大学物理课程体系与教学内容和教学方法的改革

大学物理课程体系与教学内容和教学方法的改革

为了培养21世纪的高素质人才，大学的基础课程如何在优化学生的知识结构、培养技能和素质方面发挥主导作用。如何改革教育体系、课程和教育方法，以满足现代人才培养的需要。它已成为人们研究和讨论的重要课题，也是许多物理教师、学生和教育行政部门面临的紧迫任务。千里之行,始于足下.探讨和摸索大学物理课程体系、教学内容、方法改革的路子以及能力、素质培养在具体教学中的体现途径,是全面推进教育、教学改革,实现大学物理课程现代化和高素质人才培养的先导.结合近年来的教学实践和在我校电气、管理、经贸等专业对大学物理教学所作的一些尝试性探索,探讨大学物理的教学和教学改革.1大学教育思想大学物理是一门重要的基础课程,除了理工科学生必修之外,从能力培养、提高素质的角度考虑,近年来我校及一些重点院校对人文、管理学科都开设了物理学.目前,几乎所有专业都把物理学作为必修课程,说明了大学物理这门基础课程在人才培养方面所显示的重要地位及其作用.大学物理课程教学质量的高低,直接影响着学生能力、素质的培养和提高,也影响着整体教学质量和学校的声誉要提高基础课程的教学质量,全面推进教学改革,首先教师必须具有强烈的工作责任心和较高的业务水平;其次是用先进的教育思想指导大学物理教学研究和教学改革.目前,高新科技发展日新月异,知识更新时间大为缩短,许多经典的物理概念已经有了新的内涵和意义,对物理概念与理论也应有更深刻的阐述;未来世纪知识集成化、学科交叉化以及技术与经济的紧密结合,对基础课提出了新的要求.所以在基础课教学中,要尽可能的多向学生介绍一些相关课题的前沿,扩大信息量,扩大学生知识视野.要将一个非线性的、开放的、非平衡态的、赋于新理论的物质世界介绍给学生,要将物理学的新发展介绍给学生,这就要求教师在强烈责任心的感召下,向教学投入更多的时间和精力.教师要花费大量时间学习和阅读文献,开展科学研究和教学研究,注意分析近年来国内外出版的教材,特别是面向21世纪的教材.近年来,学生对物理学的兴趣有所减弱,原因当然是多方面的,但作为教师,要唤起学生对物理学的爱好,激发学生对物理学的学习兴趣,这样才能提高物理课程的教学质量,培养学生具备所需要的物理素质.只有教师业务水平提高了,掌握的新东西多了,对当今科技发展了解得多了,就可以使课堂教学生动化,富有趣味性,启发式也会运用自如.这样就会逐步引导学生去自觉的学习物理学,培养学生对物理学的兴趣要提高教学质量,推进教学改革,还必须把住各个教学环节.要建立新型的“教”、“学”关系,注意征集各方面对教改工作的意见,特别要注意听取学生对课程及教改的希望、要求、建议和意见,并注意在课间课外,了解学生的学习情况,“教”、“学”相长.要主动地与教学管理部门联系,注意听取教学管理方面对教改工作的意见,完善和推进大学物理课程体系、教学内容、教学方法的改革.2力学与水体运动大学物理改革的宗旨将是全面体现对学生知识结构的优化以及能力、素质的培养和提高.更新教育观念,保证基础,加强近代,使基础物理知识、现代物理知识与工程技术和应用相结合,使课程体系、教学内容、方法、手段现代化.改革应遵从大面积稳定,小面积放开的改革试点原则,我校分别在管理、经贸、会计97、98级(小面积)和电气96级(大面积)进行了教学改革试点工作.文、管学科大学物理改革试点可以说是小面积大动作.从指导思想到框架体系、教学内容、方法都进行了大幅度的改革.从面向21世纪文、管人才的培养目标出发,注重物理思想方法和科学观点的传授,重视继续性教育向创造性教育观念的转变.课程体系从原有的工科体系以运动形态分类改变为以运动规律分类,形成了新的课程体系.教学内容的改革则是削减了经典内容,增添了反映物理学的新发展,及其在高新技术中的应用等新内容.在广泛调研的基础上,制订了人文、管理类大学物理课程教学大纲.在大纲的框架下,对课程体系、教学内容进行取舍、重组和构建,分五篇十四章,总学时为72学时.其中前四篇为讲授内容,第五篇为自学内容.讲授共60学时,其余12学时为讨论课、论文讲评、演示实验、教学录像等.其篇、章、节目录及学时安排如下:第一篇,对称性与守恒定律:第一章,力学与天体运动(4学时),主要由以下几节组成:牛顿运动定律;天体运动与万有引力;海王星的发现和潮汐现象、大气运动;能量守恒定律和永动机的兴衰;动量守恒定律与火箭飞行原理;角动量守恒定律及行星的运动.第二章,对称性与守恒定律(4学时),其节目为:宇宙中广泛的对称性;物理定律的对称性;宇称守恒与不守恒;对称性原理的重大意义.第二篇,时空观:第三章,经典时空观(4学时):主要讨论了牛顿时空观的相对与绝对;运动的相对性及速度合成伽利略的相对性原理和伽利略变换.第四章,相对论时空观(10学时):牛顿力学的困难;光速不变、相对论变换;狭义相对论的时空观;新时代的标志———质能关系.第五章,广义对相对论(8学时):广义相对论的基本原理———等效原理及相对性原理;引力场的时空弯曲及广义相对论的可观测效应;引力坍缩与黑洞;引力波;大爆炸与宇宙膨胀、哈勃定律;3K微波背景辐射,宇宙、太阳系年龄的估计.第三篇,物质与波:第六章,振动与波(12学时):机械振动;机械波;波动光学基础.第七章,量子理论(6学时):物理世界的量子化;波粒二象性;不确定关系;波函数与量子力学.第八章,激光(4学时):激光的形成;激光器的基本结构;激光的特性及应用.第四篇,物质和相互作用:第九章,原子结构(2学时):X射线、放射性、电子的发现及其应用;原子的行星式结构与量子结构、原子核;粒子电荷、质量、大小的测定.第十章,固体物理与新材料(4学时):物质结构;能带理论、半导体;超导材料;C60简介及应用;纳米材料及其应用;扫描隧穿显微镜.第十一章,四种相互作用(2学时):引力、电磁、强、弱相互作用;电弱统一理论、大统一理论.第五篇;物理学与技术科学(自学,不占学时):第十二章,物理学与能源科学,主要含能源的现状、开发和利用;热能、热机及其效率;化学能、太阳能;原子能及其和平利用.第十三章,物理学与环境科学:人类的环境问题与环境科学;环境污染;自然、生态环境保护和相应政策.第十四章,物理学与信息科学:信息获取;信息传输;信息处理及应用.其余学时分配如下:撰写论文讲座与讲评(2学时);专题讨论课(6学时);光学、电磁学系列演示实验(2学时)教学录像(2学时).教学方法则从保姆式、注入式向生动活泼的启发式、讨论式、研究式、参与式转变,使应试教育向能力培养、素质教育转变.除正常教学采用启发式外,我们还开展了讨论课,时间安排在讲完对称性与守恒定律、广义相对论及天体运动后.问题涉及基本原理及其应用,具有趣味性,更具有探讨、研究性.方式是每班重点阐述2～3个问题,别的同学提问讨论.大家兴趣浓厚,发言踊跃,有近30名同学作了发言和讲解,对许多问题还进行了热烈而有序的辩论.通过讨论课,使同学们原来的一些模糊概念澄清了,加深了对物理概念、内容的理解和掌握,启发了学生思维,培养了学生的组织和讲解能力.以撰写论文代替期中考试,这种改革试点在于全面培养学生的综合能力.论文题目自选,其内容与本学期教学内容相关,范围较广;要求按科技论文格式书写,字数在1500字以上,并附有两篇以上近期参考文献.这对初次撰写论文的学生来,感觉无从着手.老师就论文选题及撰写进行讲座,介绍了科技论文格式和写法.强调论文的价值,在于创新能力和科学知识应用能力的培养.同学们花了几个星期的时间查阅了大量的参考资料和文献,经过反复思考、讨论、选题、撰写和修改,当完成了自己的首篇论文时,同学们怀着喜悦的心情感慨地说:“真正有所收获”.从同学们撰写的论文来看,有教学研究、问题探讨、科学研究、教学总结、小发明等.内容涉及天体运动、对称性、宇称、相对论、黑洞、电磁波、激光、粒子物理、材料、能源与信息科学等.通过撰写论文,提高了学生观察、思考、分析、研究问题的能力及实际工作能力,对同学们的创新意识产生了积极的影响.在教学改革过程中,还通过演示实验、电视教学等手段,使学生从直观的物理现象中,加深对基本概念的理解,培养其对物理问题的好奇心和动手能力.进行光学系列演示实验(40多个);观看了激光等教学录像.教学研究和教学改革促进了教学质量的提高,获得了学生的好评.根据97～98学年第二学期学校期中教学质量检查中来自于109名学生(学生总数为120名)对教学质量的评价,综合评价为96分,位于被调查的34位任课教师授课质量的前茅,参与评价的学生人数达学生总数90%以上,远大于其它被调查班.98～99学年第二学期期中教学质量检查中,学生对任课教师教学质量的评价位于大学物理课程教学质量之首.为了对文、管类教学改革进行总结,与教务处教研科及文管类教改课题组共同拟定了教学质量改革调查表.从学生的普遍反映来看,教学改革是受学生欢迎的,是成功的.学生对大学物理教学改革的总体看法(以下的百分比前项为97～98学年管理、财会专业116名学生的调查统计,后项为98～99学年管理、经贸、会计专业136名学生的统计结果):很满意和满意者达77%、85.3%;一般占21%14.7%;不太满意者占2%、0%;教学改革试点中有收获和收获大者占75%、83.8%;一般占24%、16.2%;无收获占1%、0%;认为教育观念必须转变和有必要转变(从重继承性教育向创造性教育观念转变;从重知识传授向注重方法、能力、素质培养转变)者达100%、99.3%;对精减经典内容,大力扩充近代内容、当今科技成果及应用内容欢迎者和较欢迎者占98%、96.3%;一般占2%、3.7%;不大欢迎者为零.以学生为主体,教学方法从注入式向启发式、讨论式、研究式、参与式转变,认为很好和好者占97%、95.6%;一般占3%、4.4%;认为不好者为零.通过大学物理学习,认为对物理学等知识面大幅度扩大和扩大者占97%94.9%;一般占2%、5.1%;无扩大者占1%、0%.对物理学的思想和方法有清晰的认识,有一定和较深体会与掌握者达95%、98.5%;模糊者占5%、1.5%.认为自己能力、素质有增强和大大增强者占74%、79.4%;一般者占24%、20.6%;无增强者占2%、0%.在教学过程中,积极开展教学研究.几年来的教学实践证明,教学研究对大面积教学质量的提高,对大学物理改革起到了积极的指导和推动作用.几年来先后发表教学研究论文15篇,对大学物理教学和教学改革进行了深入的探讨[1～5].除在文、管等专业进行教改外,还在电气96级进行了大面积教学改革试点工作(小动作).在大学物理开设的第二学期中,在不增加学时和降低教学要求的情况下,结合教学内容,扩充了10个专题:能源与环境保护;混沌现象;多普勒效应的广泛应用;宇宙大爆炸;光学信息处理;全息照相;非线性光学;激光技术及应用;扫描隧穿显微镜;广义相对论简介等.专题讲授学时主要来源于对原教学内容复杂演绎推导所作的简化和减少课内例题.抽样调查结果表明,学生对教学改革的满意率为89.4%,远大于基本按传统模式教学的满意率(70%).3教材建设和体系改革教材建设是改革的实体,课程建设为教学质量的提高,提供了长远的保障.为了推动大学物理教学改革及课程建设,从文管类小面积入手进行大力度的改革,以便取得经验,逐步向大面积推广.改变文、管类教学内容是工科的缩减、教学体系是工科缩影的局面.从面向21世纪培养高素质人才的目标出发,编写具有改革新意,适合文、管学科特点的大学物理教材势在必行.《人文、管理类大学物理课程教学内容、体系改革及教材建设》项目为1997年西安交通大学面向21世纪教学内容和课程体系改革立项项目.文、管类大学物理讲义在试用两遍的基础上,1999年被立项为“西安交通大学1999～2000年重点教材出版”项目,目前正在对体系内容进一步调整和修改,2000年初