導(dǎo)語(yǔ)：大學(xué)物理個(gè)性化研究性教學(xué)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：作為高等院校理工科專業(yè)學(xué)生的一門必修基礎(chǔ)課，大學(xué)物理可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想和研究方法，對(duì)于后續(xù)專業(yè)課的深入學(xué)習(xí)非常重要。文章以中國(guó)民航大學(xué)普通物理課程教學(xué)為例，較為系統(tǒng)地分析了物理教學(xué)中存在的問(wèn)題，通過(guò)具體實(shí)例給出了改進(jìn)方法。同時(shí)，結(jié)合教學(xué)實(shí)際討論了個(gè)性化研究性教學(xué)的意義和局限性。

關(guān)鍵詞：個(gè)性化；研究性；物理教學(xué)

一、中國(guó)民航大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀

中國(guó)民航大學(xué)坐落于天津市，是中國(guó)民航局直屬的以培養(yǎng)民航高級(jí)工程技術(shù)和管理人才為主的高等學(xué)府。目前在校學(xué)生28000余人，專職教師1500余人，其中普通物理授課教師30余人。中國(guó)民航大學(xué)開設(shè)有34個(gè)本科專業(yè)，6個(gè)?？茖I(yè)，大學(xué)物理是絕大部分專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，每學(xué)期在學(xué)人數(shù)（含重修班學(xué)生）約6000人。課程內(nèi)容涵蓋力學(xué)、簡(jiǎn)諧振動(dòng)、波動(dòng)、波動(dòng)光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)基礎(chǔ)，共計(jì)120學(xué)時(shí)，分別在大一下學(xué)期和大二上學(xué)期開課?；谏鲜鰯?shù)據(jù)，大學(xué)物理教學(xué)中存在班級(jí)容量大（通常大于120人/班）、課程內(nèi)容豐富、課時(shí)緊張等特點(diǎn)。大學(xué)物理的教學(xué)改革已進(jìn)行了多年，在教學(xué)理念、教學(xué)模式等方面都有一定的進(jìn)步，但仍然存在一些問(wèn)題，例如：（1）傳統(tǒng)的課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)知識(shí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，而且過(guò)于注重教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、邏輯性、數(shù)學(xué)演繹等理論知識(shí)，與當(dāng)今高新科技、實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，和專業(yè)融合不緊密，因而工科學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)物理課的興趣淡漠。（2）教學(xué)中缺乏分層次教學(xué)，教師課堂講授過(guò)細(xì)，用于舉例和題解的時(shí)間多，留給學(xué)生獨(dú)立思考和分析的時(shí)間少，學(xué)生的主動(dòng)性沒(méi)有得到發(fā)揮，遠(yuǎn)不足以使學(xué)生有能力運(yùn)用知識(shí)，這不利于學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)。（3）在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生雖然掌握了基本的理論知識(shí)，但在面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)不知道該如何入手，解決問(wèn)題能力差。尤其是在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練中，同樣發(fā)現(xiàn)學(xué)生無(wú)法很好地將物理知識(shí)與其它學(xué)科知識(shí)相互結(jié)合去解決實(shí)際問(wèn)題。由此可見，為了培養(yǎng)復(fù)合型的工程人才，為了提升課程質(zhì)量，針對(duì)上述存在的問(wèn)題，對(duì)大學(xué)物理教學(xué)進(jìn)行更深層次的改革亟需探索和實(shí)踐。

二、個(gè)性化研究性教學(xué)實(shí)例

個(gè)性化研究性教學(xué)，是以學(xué)生成長(zhǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，根據(jù)學(xué)生的個(gè)性、興趣及發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行個(gè)性化培養(yǎng)[1-3]，形成“以學(xué)生為中心、以探索為導(dǎo)向、以教學(xué)科研相結(jié)合”的教育教學(xué)模式，其目的是借助多元化的教學(xué)手段來(lái)激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，挖掘及發(fā)揮學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人能力特色，促進(jìn)學(xué)生全方位、個(gè)性化成長(zhǎng)。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師的主要任務(wù)是將物理知識(shí)傳授給學(xué)生，增加學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，而忽略對(duì)學(xué)生對(duì)知識(shí)遷移能力的培養(yǎng)。我們認(rèn)識(shí)到，個(gè)性化培養(yǎng)模式是提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力的內(nèi)在要求。我們應(yīng)尊重學(xué)生作為個(gè)體的發(fā)展需要，充分考慮每個(gè)學(xué)生的個(gè)體差異，在學(xué)生自愿深入學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，給予部分學(xué)生充分的機(jī)會(huì)提升自己，進(jìn)而達(dá)到更高層次的學(xué)習(xí)效果。例如：在教學(xué)中，我們會(huì)在部分課后布置與課程知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的研究性課題（結(jié)合教師自身的科研背景），該類課題不同于常見的課后作業(yè)題，它具有一定的綜合性、前沿性、應(yīng)用性，需要學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、計(jì)算機(jī)等，去解決實(shí)際問(wèn)題。例如，在講授電磁學(xué)內(nèi)容時(shí)，教師會(huì)引導(dǎo)學(xué)生利用電磁學(xué)基本知識(shí)去分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)可視化的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而使學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用達(dá)到融會(huì)貫通，不僅如此，還可以鍛煉學(xué)生運(yùn)用綜合知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。為了幫助學(xué)生順利達(dá)到課程目標(biāo)，任課教師對(duì)課題由淺入深做了如下設(shè)計(jì)：（1）帶電粒子庫(kù)倫勢(shì)的空間結(jié)構(gòu)；（2）帶電粒子在均勻磁場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)軌跡；（3）帶電粒子在均勻電磁場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)軌跡；（4）帶電粒子在不均勻電場(chǎng)場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)軌跡。上述四個(gè)物理內(nèi)容的分析如下：假定一個(gè)帶電粒子的電量為Q，放置于一個(gè)二維x-y空間，根據(jù)庫(kù)倫勢(shì)基本公式，在Matlab中寫出庫(kù)倫勢(shì)的表達(dá)方式，最后利用直角坐標(biāo)-極坐標(biāo)變換關(guān)系，做出庫(kù)倫勢(shì)的空間分布，如圖1所示。在該環(huán)節(jié)中，需要學(xué)生理解庫(kù)倫勢(shì)的表達(dá)形式，能夠運(yùn)用Matlab編程語(yǔ)言，同時(shí)還需要學(xué)生掌握坐標(biāo)變換的方法。圖1庫(kù)倫勢(shì)的空間結(jié)構(gòu)為了強(qiáng)化學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和電磁學(xué)的結(jié)合運(yùn)用，我們?cè)诘诙⑷?、四設(shè)計(jì)了不同層次的分析過(guò)程，即在第二個(gè)環(huán)節(jié)中，我們?cè)O(shè)計(jì)了較為簡(jiǎn)單的情況：帶電粒子Q在均勻磁場(chǎng)B中的運(yùn)動(dòng)，假定粒子的初速度分別有垂直于磁場(chǎng)和平行于磁場(chǎng)的分量，利用Matlab語(yǔ)言，圖2給出了帶電粒子的螺旋進(jìn)動(dòng)軌跡。該環(huán)節(jié)需要學(xué)生能夠推導(dǎo)出粒子的軌跡方程、并且靈活運(yùn)用Matlab語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)粒子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。第三個(gè)環(huán)節(jié)中，在均勻磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上，增加了垂直于B的均勻電場(chǎng)E，同時(shí)考慮兩種質(zhì)量不同的帶電粒子。該環(huán)節(jié)同樣要求學(xué)生推導(dǎo)出粒子的軌跡方程，相比第二個(gè)環(huán)節(jié)難度要大很多，圖3給出了這種情況下帶電粒子的漂移進(jìn)動(dòng)軌跡。圖2帶電粒子在均勻磁場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)軌跡最后，第四個(gè)環(huán)節(jié)中，我們考慮更為復(fù)雜的情況，即磁場(chǎng)為反剪切形式，電場(chǎng)具有一定梯度，同時(shí)兩者方向垂直。根據(jù)粒子的運(yùn)動(dòng)方程，圖4給出了不同磁場(chǎng)剪切情況下帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。在該環(huán)節(jié)中，需要學(xué)生自學(xué)龍格庫(kù)塔或者與預(yù)報(bào)修正方法對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡加以分析，這極大地鍛煉了學(xué)生的鉆研精神。通過(guò)上述四個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生綜合運(yùn)用物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)編程、數(shù)值方法的能力大大加強(qiáng)。在上述訓(xùn)練中，教師給出研究性課題，同時(shí)給出課題的結(jié)果，中間實(shí)現(xiàn)過(guò)程交由學(xué)生去完成。該種教學(xué)模式的出發(fā)點(diǎn)如下：（1）通過(guò)生動(dòng)的圖像抓住學(xué)生的注意力，無(wú)形之中激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣；（2）通過(guò)圖像的展示，讓學(xué)生大致了解本課題的結(jié)果，從而有明確的努力方向，并且主動(dòng)搜集資料補(bǔ)充自己知識(shí)庫(kù)；（3）通過(guò)結(jié)果展示，使得學(xué)生知曉老師有充足的知識(shí)儲(chǔ)備，可以為他們的研究性學(xué)習(xí)做深入指導(dǎo)；（4）通過(guò)結(jié)果展示，激發(fā)學(xué)生的求知欲，促進(jìn)教師和學(xué)生更深入地交流；（5）通過(guò)結(jié)果展示，帶動(dòng)更多的學(xué)生投入物理學(xué)習(xí)，從而提升班級(jí)整體學(xué)習(xí)效果。上述教學(xué)方法開闊了學(xué)生的眼界，有利于學(xué)生發(fā)散思維的訓(xùn)練以及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力的培養(yǎng)，學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣得到了一定程度的提高，特別是在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目中，參與訓(xùn)練的學(xué)生表現(xiàn)較好，不僅能夠通過(guò)自主性學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作順利完成上述課題，并以此為基礎(chǔ)開展下一步的研究工作。在天津市大學(xué)生物理競(jìng)賽中，很多學(xué)生也獲得了很好的成績(jī)，其中有多人次獲特等獎(jiǎng)和一等獎(jiǎng)。

三、新工科背景下個(gè)性化研究性培養(yǎng)的探索

新工科是根據(jù)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)及立德樹人新要求而提出的國(guó)家工程教育改革的方向[4-5]，重中之重是培養(yǎng)大量具有匠人精神的創(chuàng)新性卓越工程人才，然而學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力[6-7]仍是我國(guó)工程教育的主要短板。我校以航空工程學(xué)院和電子信息與自動(dòng)化學(xué)院兩個(gè)學(xué)院中的四個(gè)專業(yè)開展新工科試點(diǎn)班的建設(shè)，這四個(gè)特色專業(yè)分別是飛行器制造工程專業(yè)、飛行器動(dòng)力工程專業(yè)、電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)和自動(dòng)化專業(yè)。大學(xué)物理是理工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新型人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著先導(dǎo)性與根基性的作用，其教學(xué)質(zhì)量的好壞會(huì)直接影響工程人才培養(yǎng)的質(zhì)量。在新工科背景下，各高校紛紛進(jìn)行大學(xué)物理課程教育教學(xué)改革的探索[8-11]。為滿足新工科專業(yè)對(duì)創(chuàng)新型工程技術(shù)人才的新要求，我們重新設(shè)計(jì)了教學(xué)大綱。第一，將大學(xué)物理和物理實(shí)驗(yàn)合并為一門課程，使物理實(shí)驗(yàn)變成課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，二者相互配合與協(xié)調(diào)，加強(qiáng)理論聯(lián)系工程實(shí)際；第二，對(duì)大學(xué)物理內(nèi)容進(jìn)行了梳理，并且進(jìn)行了模塊化的設(shè)計(jì)，由通識(shí)模塊和選增專業(yè)模塊構(gòu)成。第三，在理論課程教學(xué)中，采用雙課堂。第一課堂大班授課，采用啟發(fā)與討論式教學(xué)方法，在課程教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)體現(xiàn)“教師指導(dǎo)－學(xué)生探究－培養(yǎng)能力”的教學(xué)特點(diǎn)，同時(shí)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)的世界觀和方法論去認(rèn)識(shí)和解決物理問(wèn)題，并結(jié)合講授內(nèi)容使物理原理與科學(xué)技術(shù)、自然現(xiàn)象等領(lǐng)域有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和初步的工程意識(shí)。第二課堂小組討論，鼓勵(lì)通過(guò)查找網(wǎng)絡(luò)資源、習(xí)題/案例討論、探索性實(shí)踐等多種方式開展探究式學(xué)習(xí)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生分析和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，可以適當(dāng)安排學(xué)生在計(jì)算機(jī)上使用仿真物理實(shí)驗(yàn)軟件鞏固和加深其對(duì)于物理概念的理解，盡量鼓勵(lì)學(xué)生利用已掌握的計(jì)算機(jī)的知識(shí)編程設(shè)計(jì)物理現(xiàn)象并能建立模型來(lái)解決物理中一些難題。第四，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以“實(shí)驗(yàn)活動(dòng)為中心，理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合”的教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生注重實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，并將所學(xué)的物理知識(shí)和物理規(guī)律用于對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和解釋，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＶ挥猩朴谟^察的人才有可能“有所發(fā)現(xiàn)”，才有可能“有所創(chuàng)造”，培養(yǎng)創(chuàng)新能力首先要從學(xué)會(huì)觀察現(xiàn)象開始[12]。在新工科背景下，物理教學(xué)應(yīng)從知識(shí)教育為主轉(zhuǎn)變把科學(xué)素質(zhì)和工程能力的培養(yǎng)放在第一位，要從偏重依靠教師“教會(huì)”轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅匾龑?dǎo)學(xué)生“學(xué)會(huì)”，并使學(xué)生“會(huì)學(xué)”“會(huì)應(yīng)用”，物理教學(xué)中注意理論與實(shí)際相結(jié)合，與工科專業(yè)相融合，為學(xué)生打下牢固而堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)的同時(shí)，也為他們對(duì)工程科技知識(shí)的掌握和長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展提供支撐。

四、結(jié)束語(yǔ)

個(gè)性化研究性教學(xué)方法是基于當(dāng)前物理教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題提出的新探索，具有一定的針對(duì)性。本文以電磁學(xué)內(nèi)容為例，討論了改進(jìn)物理教學(xué)的個(gè)性化研究性教學(xué)方法，在具體實(shí)踐中，該方法已經(jīng)體現(xiàn)出來(lái)一定的積極作用，同時(shí)，我們也認(rèn)識(shí)到該方法還有待改進(jìn)，其局限性體現(xiàn)如下：（1）由于課題具有一定的難度，能夠深入?yún)⑴c其中的學(xué)生有限；（2）課題設(shè)計(jì)需要教師有一定的知識(shí)積累，特別是計(jì)算機(jī)、數(shù)值計(jì)算等方面能力的提升；（3）對(duì)于個(gè)性化研究性物理教學(xué)，當(dāng)前情況下的物理課時(shí)稍顯不足；（4）由于大學(xué)物理是我?；A(chǔ)必修課，開設(shè)時(shí)間只有兩個(gè)學(xué)期，因此物理課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，有較好潛質(zhì)的學(xué)生逐漸脫離本研究性課題，無(wú)法進(jìn)行連續(xù)性的教學(xué)案例分析。

總之，在新工科背景下，高等教育人才培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量都面臨著更大的挑戰(zhàn)，我們反思傳統(tǒng)大學(xué)物理教育在人才培養(yǎng)方面的不足，提出了個(gè)性化研究性教學(xué)模式以適應(yīng)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的卓越人才培養(yǎng)。在實(shí)際的教學(xué)中，教師應(yīng)充分尊重學(xué)生間的差異以及學(xué)生的學(xué)習(xí)主體性，從個(gè)性化人才培養(yǎng)的視角，提升學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。

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作者:楊芳 孔偉 魏通 周青軍 單位:中國(guó)民航大學(xué)