材料類專業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)探索

摘 要：本文介紹了材料類專業(yè)大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀，分析了目前教學(xué)中的不足，提出了大學(xué)物理除了培養(yǎng)學(xué)生基本自然科學(xué)素養(yǎng)外，還應(yīng)為專業(yè)課程奠定物理基礎(chǔ)，并針對性提出了優(yōu)化大學(xué)物理課程內(nèi)容和教學(xué)方法的建議，旨在提高材料類專業(yè)大學(xué)物理的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理 材料類專業(yè) 教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-1578（2016）07-0043-02

1 引言

物理學(xué)研究的是物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運(yùn)動形式、相互作用及相互轉(zhuǎn)化，它的基本理論是各個自然學(xué)科工程技術(shù)的基礎(chǔ)，廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)、生活實(shí)際。大學(xué)物理課程則是以物理學(xué)的基本原理和基礎(chǔ)應(yīng)用為內(nèi)容的高等學(xué)校理工科各專業(yè)學(xué)生一門重要的必修基礎(chǔ)課，該課程是養(yǎng)成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，增強(qiáng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，以及探索精神和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)等方面具有重要作用。同時，各理工類專業(yè)領(lǐng)域中都會涉及到物理學(xué)的基本原理、基本結(jié)論和基本方法，因而大學(xué)物理課程能為學(xué)生在后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)以及將來工作中解決生產(chǎn)技術(shù)問題，進(jìn)行技術(shù)改造和技術(shù)創(chuàng)新奠定重要的基礎(chǔ)，是合格的理工科畢業(yè)生、科技工作者和工程技術(shù)人員所必備的知識。對于不同專業(yè)，所需的物理知識側(cè)重點(diǎn)是不同的，如電子類專業(yè)側(cè)重于電磁學(xué)，化工類專業(yè)側(cè)重于熱學(xué)，機(jī)械類專業(yè)側(cè)重于力學(xué)等。要充分發(fā)揮大學(xué)物理課程的作用，就應(yīng)當(dāng)根據(jù)各專業(yè)特點(diǎn)，合理安排大學(xué)物理內(nèi)容，在教學(xué)過程中結(jié)合學(xué)生專業(yè)的需求有重點(diǎn)、有選擇地進(jìn)行物理教學(xué)。我們以材料類專業(yè)為基礎(chǔ)，探討分專業(yè)大學(xué)物理教學(xué)的教學(xué)模式。

2 大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 專業(yè)針對性不足

大學(xué)物理作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)，除了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)外，也應(yīng)該起著連接基礎(chǔ)理論知識與實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的橋梁作用。然而目前很多高校各理工專業(yè)都采用相同或類似的教材和大綱。這種安排雖照顧到了物理學(xué)各個基本組成部分，但是內(nèi)容龐大，容易讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的畏懼感，同時也不能體現(xiàn)出各專業(yè)的特點(diǎn)以及對物理知識要求的側(cè)重點(diǎn)的差異，容易讓學(xué)生學(xué)無所用的感覺，從而影響學(xué)習(xí)的積極性，僅僅是應(yīng)付了事。

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)不合理

傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)，更多的偏重于理論知識教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)（包括課堂演示實(shí)驗(yàn)）偏少，容易造成理論和實(shí)踐的脫節(jié)教學(xué)中有很多的專業(yè)術(shù)語和復(fù)雜繁瑣的理論推導(dǎo)，需要學(xué)生很好的掌握高等數(shù)學(xué)知識。然而隨著目前高校的擴(kuò)招，很大部分學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)中一旦理解不了，容易出現(xiàn)畏難和厭學(xué)情緒，從而影響學(xué)習(xí)效果。

2.3 學(xué)時少，內(nèi)容多

隨著高校擴(kuò)招，辦學(xué)規(guī)模擴(kuò)大以及專業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，高校的教學(xué)計(jì)劃也在不斷的調(diào)整，大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容也一再壓縮。根據(jù)教育部高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程指導(dǎo)委員會頒布了《非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》[1]，大學(xué)物理建議學(xué)時不少于126學(xué)時，但實(shí)際上目前各院校材料類專業(yè)大學(xué)物理課程學(xué)時普遍少于此建議。大學(xué)物理課程內(nèi)容多，難度大，學(xué)時的壓縮增大了教師教學(xué)難度，也導(dǎo)致學(xué)生難以在短時間內(nèi)掌握如此多的知識。如何在短時間內(nèi)教給學(xué)生足夠的知識，對大學(xué)物理教學(xué)來說是一個不小的挑戰(zhàn)[2]。

2.4 教學(xué)手段單一

目前大學(xué)物理教學(xué)更多的是采用教師用多媒體講授，學(xué)生被動接受的方式。這種以教師為中心的教學(xué)方式減少了學(xué)生和老師的互動交流，導(dǎo)致了學(xué)生的學(xué)習(xí)的主動性下降，課堂注意力不集中。如何運(yùn)用形式多樣的教學(xué)方法，提升學(xué)生的積極性，也是大學(xué)物理教學(xué)改革的方向。

3 材料類專業(yè)大學(xué)物理的分專業(yè)教學(xué)改革

基于以上大學(xué)物理在教學(xué)中所遇到的問題和困難，筆者在本校材料類專業(yè)中進(jìn)行了大學(xué)物理分專業(yè)教學(xué)的改革嘗試。所謂分專業(yè)教學(xué)，即在滿足培養(yǎng)學(xué)生基本物理科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)各專業(yè)的特點(diǎn)，合理制定不同的教學(xué)計(jì)劃，弱化與專業(yè)關(guān)系不大的物理知識，加深與專業(yè)關(guān)系密切的部分教學(xué)，加強(qiáng)與專業(yè)相關(guān)的物理前沿科技介紹，為專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定良好的物理基礎(chǔ)。通過改革明確學(xué)生學(xué)習(xí)的目的，提高學(xué)習(xí)興趣。

3.1 教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

根據(jù)材料類專業(yè)課程特點(diǎn)，綜合考慮學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)培養(yǎng)方案，本著科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)+材料專業(yè)物理基礎(chǔ)的原則，結(jié)合材料學(xué)科發(fā)展趨勢，對大學(xué)物理知識進(jìn)行重組，形成材料類大學(xué)物理教學(xué)體系。

3.1.1 熱學(xué)

熱性能是材料學(xué)研究的重要方面，如材料熱膨脹、熱傳導(dǎo)等。目前的大學(xué)物理教材中只以理想氣體為對象介紹熱力學(xué)定律和分子動理論，對于固體和液體甚少提及。為此，筆者在講授熱力學(xué)定律時，同時介紹熱力學(xué)定律對固體、液體的簡單應(yīng)用，介紹熵、焓的概念，并結(jié)合具體材料介紹相變概念。在介紹分子動理論時，以氣體為研究對象，得出氣體速率分布，并引出玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)，簡要介紹統(tǒng)計(jì)物理在材料學(xué)中的應(yīng)用。

3.1.2 光學(xué)

傳統(tǒng)大學(xué)物理中光學(xué)部分主要講解波動光學(xué)，包括光的干涉、衍射、光柵和光的偏振，著重在講光程差計(jì)算、條紋特點(diǎn)、光強(qiáng)變化等，涉及到多個實(shí)驗(yàn)裝置和大量公式，學(xué)生極易混淆，學(xué)習(xí)效果不好。因此我們?nèi)趸缮妫苌錀l紋計(jì)算，減少實(shí)驗(yàn)裝置，重點(diǎn)在相干疊加的物理思想。適當(dāng)增加材料的光學(xué)性質(zhì)介紹，如法拉第效應(yīng)、光彈性效應(yīng)等，增加光譜分析在材料檢測中的應(yīng)用。

3.1.3 力學(xué)

力學(xué)是整個物理學(xué)的基礎(chǔ)，材料的力學(xué)性能也是材料學(xué)研究的重要方向，而當(dāng)前大學(xué)物理教學(xué)主要在質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、機(jī)械振動和機(jī)械波。為與材料專業(yè)相適應(yīng)，我們引入了彈性體力學(xué)和流體力學(xué)部分基礎(chǔ)知識，讓學(xué)生更多了解材料的力學(xué)性能及其研究方法。質(zhì)點(diǎn)力學(xué)是力學(xué)的基礎(chǔ)，講授時我們特別強(qiáng)調(diào)物理研究的思想、物理概念和方法，如理想物理模型、矢量疊加原理、微元法等，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的研究方法。

3.1.4 電磁學(xué)

整個電磁學(xué)知識體系龐雜，學(xué)習(xí)難度大。其中靜電場、穩(wěn)恒磁場和電磁感應(yīng)，是整個電磁學(xué)的基本，講授時我們主要強(qiáng)調(diào)物理思想、概念和方法。導(dǎo)體和電介質(zhì)、磁介質(zhì)是描述材料的電磁性質(zhì)的基礎(chǔ)和基本方法，與材料專業(yè)密切相關(guān)，為此我們做了重點(diǎn)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解材料電磁性質(zhì)的描述和研究方法。

3.1.5 近現(xiàn)代物理

近現(xiàn)代物理主要包括相對論和量子物理。其中相對論與材料專業(yè)關(guān)系不大，因此，僅作簡介，讓學(xué)生了解基本的時空觀概念。量子物理是研究微觀粒子運(yùn)動規(guī)律，而任何材料總是由基本粒子構(gòu)成的，是材料研究的基礎(chǔ)，然而量子物理知識復(fù)雜且難以理解，要求數(shù)學(xué)知識也較高，故僅介紹量子力學(xué)基本原理和原子物理的初步知識。

3.2 教學(xué)方式改革

大多數(shù)大學(xué)教學(xué)中采用多媒體講授式教學(xué)模式，即教師在講臺上講，學(xué)生在下面聽[3，4]。這種模式教學(xué)課堂傳輸知識量大，知識點(diǎn)和公式都直接投影在屏幕上，可以省去教師書寫節(jié)省時間，但教學(xué)過程中過于依賴多媒體而忽略了板書，板書書寫可以突出關(guān)鍵性的知識難點(diǎn)，學(xué)生也可以跟上老師的思維從而理解重要的知識點(diǎn)。因此在教學(xué)實(shí)踐中，采用“多媒體+板書”的教學(xué)方式是有效的方式。物理作為一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，所有理論都需要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，因此在ppt課件中，適當(dāng)引入相關(guān)的動畫和視頻資料，可以起到事半功倍的效果，比教師枯燥的講授要生動、深刻得多，既豐富了教學(xué)內(nèi)容又開闊了學(xué)生視野。

在教學(xué)過程中，啟發(fā)式教學(xué)比滿堂灌更能提起學(xué)生興趣，教師要從現(xiàn)象引入，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行積極思考，逐漸解開難題，教會學(xué)生用科學(xué)的思維方法解決問題。教學(xué)是個雙向的過程，一定要加強(qiáng)師生間的互動，才能達(dá)到好的教學(xué)效果，教師要適時的提出問題，讓學(xué)生思考回答。

4 結(jié)語

總之，大學(xué)物理作為理工類專業(yè)的基礎(chǔ)課，自有其重要性，我們需要重視大學(xué)物理的教學(xué)，既要培養(yǎng)學(xué)生自然科學(xué)的素養(yǎng)，又要架好和專業(yè)課程之間的橋梁。實(shí)踐證明，考慮到材料類專業(yè)自身特點(diǎn)，本文中提到的教學(xué)改革方法能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和物理素養(yǎng)，奠定專業(yè)學(xué)習(xí)必要的物理基礎(chǔ)。然而，大學(xué)物理課程改革是一個復(fù)雜的系統(tǒng)過程，我們需要堅(jiān)持不懈的進(jìn)行研究和探索，完善教學(xué)體系，充分利用課堂時間，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部高等學(xué)校非物理類專業(yè)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會.非物理類理工科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求[J].物理與工程，2006，16（5），1～8.

[2] 程南璞.材料類專業(yè)中數(shù)理方法課程的改革與實(shí)踐[J].西南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，36（2）：202-205.

[3] 趙軍偉，趙覓.材料類專業(yè)固體物理課程創(chuàng)新教學(xué)改革與實(shí)踐初探[J].輕工科技，2012，1：134-135.

[4] 陳傳祥.材料類專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)探索與實(shí)踐[J].教學(xué)研究，2014，37（4）：60-61.

作者簡介：白浪（1981-），男，四川德陽人，講師，碩士，研究方向：大學(xué)物理教學(xué)、磁性納米材料。