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林业院校大学物理教学改革的探索
论文关键词:学科本位主义 大学物理 综合素质 创新意识
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论文摘要：文章介绍了对高等农、林院校大学物理理论教学、实验教学新形势下的新认识、新理解;调整教学理念，摒弃学科本位主义，将大学物理理论教学、实验教学有机结合，培养学生综合素质和创新意识，探索一条适应新世纪的农、林科大学物理教学体系的新途径。
一、近年来发达国家高等院校大学物理理论教学、实验教学改革的特点
国外教育教学改革一直都十分活跃，现代国际科学教育改革的主流理论—建构主义—进一步明确了新世纪教育改革的方向:强调学习的自主性、社会性、情境性，由此生发出探究学习和合作学习等现代学习方式，强调探究问题，而不仅是了解问题的答案;是批判性思维，而不仅是记忆;是在情景中理解，而不仅是获得些许信息;是促进学生合作学习、互动和分享思想和信息，而不是无益的竞争。美国和各发达国家的物理教学更是紧扣时代脉搏，并引领教育教学改革的方向，不断创新。
1.理论教学
近年来美国和西方各发达国家在大学物理理论教学中，首先对教材进行了不断的改革和补充，他们的教材在联系实际方面做了很大努力，一方面和现代科学技术发展的实际成果相结合，另一方面又和自然现象及生活中的现象相结合。如Ghanian编著的《物理学》总结了《吉尼斯世界纪录大全》、《简氏飞机大全》、各种工程手册、汽车修理指南等，编出了大量的科学技术、体育和日常生活以及自然现象的例题和习题。课堂教学中经常带有演示实验，一堂课要做两三个演示实验。自然界的神奇现象震撼人心，生活中的物理现象妙趣横生;这些内容丰富、贴近生活的例题、习题和演示实验，使深奥枯燥的物理理论生动化、形象化，这无疑可以很好地激发学生学习物理的兴趣。
2，实验教学
美国的麻省理工学院的人学指导书上有一段话:“实验科目:不仅仅教给学生将来从事实验所必备的专门技术，也不仅仅要求学生某一领域的广泛知识，或者是只把它看成是某一门课程的补充;而是让学生在学习期间，从一年级开始就有机会从事对某一个或几个问题的实验，在专业所要求的类似环境中，去锻炼专业人才所应具有的那种首创精神和聪明才智。”国外印年代以来物理实验教学改革十分活跃，除了更新实验内容，补充实验仪器之外，主要是针对传统实验的问题进行改革。传统实验常常安排过死、刻板机械，国外许多学校都在想办法予以克服，如美国的哥伦比亚大学斯坦福大学、哈佛大学、麻省理工学院，加拿大的Calgary大学等;大学的物理实验课程设置各有特色，教学组织形式多样，没有一个固定统一的模式，其中共同的特点都是注重为学生提供足够的条件，以便在实验过程中充分发挥他们的主观能动性，使学生置身于一种富有探索和创造性的学习环境中，积极主动地思考、分析问题，使他们受到一种类似于专业科研人员搞科研的那种训练。学生在做这类实验时，需要自己完成阅读文献资料、选择实验题目、拟定实验方案、配置实验设备、制作仪器部件或搭建电子线路、测量实验数据、分析实验结果、完成实验报告等工作，这对他们是一个非常好的训练过程。对实验的时间和最终结果不作硬性的规定，学生可以根据自己的时间、能力及兴趣来安排。这种注重培养学生科研能力的做法，是极有远见的，有利于学生创新能力的培养。
二、目前我国高等林业院校大学物理理论教学、实验教学的特点
我国物理教学重视基本概念、基本知识和基本技能的训练;物理课程内在联系紧密、论述条理清晰、逻辑体系严整。由于物理课程自身的独立性、系统性、专业性都很强的特点，高等农、林院校大学物理教学，往往过分强调学科中心或学科本位，将课程设置的重点放在学科的完善上，而和林业院校各个具体专业的专业知识结合不够紧密，很容易导致学习内容“难、繁、偏、旧”和过于注重书本知识，使学生被动接受学习、机械训练，对物理公式死记硬背;物理教学内容也容易侧重于知识的灌输。从书本到书本式的学习，让学生直接、被动地接受前人留下的知识，学生很难意识到学习这些知识的真正的意义所在，他们的学习便不是自己去发现意义，而是老师的灌输。这无疑会影响学生学习物理的兴趣，使学生对物理产生畏难情绪。大学物理实验教学是一门独立的课程体系，往往易和理论教学配合不好，造成理论教学和实验教学脱节;实验教学中规定过细、过死，学生在试验课中机械地按规定步骤重复。这不仅影响学生学习实验物理的兴趣，更可能会影响学生终身的探索兴趣，阻碍学生探究能力的形成。
杨振宁先生曾对中美传统教育方法做过比较:(1)中国教育按部就班、严谨认真，美国提倡渗透式教育;(2)中国重视演绎，美国强调归纳;(3)中国着重理论和抽象思维，美国倾向实验和动手能力;(4)中国要求学生谦虚向上，美国鼓励学生向最了不起的权威挑战。杨先生认为，双方的长短是互补的，若能将二者和谐地统一起来，在教育上将是一个有意义的突破。
三、大学物理教学改革的探索与实践
针对物理学科专业的特点，通过对多年直接教学经验的总结和对国内外大学物理教育在教材、教学程序和教学方法反复研讨和比较，我们在以下几个方面进行了一系列的试点教学，受到了广大学生的普遍欢迎，取得了很好的效果。
1.调整教学理念，改变学科本位观念，从生活走向物理，从物理走向专业
高等农、林院校大学物理教育是农、林各学科专业的公共课、基础课，学习大学物理的主体是将来面向各个不同的具体专业的学生;大学物理教育的目标应强调对学生科学素养的培养。物理学科是自然科学的一门基础学科，物理知识在日常生活、科学技术和社会生活中都有着广泛的应用，物理学对科技进步和社会发展具有极大的影响。从生活走向物理，能增加学生学习物理的兴趣;从物理走向专业，使学生懂得学习大学物理的真正意义:不是为了学习物理而学习物理;物理学与学生所学专业往往有着十分密切的联系，加强课程内容与农、林各专业科技发展的联系，为学生进一步学习专业知识、掌握工程技术以及今后知识更新打下必要的物理学基础，使学生进一步认识到物理学的基础理论、基础知识和基本技能对其专业的重要作用和意义。精选学生终身学习必备的基础物理知识和通用技能，培养学生良好的思维习惯和科学探究的能力，营造在专业所要求的类似环境中，去锻炼专业人才所应具有的那种首创精神和聪明才智。
2.尊重教学规律，利用现代化教学手段，改变传统的教学呈现方式
结构完整、重点讲透。物理学课程自身的独立性、系统性、专业性都很强，内容选择上要保证知识结构完整，避免出现知识节或知识结构缺陷，讲授过程中要重点讲透。物理学包括力、热、声、光、电及近代物理，内容庞杂，现象众多，要在有限的学时内讲好讲透，不能所有内容都同等对待，必须明确重点。我们根据农、林科大学物理教学要求，在分清掌握、理解、了解内容的基础上，抓住重点内容，一是讲透概念，二是用大量例题反复深化，再通过作业、练习课、答疑、质疑各个环节，层层强化。
和专业相结合、例题举活。物理理论教学离不开例题，一个好的例题往往能取得事半功倍的效果。在一些学生感觉晦涩枯燥的物理理论问题，模糊不清、容易混淆的地方，为了增强学生的利用物理思想剖析专业问题的能力，我们和专业相结合，结合经典物理理论自编一些例题，如对林学专业，我们将流体力学中的毛细现象理论和植物中水的传输相结合，给出了自然现象的理论解析，阐明物理理论在具体专业中的具体运用。。
改变传统的教学呈现方式。多媒体技术与演示实验结合运用，促进理论教学教授模式改革。有些物理内容很难用文字说清楚，多媒体能通过结合内容给出的演示动画，形象的将授课内容展示在学生面前。物理课程中有些物理模型在一般实验室环境下也很难完成，而利用计算机模拟、仿真理想状态，可以很好地呈现，一目了然。如原子物理中的小粒子散射实验、相对论长度收缩与时间膨胀等，利用多媒体电脑制作这类实验的动画，为大学物理理论教学提供了崭新的平台，大大激发了学生的学习兴趣。演示实验不仅能让学生观看，还能让学生自己动手操作，亲身体验所学内容在实际应用中的乐趣，从而加深对课堂理论知识的理解与掌握，培养提高学生的观察能力、思维能力和概念转化能力。
3.加强基础物理实验教学，注重探究能力的培养
利用基础实验培养学生的动手能力，掌握必备的通用技能。物理实验课是学生进人大学后受到系统实验方法和实验技能训练的开端，是对理、工、农、林、医科各类专业学生进行科学实验基本训练的·门必修课程。通过物理实验教学，使学生在对实验现象观察、分析和对物理量的测量中学习物理实验知识、方法和技能，初步了解科学实验的一般方法特点。使学生在物理实验的基本知识、基本方法、基本技能等方面受到较系统的训练(包括基本实验仪器的使用，基本物理量的测量，误差分析和评定，数据处理等)，培养和提高学生的科学实验素养。使学生具有实事求是的科学态度，严肃认真的工作作风，主动研究的创新探索精神。
利用“开放实验”和“设计性试验”升华学生的实验思想，培养学生的创新意识和科学探究能力。开放性实验不仅可以实现因人而异的教学方式，有效保护学生的学习兴趣;更有利于学生根据各自的专业有目的地选择与专业相关的物理实验。为此，我们建立了开放物理实验室，设有力学、热学、电学、光学和近代物理五个方面36个实验供学生自由选择。我们引导学生从理论走向技术，将理论应用于技术，用技术实现理论。学生在学习了物理学的基础知识以后，充分开拓思路，将物理学理论知识与各种专业知识相结合，设计、制作了一个个新颖的系统。例如教师提出一些具体要求(或任务)，即要求得到的结果，同时提供完成这些实验所需要的仪器、设备及小部件，而实际完成任务所用的物品可能只需要其中的一部分。教师的任务只是介绍主要设备的性能及使用和注意事项，而具体实验时使用哪些设备，以及使用它们的哪种功能、如何搭配、如何进行实验，则完全由学生自己独立提出。教学过程是:
(1)教师提出要学生完成的任务;(2)介绍可能用到的仪器设备性能、各种功能、操作仪器的注意事项;(3)学生开始思考，并提出完成任务的设想及步骤;(4)与教师讨论确定可行性与最佳路线，最后确定实验方案，并开始动手进行;(5)记录现象或数据，完成后整理仪器;(6)写出总结(实验)报告。
通过扩展和加深实验内容、提高实验技术难度、加强实验的设计性和综合性、专业性，培养学生初步具有自己提出问题、发现问题和独立解决问题的能力。培养学生的计划能力、分离能力、科学推理能力、概念转化能力，使学生具有良好的科学素质和创新能力。学生的探究与科学家的科学探究在本质上是相同的。科学家的探究包括通过观察、收集信息、总结分析、建立模型，提出假说并给以解释，交流自己的假说、思想和观念，从而形成方法、规则、标准和知识等。学生的学习同样也经历了以上科学家探究的历程;通过设计性试验，使学生的学习在情景中理解，探究和科学知识获得相互结合、融为一体。
我们对全国高等学校农林类专业物理实验课教学状况进行了全面调研，在此基础上制订了中国高等院校农林类专业物理实验课程教学基本要求，修订了农林类专业物理实验课程教学大纲，编写了《大学物理实验—基础性实验》、《大学物理实验—提高性实验》、《大学物理实验—近代物理实验》系列物理实验课教材。对高等农林院校的物理实验室开放方式教学管理进行了创新性研究，研究内容包括实验室日常管理、规章制度建立、学生上网选课、学生预习、教师授课方式与方法、检查原始实验数据、实验报告的数据处理、教师批改实验报告等一系列问题。目前，东北林业大学的大学物理教学改革，大学物理开放实验教学模式得到了学校各主管部门、广大学生和教师的一致认可，我们也总结了一整套的开放实验教学管理办法，为大学物理实验课的开放、创新打下了坚实基础。大学物理开放实验教学模式已经在中国农业大学、北华大学等院校推广应用，广大教师和学生反映良好。制订的中国高等院校农林类专业物理实验课程教学基本要求、物理实验课程教学大纲和大学物理实验系列教材，在国家高等农林院校基础学科教学指导委员会的支持下已经在中国农业大学、南京农业大学、华中农业大学、北京林业大学、西北农林科技大学等30余所中国高等农林院校推广应用。该成果的推广应用可以使高等农林院校的大学物理实验教学更加规范化，对培养学生动手能力、分析问题解决问题的能力、创新思维能力有很好的促进作用，同时可以增加仪器设备利用率，最大限度地达到仪器设备资源共享。
4.理论教学、实验教学应有机结合
理论教学中应加强对相关物理理论产生的实验现象的论述。物理学中的概念的建立、定律的获得几乎都是建立在观察现象、科学实验的基础上的。物理学中的很多名词用文字叙述往往晦涩难懂，学生很难理解;如光学中的‘衍射’一词，我们先给出实验现象的图像，再阐述‘衍射’一词的定义，给出物理原理及公式。这不仅使学生对定义“一目了然”，更有兴趣推导产生这种现象的理论解析。如利用电磁波的演示系统可以直观地认识电磁波的干涉、衍射特点以及验证电磁波是横波的特性，利用静电演示系统可以清楚地认识静电场的各种性质。例如在讲到静电屏蔽时，可以结合在高压实验室的研究经历，介绍实际工作中实现静电屏蔽的例子;在讲到布儒斯特定律时，以激光器的布儒斯特窗为例，介绍该定律的实际应用。这样，学生在接受这些知识时不是仅仅记住了该定律的形式，更将该定律与实际生活和社会生产联系在一起，使得该定律成为“活”的知识。学生反映从中得到很大收获，对物理概念的理解与体会更深了。
高等农、林院校大学物理理论教学和实验教学形式上是各自独立的课程体系，往往造成理论教学和实验教学脱节。教学过程中我们注重对学生强调基础理论、基础知识的重要性;没有坚实的理论基础，实验只会停留在表面上，只会是低水平的，无法实现真正有意义的理论或技术创新，会阻碍学生探究能力的完整形成。
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