科学前沿在物理专业课程教学中的渗透与实践

陈苗根+余森江+焦志伟

摘要：在物理专业课程教学过程中，我们实践发现，通过加强科学研究前沿在课程教学中的渗透，不仅学生的学习兴趣等得到了提高，更重要的是在选择毕业论文指导教师、参与科研课题和课外科技活动等方面起到了很好的作用。

关键词：科学研究前沿；物理专业；课程教学；渗透与实践

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）32-0007-02

一、现实背景及意义

在物理专业课程教学实践过程中，我们发现，课程在教材内容的选择和编排上着重突出的是经典物理部分，而对物理学前沿知识的成果、思想和方法介绍不多，很难引起学生学习的兴趣。另一方面，专业实验和毕业论文都要求学生掌握科学研究的基本过程和思路方法。课程教学和科学研究在现行的教学模式中是相对独立的。

自上世纪中叶以来，许多国家不约而同地将视线投向科学教育领域，尝试进行改革。各发达国家的科学教育改革均重视科学研究前沿教育的功能，其重点也正落在教学内容的现代化上。他们甚至在中学物理教学中加入了科学前沿知识，如，美国的PSSC课程、澳大利亚科学教育计划、英国纳菲尔德课程等做出了卓有成效的探索，产生了深远影响。作为对国际科学教育改革的积极回应与推动，我国新一轮课程教学改革也寄希望于加大科学研究前沿的比重，在确保基础性的前提下，对教学内容进行了一定的扬弃。新增内容的教学要求虽不高，却有助于弥补物理教学长期存在的不足。此前的研究表明：将科学研究前沿知识渗透于物理教学中，是一种哲学教育。物理学与哲学存在高度的正相关性，而且相互构成对方发展的背景，尤其在近现代特别突出。一方面，哲学观点促成了某些现代物理理论的创立。譬如相对论的提出具有明显的唯理论色彩；量子论的成功可归属于实证论。另一方面，物理学的发展也大大丰富了当代哲学。相对论、量子论引发了认识论和哲学领域的变革；混沌理论所涉及的不确定性、非线性、耗散结构、自组织等概念也形成了相应的思潮，并开始改变传统的哲学思想。将科学研究前沿知识渗透于教学中，是一种人文教育，还能够帮助学生进行有意义的学习。这个学习，是通过将未知的外部世界与已知的内部世界相联系，将未知融入已知中的认知过程。这种联系和融合越清晰，学习就越成功。现代物理尤其是科学研究前沿是在经典物理基础上的继承、修正和超越，二者并非绝对对立，在教学上也不能割裂开来。此前研究还表明，科学研究前沿在物理专业课程教学中能起到以下的作用。

1.激发学生的学习兴趣，促进其学习。

2.在教学中强调科学家发现科学真理的过程，让学生了解科学发现的本来面目，引导学生创新。

3.开阔学生的视野，帮助其形成合适的科学观和科学精神。物理前沿知识中有大量说明科学相对性、不确定性的事例，将其渗透于教学中，能够开阔学生视野，鼓励他们质疑旧的科学观，逐渐形成具有现代意蕴的科学观。

4.开发物理课程的隐性功能，鼓励学生从求真到求美求善。科学对真理的追求往往也是对美和善的追求。因此，在物理前沿教学中很明显，将前沿知识融入物理课堂中，可使学生在学习具体物理知识的同时进行求美求善的学习。所以，在教学过程中应当多考虑在经典物理教学的整体背景中进行前沿知识的教学，换言之，应当多考虑科学前沿研究在经典物理教学中的渗透。

二、现状与存在的不足

从现在的专业设置和具体的物理专业课程教学中，现状和存在的不足，情况如下。

1.在目前的教学和学生学习的现状下，普遍存在学生的学习动力和兴趣不足的现象，教师往往希望通过“课程设计的改革与实践研究”来改善或者改变这种现状，让学生敢于学习，勇于学习。

2.学生参与科学研究和课题动力不足，有些学生甚至欠缺完成毕业论文的原动力。而另外一方面，教师却希望学生积极参与自己的科学研究课题，学以致用。改变学生对学习不敢兴趣，总觉得离应用还远、用不着的态度。

3.在实际教学中，有的教师可能认为科学研究和前沿知识太难，担心学生不能接受。实际上，学生对科学研究前沿知识是感兴趣的，因为学生对未知领域是好奇的。另外，专业实验和毕业论文都要求学生自身需掌握科学研究的基本过程和思路方法。从我们学校自身建设角度来说，科学研究前沿在专业课程教学中的渗透与实践是很有必要的，因为学校努力从教学型大学向教学研究型大学转变。教学研究型大学的转变需要更多的科学研究人员，其中的科学研究人员不仅仅包含教师、研究员，还包含了学生。而利用科学研究前沿在专业课程教学中的渗透，可以进一步激发出学生的求知和创新能力，从而推动学生参与教师课题或者自己申请课题，参与科学研究。

三、渗透与实践

我们以中国计量学院应用物理系专业课程教学为例，在具体的教学过程中融入科学前沿和教师的科学研究课题来看其在专业课程教学中的渗透与实践效果。正如前面的研究表明，在激发学生的学习兴趣，促进其学习，让学生开阔视野，认清科学研究本身，鼓励学生从求真到求美求善等方面起到了重要的作用。尤其在激发学生学习兴趣方面起到了显著的效果。我们认为，如果说课堂的物理学更多地表现为一种控制逻辑的话，那么前沿科学研究特别是纯科学研究，则还能体现科学活动的反思。将前沿物理知识渗透于教学中，让学生多了解物理学日新月异、激动人心的变化，而本身科学的逻辑和反思往往能够激发他们更大的认知兴趣，并引起其内心深处的探究欲望，从而促进其学习。另外，在具体的实践中，在《薄膜科学与技术》课程中，引入教师自身研究对薄膜物理展开具体的专题前沿讲座，我们发现在以下三个方面起到了很好的效果。

1.学生自由选择毕业论文导师方面。在学生了解教师研究领域的基础上，学生可以自由选择专业实验和毕业论文导师，学生的毕业论文与教师的科学研究可以有机的结合。近年来，在毕业论文选题的过程中，就有好多学生的题目和指导教师近期的科学研究很好地结合了起来。让学生很早地参与老师的科学研究项目，一方面可以让学生不会盲目地选择专业实验和毕业论文导师，另一方面，在做毕业论文之前，实际上，学生已经近距离地参与到科学研究中来，已经逐渐地熟悉了科学研究的各个环节，并养成较好的科学研究能力。这样，学生的科学研究和创新能力得到了提高，教师也能够言传身教，更为具体地指导学生的毕业论文写作进一步提高了毕业论文的质量。

2.学生参与教师的科研项目和自己申报小课题方面。学生对学习不感兴趣，总觉得离应用还远，用不着，而通过对前沿的讲述特别是教师结合自己的课题科学研究等在课程中的渗透穿插，使学生对科学研究感兴趣，想参与科学研究。参与科学研究又进一步促进了学生的学习。在实践中，学生参与教师的科学研究，这种参与形式是多样的，既可以是为老师收集科学研究所需的材料、数据和信息，锻炼学生获取有益信息的能力；也可以让学生积极主动地参与到课题的相关研究结构、观点的讨论中来，教师和学生相互学习，相互提高。在这个过程中，学生的科学研究能力得到了提高，教师的科学研究工作也大大受益。一些科研项目，如，大学生创新创业计划等，可以由学生来主持，教师来具体指导，学生积极参与或者申报，真正实现“学以致用”。

3.学生参加课外科技活动和科学实践方面，特别是撰写科技论文的能力等。在课外科技活动和科学实践中，我们通过布置一些题目和主旨，利用寒暑假期和周末，作课外调查，写调查报告，让学生把所学的专业知识活学活用，丰富自己的实践，通过实践环节将理论和专业知识的学习引向深处。通过这些活动，学生的参与性、积极性都大大提高了，创新能力也得到了提高。通过实践环节，对于科技论文写作，尤其针对学生写作不规范甚至照抄等现象，也能起到很大程度的改善作用。同时，这样的实践也为学生完成毕业论文或者课题奠定了基础。

总之，通过对科学前沿在物理专业课程里的渗透与实践表明，科学前沿地引入，尤其是教师自己的课题科学研究讲述与介绍，为学生参与科学研究提供了入门和基础，不仅使得学生对科学研究感兴趣而且对参与科学研究有了积极性，学以致用。反过来，学生参与科学研究的积极性又进一步促进了其对专业课程学习的兴趣与热情。

参考文献：

[1]杨邦朝，王文生.薄膜物理与技术[M].成都：电子科技大学出版社，1994.

[2]肖定全，朱建国，朱基亮，申林.薄膜物理与器件[M].北京：国防工业出版社，2011.

[3]叶志镇，张银珠，黄靖云，汪雷.以科研促进《薄膜材料技术与物理》专业课程的教学改革[J].材料科学与工程学报，2010，28（3）.

[4]陈世鸥，王辉.前沿物理数学与新课程改革[J].中学物理教学参考，2005，34（9）.

[5]陈世鸥，王辉.前沿物理教学与新课程改革[J].复旦教育论坛，2005，3（3）.

[6]郭有田.科技前沿知识在物理教学中的渗透[J].技术物理教学，2012，20（2）.

[7]陈苗根，余森江，焦志伟.对比法在薄膜物理教学中的妙用[J].科教文汇，2010，（8）.

基金项目：理学院教改项目，校重点课程建设项目和中国计量学院物理实验中心。

作者简介：陈苗根（1981-），男，浙江杭州人，博士研究生，副教授，研究方向：磁性物理。