新时代理工科本科物理学教育改革的思考

摘 要：随着我国新工科建设的提出，高等教育人才培养目标的确定，理工科本科物理学教育改革面临着重大挑战。针对传统本科物理學教育观念和教学方法中存在的本质问题进行讨论，从学科知识特点、成才要素、教育管理制度三个方面出发，提出重塑本科物理学教育改革的理念和方法。

关键词：逻辑思维；成才要素；趣味教学

“新工科”建设的提出后，高等学校本科物理学教育处于重要地位。北京大学物理学院理论物理研究所刘玉鑫教授指出：“全球十大新兴突破性技术”所占据的十个主要领域——人工智能、机器人、物联网、无人驾驶交通工具、3D（三维）打印、纳米技术、生物技术、材料科学、能源储存、量子计算这十个领域中有九个直接与物理相关。教育部具体建议的六类“未来技术学院”——脑科学与智能技术、光子与量子芯片技术、光物质与能源技术、仿生智能材料科学与技术、生物芯片技术，基因组健康技术，全部属于物理学的范畴和外延。理工科大学当前本科物理学教育仍存在陈旧的教学观念和教学方式、落后的教师管理制度，因此无法培养出新时期要求的创新型、复合型、应用型人才。

一、抓住物理学知识特点，遵循自然科学的逻辑思维模式、遵循实验科学规律、遵循理论与实际相结合的思路，进行教育模式的改革

（一）遵循物理学的自然科学逻辑思维模式讲授物理学知识。物理学是研究物质、能量的本质与性质，以及它们彼此之间相互作用的自然科学。本科物理学传统的授课方式是教师是导演、编剧，以“传授已知知识”的方式成为课堂整个过程的主体，学生在教学过程是被动的“知识容器”。因此，学生觉得大学物理学枯燥无味、学习物理学知识很费劲、仅仅为了考试完成习题，甚至“背题”。即便是成绩好的学生毕业多年以后也都忘了大部分本科物理学知识。学生是学习的主体，教师是领路人。将学习任务按照逻辑思维模式——现象、根源、定性解释、定量推导——安排学生由简单到复杂、由感官到抽象、由个体到系统地分析问题。运用数学知识推导，对物理公式及物理量需重视其物理意义的理解，使知识由抽象符号和公式转化为学生信手拈来的常识。鼓励一个问题多角度思考和寻求多种解决方案。培养具有逻辑清晰、求真、严谨、抽象、系统、创新思维能力的本科人才。

（二）加入物理实验讲授物理学知识。物理学是一门实验科学。曾经有位物理学家说过，再漂亮的理论如果与实际不符，那它是南郭先生，其存在是没有意义的。尽管本科物理学知识比初、高中阶段的知识复杂，但完全通过公式推导、分析推理等理论形式讲授，不符合学科特点，更不宜培养真正有物理思维的科技创新人才。在当前条件下，若理论不能计算或预测，通过实验观测可得到结论。此外，物理实验是一个过程，不仅仅是一些数据，实验给学生的感受是真实具体的。因此，教师在授课时加入演示实验、学生实验、或者实验过程的视频，积极规划、设计学生参与实验和讨论，减少黑匣子实验，使实验成为理论教学的重要组成部分。遵循从现象到物理本质，从简单到抽象的思维过程。这样更符合物理学认知的逻辑，学生对物理概念、公式、定理的物理意义理解会更深刻。复旦大学物理学系教师吕景林等前辈们在“物理演示实验拓展”方面的教改已见成效。此外，在理论和实际结合过程中学生会逐渐感觉到自己在物理学领域、在某些跨学科领域里可做些实际的事，他们找到了乐趣，找到了价值。在这个过程中也训练了学生面对“确定性的工作”转变为“不确定性工作”时身心的协调能力，勇敢、无畏地去发掘宝贵的创造力的素质。

二、理工科本科学校应不断完善高校教师管理制度，适应新时代教育改革的步伐

（一）质量的理工科人才培养需要配备一定比例的稀缺人才担任教师。正如国科大流传的一句话“绝大多数高校是教师来培养科学家，而国科大是用科学家来培养科学家”。新时代对人才的要求是多维，对培养人才的教师必然也被要求在知识、能力和价值观方面是令人佩服的。在当今道德水平不断下滑阶段，有实践经验、技术水平高、科研能力强、道德水平高尚的人，当之无愧被称为稀缺人才。教师作为学生的引领者，其对学生的影响是巨大的。首先，对于专业水平和科研技术能力而言，如果任课教师有真正参与科研、工程、或进行软硬件等器件设计的经历。那么在教学过程中讲授的内容会更有实用价值，讲解思路会更易于接受，对课程内容、考试内容的设计会更符合时代的要求。从而更有可能培养出新时代要求的创新型、复合型和应用型人才。其次，对于教师的道德品质而言，“次品”决不能当老师，否则后患无穷。对于缺乏师德的还是不要当教师。

（二）公开、公正对待各项奖励制度、教学和科研基金项目、专业培训、技术文化交流等项目，以及请一线教师参与教学大纲的制定、新专业课程结构的制定、大学物理实验项目的确定、教学比赛评分规则的制定等等教学指导工作，对物理学教师专业水平和品德修养的提高均有积极推动作用。改革开放四十年，提高教师教育水平的一系列政策和措施还是无法做到公开、公正。从教育教学改革宏观规划到微观调整，很多时候是领导和专家在绞尽脑汁谈论的事，与绝大多数一线教师无关。一线教师不能发挥其主观能动性，不但浪费了一线教师这种优良的资源，更重要的是，没有一线教师的现实合理建议，很多制度和规定无法使各种项目实现最初的目的，甚至得到相反的结果，导致一线教师心理失衡。客观的分析此现象背后的原因，一方面，规则和制度的公开透明，以及普通教师的话语权，在当今仍然不是容易实现的事。另一方面，有些普通教师并不关注“规则和制度内容”，因为关注与否对自身并无影响。

综上所述，高校本科物理学教育改革应遵循学科特点和成才规律，其质量水平决定于教师的素质、学校管理制度的执行者。

参考文献

[1] 吴爱华，侯勇峰，杨秋波，郝杰.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（01）：1-9.

[2] 徐向民，李正，韦岗，等.创新引领战略下的电子信息类专业创新创业人才培养[J].高等工程教育研究，2018（02）：153-164.

基金项目：文章由“安徽理工大学博士基金项目”支持。

作者简介：周宏丽，安徽理工大学山南校区力学与光电物理学院，讲师，博士。