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林業院校大學物理教學改革的探索
論文關鍵詞:學科本位主義 大學物理 綜合素質 創新意識
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論文摘要：文章介紹了對高等農、林院校大學物理理論教學、實驗教學新形勢下的新認識、新理解;調整教學理念，摒棄學科本位主義，將大學物理理論教學、實驗教學有機結合，培養學生綜合素質和創新意識，探索一條適應新世紀的農、林科大學物理教學體系的新途徑。
一、近年來發達國家高等院校大學物理理論教學、實驗教學改革的特點
國外教育教學改革一直都十分活躍，現代國際科學教育改革的主流理論—建構主義—進一步明確了新世紀教育改革的方向:強調學習的自主性、社會性、情境性，由此生發出探究學習和合作學習等現代學習方式，強調探究問題，而不僅是了解問題的答案;是批判性思維，而不僅是記憶;是在情景中理解，而不僅是獲得些許信息;是促進學生合作學習、互動和分享思想和信息，而不是無益的競爭。美國和各發達國家的物理教學更是緊扣時代脈搏，并引領教育教學改革的方向，不斷創新。
1.理論教學
近年來美國和西方各發達國家在大學物理理論教學中，首先對教材進行了不斷的改革和補充，他們的教材在聯系實際方面做了很大努力，一方面和現代科學技術發展的實際成果相結合，另一方面又和自然現象及生活中的現象相結合。如Ghanian編著的《物理學》總結了《吉尼斯世界紀錄大全》、《簡氏飛機大全》、各種工程手冊、汽車修理指南等，編出了大量的科學技術、體育和日常生活以及自然現象的例題和習題。課堂教學中經常帶有演示實驗，一堂課要做兩三個演示實驗。自然界的神奇現象震撼人心，生活中的物理現象妙趣橫生;這些內容豐富、貼近生活的例題、習題和演示實驗，使深奧枯燥的物理理論生動化、形象化，這無疑可以很好地激發學生學習物理的興趣。
2，實驗教學
美國的麻省理工學院的人學指導書上有一段話:“實驗科目:不僅僅教給學生將來從事實驗所必備的專門技術，也不僅僅要求學生某一領域的廣泛知識，或者是只把它看成是某一門課程的補充;而是讓學生在學習期間，從一年級開始就有機會從事對某一個或幾個問題的實驗，在專業所要求的類似環境中，去鍛煉專業人才所應具有的那種首創精神和聰明才智。”國外印年代以來物理實驗教學改革十分活躍，除了更新實驗內容，補充實驗儀器之外，主要是針對傳統實驗的問題進行改革。傳統實驗常常安排過死、刻板機械，國外許多學校都在想辦法予以克服，如美國的哥倫比亞大學斯坦福大學、哈佛大學、麻省理工學院，加拿大的Calgary大學等;大學的物理實驗課程設置各有特色，教學組織形式多樣，沒有一個固定統一的模式，其中共同的特點都是注重為學生提供足夠的條件，以便在實驗過程中充分發揮他們的主觀能動性，使學生置身于一種富有探索和創造性的學習環境中，積極主動地思考、分析問題，使他們受到一種類似于專業科研人員搞科研的那種訓練。學生在做這類實驗時，需要自己完成閱讀文獻資料、選擇實驗題目、擬定實驗方案、配置實驗設備、制作儀器部件或搭建電子線路、測量實驗數據、分析實驗結果、完成實驗報告等工作，這對他們是一個非常好的訓練過程。對實驗的時間和最終結果不作硬性的規定，學生可以根據自己的時間、能力及興趣來安排。這種注重培養學生科研能力的做法，是極有遠見的，有利于學生創新能力的培養。
二、目前我國高等林業院校大學物理理論教學、實驗教學的特點
我國物理教學重視基本概念、基本知識和基本技能的訓練;物理課程內在聯系緊密、論述條理清晰、邏輯體系嚴整。由于物理課程自身的獨立性、系統性、專業性都很強的特點，高等農、林院校大學物理教學，往往過分強調學科中心或學科本位，將課程設置的重點放在學科的完善上，而和林業院校各個具體專業的專業知識結合不夠緊密，很容易導致學習內容“難、繁、偏、舊”和過于注重書本知識，使學生被動接受學習、機械訓練，對物理公式死記硬背;物理教學內容也容易側重于知識的灌輸。從書本到書本式的學習，讓學生直接、被動地接受前人留下的知識，學生很難意識到學習這些知識的真正的意義所在，他們的學習便不是自己去發現意義，而是老師的灌輸。這無疑會影響學生學習物理的興趣，使學生對物理產生畏難情緒。大學物理實驗教學是一門獨立的課程體系，往往易和理論教學配合不好，造成理論教學和實驗教學脫節;實驗教學中規定過細、過死，學生在試驗課中機械地按規定步驟重復。這不僅影響學生學習實驗物理的興趣，更可能會影響學生終身的探索興趣，阻礙學生探究能力的形成。
楊振寧先生曾對中美傳統教育方法做過比較:(1)中國教育按部就班、嚴謹認真，美國提倡滲透式教育;(2)中國重視演繹，美國強調歸納;(3)中國著重理論和抽象思維，美國傾向實驗和動手能力;(4)中國要求學生謙虛向上，美國鼓勵學生向最了不起的權威挑戰。楊先生認為，雙方的長短是互補的，若能將二者和諧地統一起來，在教育上將是一個有意義的突破。
三、大學物理教學改革的探索與實踐
針對物理學科專業的特點，通過對多年直接教學經驗的總結和對國內外大學物理教育在教材、教學程序和教學方法反復研討和比較，我們在以下幾個方面進行了一系列的試點教學，受到了廣大學生的普遍歡迎，取得了很好的效果。
1.調整教學理念，改變學科本位觀念，從生活走向物理，從物理走向專業
高等農、林院校大學物理教育是農、林各學科專業的公共課、基礎課，學習大學物理的主體是將來面向各個不同的具體專業的學生;大學物理教育的目標應強調對學生科學素養的培養。物理學科是自然科學的一門基礎學科，物理知識在日常生活、科學技術和社會生活中都有著廣泛的應用，物理學對科技進步和社會發展具有極大的影響。從生活走向物理，能增加學生學習物理的興趣;從物理走向專業，使學生懂得學習大學物理的真正意義:不是為了學習物理而學習物理;物理學與學生所學專業往往有著十分密切的聯系，加強課程內容與農、林各專業科技發展的聯系，為學生進一步學習專業知識、掌握工程技術以及今后知識更新打下必要的物理學基礎，使學生進一步認識到物理學的基礎理論、基礎知識和基本技能對其專業的重要作用和意義。精選學生終身學習必備的基礎物理知識和通用技能，培養學生良好的思維習慣和科學探究的能力，營造在專業所要求的類似環境中，去鍛煉專業人才所應具有的那種首創精神和聰明才智。
2.尊重教學規律，利用現代化教學手段，改變傳統的教學呈現方式
結構完整、重點講透。物理學課程自身的獨立性、系統性、專業性都很強，內容選擇上要保證知識結構完整，避免出現知識節或知識結構缺陷，講授過程中要重點講透。物理學包括力、熱、聲、光、電及近代物理，內容龐雜，現象眾多，要在有限的學時內講好講透，不能所有內容都同等對待，必須明確重點。我們根據農、林科大學物理教學要求，在分清掌握、理解、了解內容的基礎上，抓住重點內容，一是講透概念，二是用大量例題反復深化，再通過作業、練習課、答疑、質疑各個環節，層層強化。
和專業相結合、例題舉活。物理理論教學離不開例題，一個好的例題往往能取得事半功倍的效果。在一些學生感覺晦澀枯燥的物理理論問題，模糊不清、容易混淆的地方，為了增強學生的利用物理思想剖析專業問題的能力，我們和專業相結合，結合經典物理理論自編一些例題，如對林學專業，我們將流體力學中的毛細現象理論和植物中水的傳輸相結合，給出了自然現象的理論解析，闡明物理理論在具體專業中的具體運用。。
改變傳統的教學呈現方式。多媒體技術與演示實驗結合運用，促進理論教學教授模式改革。有些物理內容很難用文字說清楚，多媒體能通過結合內容給出的演示動畫，形象的將授課內容展示在學生面前。物理課程中有些物理模型在一般實驗室環境下也很難完成，而利用計算機模擬、仿真理想狀態，可以很好地呈現，一目了然。如原子物理中的小粒子散射實驗、相對論長度收縮與時間膨脹等，利用多媒體電腦制作這類實驗的動畫，為大學物理理論教學提供了嶄新的平臺，大大激發了學生的學習興趣。演示實驗不僅能讓學生觀看，還能讓學生自己動手操作，親身體驗所學內容在實際應用中的樂趣，從而加深對課堂理論知識的理解與掌握，培養提高學生的觀察能力、思維能力和概念轉化能力。
3.加強基礎物理實驗教學，注重探究能力的培養
利用基礎實驗培養學生的動手能力，掌握必備的通用技能。物理實驗課是學生進人大學后受到系統實驗方法和實驗技能訓練的開端，是對理、工、農、林、醫科各類專業學生進行科學實驗基本訓練的·門必修課程。通過物理實驗教學，使學生在對實驗現象觀察、分析和對物理量的測量中學習物理實驗知識、方法和技能，初步了解科學實驗的一般方法特點。使學生在物理實驗的基本知識、基本方法、基本技能等方面受到較系統的訓練(包括基本實驗儀器的使用，基本物理量的測量，誤差分析和評定，數據處理等)，培養和提高學生的科學實驗素養。使學生具有實事求是的科學態度，嚴肅認真的工作作風，主動研究的創新探索精神。
利用“開放實驗”和“設計性試驗”升華學生的實驗思想，培養學生的創新意識和科學探究能力。開放性實驗不僅可以實現因人而異的教學方式，有效保護學生的學習興趣;更有利于學生根據各自的專業有目的地選擇與專業相關的物理實驗。為此，我們建立了開放物理實驗室，設有力學、熱學、電學、光學和近代物理五個方面36個實驗供學生自由選擇。我們引導學生從理論走向技術，將理論應用于技術，用技術實現理論。學生在學習了物理學的基礎知識以后，充分開拓思路，將物理學理論知識與各種專業知識相結合，設計、制作了一個個新穎的系統。例如教師提出一些具體要求(或任務)，即要求得到的結果，同時提供完成這些實驗所需要的儀器、設備及小部件，而實際完成任務所用的物品可能只需要其中的一部分。教師的任務只是介紹主要設備的性能及使用和注意事項，而具體實驗時使用哪些設備，以及使用它們的哪種功能、如何搭配、如何進行實驗，則完全由學生自己獨立提出。教學過程是:
(1)教師提出要學生完成的任務;(2)介紹可能用到的儀器設備性能、各種功能、操作儀器的注意事項;(3)學生開始思考，并提出完成任務的設想及步驟;(4)與教師討論確定可行性與最佳路線，最后確定實驗方案，并開始動手進行;(5)記錄現象或數據，完成后整理儀器;(6)寫出總結(實驗)報告。
通過擴展和加深實驗內容、提高實驗技術難度、加強實驗的設計性和綜合性、專業性，培養學生初步具有自己提出問題、發現問題和獨立解決問題的能力。培養學生的計劃能力、分離能力、科學推理能力、概念轉化能力，使學生具有良好的科學素質和創新能力。學生的探究與科學家的科學探究在本質上是相同的。科學家的探究包括通過觀察、收集信息、總結分析、建立模型，提出假說并給以解釋，交流自己的假說、思想和觀念，從而形成方法、規則、標準和知識等。學生的學習同樣也經歷了以上科學家探究的歷程;通過設計性試驗，使學生的學習在情景中理解，探究和科學知識獲得相互結合、融為一體。
我們對全國高等學校農林類專業物理實驗課教學狀況進行了全面調研，在此基礎上制訂了中國高等院校農林類專業物理實驗課程教學基本要求，修訂了農林類專業物理實驗課程教學大綱，編寫了《大學物理實驗—基礎性實驗》、《大學物理實驗—提高性實驗》、《大學物理實驗—近代物理實驗》系列物理實驗課教材。對高等農林院校的物理實驗室開放方式教學管理進行了創新性研究，研究內容包括實驗室日常管理、規章制度建立、學生上網選課、學生預習、教師授課方式與方法、檢查原始實驗數據、實驗報告的數據處理、教師批改實驗報告等一系列問題。目前，東北林業大學的大學物理教學改革，大學物理開放實驗教學模式得到了學校各主管部門、廣大學生和教師的一致認可，我們也總結了一整套的開放實驗教學管理辦法，為大學物理實驗課的開放、創新打下了堅實基礎。大學物理開放實驗教學模式已經在中國農業大學、北華大學等院校推廣應用，廣大教師和學生反映良好。制訂的中國高等院校農林類專業物理實驗課程教學基本要求、物理實驗課程教學大綱和大學物理實驗系列教材，在國家高等農林院校基礎學科教學指導委員會的支持下已經在中國農業大學、南京農業大學、華中農業大學、北京林業大學、西北農林科技大學等30余所中國高等農林院校推廣應用。該成果的推廣應用可以使高等農林院校的大學物理實驗教學更加規范化，對培養學生動手能力、分析問題解決問題的能力、創新思維能力有很好的促進作用，同時可以增加儀器設備利用率，最大限度地達到儀器設備資源共享。
4.理論教學、實驗教學應有機結合
理論教學中應加強對相關物理理論產生的實驗現象的論述。物理學中的概念的建立、定律的獲得幾乎都是建立在觀察現象、科學實驗的基礎上的。物理學中的很多名詞用文字敘述往往晦澀難懂，學生很難理解;如光學中的‘衍射’一詞，我們先給出實驗現象的圖像，再闡述‘衍射’一詞的定義，給出物理原理及公式。這不僅使學生對定義“一目了然”，更有興趣推導產生這種現象的理論解析。如利用電磁波的演示系統可以直觀地認識電磁波的干涉、衍射特點以及驗證電磁波是橫波的特性，利用靜電演示系統可以清楚地認識靜電場的各種性質。例如在講到靜電屏蔽時，可以結合在高壓實驗室的研究經歷，介紹實際工作中實現靜電屏蔽的例子;在講到布儒斯特定律時，以激光器的布儒斯特窗為例，介紹該定律的實際應用。這樣，學生在接受這些知識時不是僅僅記住了該定律的形式，更將該定律與實際生活和社會生產聯系在一起，使得該定律成為“活”的知識。學生反映從中得到很大收獲，對物理概念的理解與體會更深了。
高等農、林院校大學物理理論教學和實驗教學形式上是各自獨立的課程體系，往往造成理論教學和實驗教學脫節。教學過程中我們注重對學生強調基礎理論、基礎知識的重要性;沒有堅實的理論基礎，實驗只會停留在表面上，只會是低水平的，無法實現真正有意義的理論或技術創新，會阻礙學生探究能力的完整形成。
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