬化等问题和现象;从血液流动的动力学角度,研究了血管的粗细和血液粘稠度对血液流动的影响等问题;部分学生还对生物体内淋巴的流动和气体的流动以及植物体内汁液的流动等进行了探讨。为了更好地开展讨论,学生在课后查阅了很多文献,并在此基础上对相关结论进行了归纳,进而提炼出自己的观点。在辩论过程中,学生在阐述自己的观点时能够将物理学知识与他们所学的其他课程知识结合起来,大多体现了他们不同的专业背景,也充分展示了每个学生的才能。而在这个过程中,笔者不会过分关注某个观点的争议程度,而是关注学生在讨论问题的过程中是否能够逐渐建立起科学探索和创新的理念,侧重于训练和培养学生的创新思维和创新能力。

二、改革课程平时的考核方式,注重学生科学研究能力的培养

大学物理课程平时的成绩考核通常是以作业、期中测验等方式进行,容易使学生感到学习压力增大、负担加重,也容易使学生的自主学习、独立思考、开阔的视野等创新潜质得不到充分的体现。为此,笔者对大学物理课程平时的考核方式进行了改革探索。

（一）通过实施小组科研汇报的考核方式,促进科研小组的群体协作

在中小学阶段,学生是在一个相互竞争的环境中学习,学生间的交流实质上很少。大学课堂也不可避免地缺乏群体合作的氛围,使学生个体独立学习的倾向明显。但是,在科学研究和探索的过程中,各参与成员之间的团结协作非常重要,只有通过相互之间的合作,每个成员才能看到那些与自己不同的观点。这实质上就是每个成员自身创新性的展示。因此,笔者通过实施小组科研汇报的考核方式,促进科研小组的群体协作。首先,任课教师定期给出问题,要求学生自由组成科研小组,每个小组成员都要有明确的分工,共同完成图书文献或网络资料的搜索、整理,并形成汇报材料;然后在课堂上留出时间让每个科研小组进行工作汇报,其他学生可以随时提出问题,每个小组成员都要承担回答问题的义务;最后教师对每个科研小组的工作汇报进行评分,并将评分作为小组成员平时的课程考核成绩。这种课程考核方式激发了学生的学习兴趣和热情,使课堂讨论氛围非常活跃,无论是对学生还是对教师都是一个很好的学习过程,增强了学生团结协作进行科研探索的能力。同时,由于每个科研小组的研究领域侧重点不同,所以学生可以各取所需,就有疑惑的部分展开激烈的争论。这激发了学生的求异思维,使学生个体的创新意识逐渐形成并得到充分的展示。

（二）通过实施科研论文撰写及文献组织的考核方式,注重学生信息获取能力的培养

科研成果的展示需要合理的表述和表达形式,高质量的科研论文可以使科研人员的创新能力得到完美的展示。因此,在大学物理课程教学中,笔者非常注重对学生进行科研论文撰写方面的培训,通过实施科研论文撰写及文献组织的考核方式,为学生科研能力的培养奠定必要的基础。通常,笔者刚开始给学生出题目时,只是要求学生围绕题目对自己所看的文献进行整理,对论文的撰写没有字数的要求和具体形式的要求,目的是期望学生有自己的观点、不要人云亦云。这个过程需要学生查阅大量的文献,更为重要的是需要学生对所看的文献进行归纳总结,从而使学生学会了如何利用数据库和搜索引擎搜索文献,也提高了他们阅读外文文献的能力。在此基础上,学生开始逐渐留意到高水平文献在格式方面的规范性。于是,笔者拿出高水平的外文论文作为范例,向学生介绍科研论文各部分的作用和撰写的侧重点。这样,经过一个学期4～5篇科研论文的撰写训练,学生的科研论文写作能力得到了提高。最后,笔者对学生的科研论文撰写及文献组织情况进行评分,并将评分作为学生平时课程考核成绩的一部分。

这一课程考核方式的不足之处是：由于大学物理课程的课时有限以及其他课程的学习压力,所以学生没有时间到实验室进行实际操作。期末的学生问卷调查显示,学生希望将理论课程与实验课程在同一学期开设。实际上,物理学本身就是理论与实践紧密结合的学科,理论课程与实验课程同时进行符合认知物理世界的规律,只是考虑到高等农林院校的实际情况,目前阶段实施起来还有难度,但是应在后续的探索过程中认真考虑其可行性。

三、适应创新教育的需要,创建新的课程期末考核方式

传统的课程考核方式固有的缺陷性,决定了其不能真正起到考核学生学习的作用,也难以成为促进学生学习的手段[7]。虽然现在很多高校已实行了平时成绩与期末考试成绩相结合的课程考核方法,但还是不能完全摆脱以闭卷考试方式考核学生学习的弊病。因此,笔者认为应采取多样化和灵活化的考试方式来考核学生的学习。高校学生学习的考核方式的选择要以考核学生的知识和能力为宗旨,做到既考查学生的知识掌握程度,又考核学生的能力和综合素质水平[8];在考核内容方面,要强调理论与实践相结合,重点考核学生灵活运用所学知识分析和解决问题的能力,以促进学生积极主动地提高自己的创新意识和创新能力。

相关研究证明,开卷考试有助于提高学生的阅读能力、分析问题和解决问题的能力,有助于学生创新能力的培养。同时,开卷考试对任课教师提出了更高的要求。但是,大学物理课程很少采用开卷考试的形式。在教学过程中,师生之间的相互促进可以实现教学相长的目的,进一步提高大学物理课程的教学质量[9]。因此,笔者尝试以开卷考试作为大学物理课程的期末考试形式。开卷考试的题目包括2部分：一部分是基本题目,主要是考核学生对课程经典理论的理解和掌握;另一部分是把物理概念、理论应用于解决实际问题的题目,这些实际问题既可以是生活中的一些现象,也可以是与学生的专业紧密相关的应用案例。期末考核方式的创新有助于更有效地检验学生分析问题和解决问题的能力,有助于培养学生的创新能力;同时,也对课程教学过程起到了一个很好的导向作用,有利于教师转变教学思想,使教师坚定进行旨在进一步提高教学质量的课程改革的决心。

综上所述,经过一个学期的教学实践,笔者逐渐认同,学生发现问题和独立解决问题的能力是形成创新能力的基础,正如孔子所说的那样,“不愤不起,不悱不发。举一隅不以三隅反,则不复也”。笔者对开设大学物理课程的生物技术基地班、食品工程创新班、植物科学创新班等班级进行了问卷调查,问卷内容包括学生在学期之初对大学物理课程的看法、对课程教学内容安排的意见、对教学效果的满意度、对课程教学中创新能力培养的期望等4个方面。调查结果显示,学生对大学物理学课程最初的看法是内容单调、枯燥,主要就是记忆公式和套用公式。经过一个学期的教学实践后,期末时学生普遍反映对物理学知识和研究方法产生了浓厚的兴趣。学生认为,大学物理课程教学能够将理论知识与他们周围的生活现象联系在一起,能够与他们各自的专业紧密结合,从而极大地提升了他们的学习兴趣;在课程教学过程中安排了科研小组工作汇报和科研论文写作,并将其作为课程平时的考核方式,让他们受益匪浅,既体现了他们个体的创新能力,也锻炼了他们的团结协作意识。因此,学生对大学物理课程的教学效果表示“很满意”的达到了95%以上,并对课程考核方式的创新表示了认同。调查结果更加坚定了我们对大学物理课程教学的改革决心。重视创新能力的培养、提高学生的综合素质将是我们今后进行课程改革深入探索的目标。

然而,当前大学物理课程的教学改革思想存在一些问题：一是曲解提高物理教学质量的含义,把物理学的教学任务不切实际地节节拔高。例如,把高等农林院校的工科学生当作物理专业的学生来培养、来要求。二是繁琐、单一的大学物理学教材违背大学教育的规律,不符合不同专业人才培养的要求。三是物理学是一门与实践联系很密切的课程,而目前在教学实践中理论教学与实验教学却不能同时进行。因此,深入开展科学的大学物理课程教学改革是培养新世纪需要的创新型人才的关键,是一项需要坚持和更多思考的长期工作。

[1] 牛永红,王艳梅.教师创新是高校实施教育创新的根本[J].延安大学学报：社会科学版,2003（6）：124-128.

[2] 张勇.物理学史与创新能力的培养[J].株洲师范高等专科学校学报,2005,10（2）：79-81.

[3] 吴小鸥.大学课堂中创新性学习的偏离及纠正[J].高教探索,2006,6（1）：47-50.

[4] 慕民雄.物理学史与创新能力的培养[J].中国科教创新导刊,2009（24）：5.

[5] 付静,梁路光,姜广军.把物理学史引入大学物理实验教学的研究[J].大学物理实验,2009,22（1）：114-116.

[6] 王立.论物理学史在素质教育中的功能[J].汉中师范学院学报,2002,20（2）：64-68.

[7] 冯军勤,吕华.浅谈现代教育技术与大学物理实验的整合[J].广东工业大学学报：社会科学版,2007,7（1）：207.

[8] 魏天兴.大学生创新能力培养的几点思考[J].中国林业教育,2010,28（1）：48-50.

[9] 郭立,郭建军,范玉铠.大学物理开卷考试中的教学相长[J].天津职业技术师范学院学报,2004,14（2）：62-64.

陕西省精品课程（大学物理）建设项目;西北农林科技大学教学研究项目,项目编号JY0902095。

（责任编辑 柳小玲）