浅谈工科大学物理教学中应用型人才的培养

摘要:培养高级应用型技术人才是高等院校工科专业的教育目标,因此工科大学物理教学要突出其应用性。本文主要从教学内容、教学方法以及实验教学三个方面讨论如何在工科大学物理教学中培养应用型人才,提高工科专业大学物理教学的质量,适应当前市场对人才的要求。

关键词:工科 大学物理 应用

高等学校的工科专业要为国家培养既能掌握新技术、应用新技术,又能发展新技术、创造新技术的高素质人才。大学物理作为高等院校工科各专业学生必修的重要基础课程,在培养高素质人才工作中,起着其他学科不可替代的重要作用。如何使大学物理课程教学适应社会对工科人才知识、能力和素质的要求,是我们物理教育工作者面对的重要课题。本文将以工科大学物理教学中培养应用型人才为突破口,提出几点建议。

一、增加物理应用知识的比重

首先,在大学物理教学内容中,要注意加强近代物理和反映现代科技前沿的知识点。加强近代物理和现代科学技术知识是十分必要的,应着重加强那些学习新理论、新知识、新技术所需要的近代物理基础知识。而且还应注意反映近几十年来物理学的新成就、新应用,如超导、激光、基本粒子的新发现、混沌和分形等。具体来说,大学物理教学的内容应反映新时代的特征。如热学中的临界点、相变及液晶的应用,电学中的各种粒子加速器、等离子体、压电效应、磁致伸缩、质谱仪和超导体等的应用,光学中的全息技术、信息光学和非线性光学的基本知识,量子物理中的光电效应、电子显微镜、核磁共振和激光技术等的应用。

其次,大学物理教学应兼有工程技术的特色,应让大学物理与工程技术科学建立适当的“接口”。要注重介绍物理学原理在工程技术中的应用,反映工程技术和社会与物理学知识间的密切联系,使学生认识到学习大学物理的重要意义,并且逐步学会将物理原理和方法运用于工程技术之中解决实际问题的途径。比如,在学习了静电场知识后,对雷暴的电荷与电场提供资料,并估算雷暴云泡中的电荷在大气中产生的电场。这就需要根据实际情况建立模型,这种计算在避雷等方面具有重要的现实意义。另外,可以结合电磁学、光学的知识,分析光盘、磁盘的读写原理及鼠标定位的工作原理;可以运用电磁感应、涡电流等知识,分析电磁灶等电器工作原理;在光学方面,要为工程光学和光学精密测量提供光的干涉、衍射、偏振等方面的技术理论和方法;在应用技术方面,要加强超声波技术、静电技术、红外探测技术等在大学物理课程中的介绍。

最后,还应把一些具有实用价值的例题与习题、思考题编入教材,编写一些贴近实际生活的题目。从生产实际、科研工作和科技应用中提炼和归纳出各种典型的物理模型,提供真实数据,提供实验条件,使学生在物理课学习和训练中,既能贴切实践又能贴切时代。例如,在力学部分教学过程中,学生学完运动学后,提出“在一个由红绿灯管理下的十字路口,如果绿灯亮30s, 问最多可以有多少汽车通过这个交叉路口”。学完力学后,给学生提出“跳水运动员在空中翻转时总是尽量收拢身体,而在旋转慢时又尽量伸展身体”的小问题;学完光学后,提出“阳光下的肥皂泡看上去五彩斑斓”。

二、精讲与讨论的教学方法

工科学生与理科学生相比较,感性认识与感知能力较强,培养的目标偏重于技术,因此对系统而理论性较强的物理课程,学习起来感到十分枯燥,兴趣不浓。课堂教学中应主要讲思路、讲方法、引问题、重讨论,突出重点、要点,集中精力搞好核心内容的教学,对重点难点问题作深入分析,以点带面,避免将教材内容全盘托出,泛泛而论,广而不深。例如,在讲授电磁学时,将这几章内容概括为三个字:“ 场、路、波”。并指出场观点、路规律和波本性是电学“三足鼎立”的三个支点,其中场观点是贯穿整个电磁学的主线,要牢牢抓住这个“三点一线”。场观点主要是通过静电场这一章来建立的。教学思路是:电荷→(库仑定律+叠加原理)→电场描述:E(r)和u(r)高斯定理→环路定理→电势梯度→场方程。把电荷、高斯定理和环路定理作为重点来讲。再比如,在推导一些热力学基本公式及一些实际方程时,教师可改为先讲结论,甚至先介绍其应用,再作推导,这种方法可能没有充分发挥热力学运用方程式推出新关系的优势,但对工科学生非常有效,有的公式还可以留给学生自己去推导证明,提高其思维能力。同时,在讲授中适当做一些课堂讨论,把课堂讲授的基本概念和原理与实际技术结合起来,为学生留出一些问题,让学生思考、讨论,加深对物理概念、规律、理论的掌握,培养学生分析、解决实际问题的能力。如讲到自感现象时,由日光灯的工作原理图引入自感现象和自感电动势的定义,说明镇流器和启辉器的作用——如果启辉器坏了,用什么办法尽快将日光灯变亮,充分调动学生的学习积极性和学习兴趣。这样有助于培养学生的科学思维能力和解决实际问题的能力。

三、理论教学与实验结合

加强大学物理理论课与物理实验课的联系,对培养应用型人才有重要作用。大学物理实验课程安排的实验大部分是与一些典型的物理理论和应用问题相联系,比如夫朗克-赫兹实验、密立根油滴实验、测量声速实验等。这些实验,一方面可以帮助学生加深对物理理论的理解,另一方面也可以培养学生分析问题、解决问题和动手能力。在教学中提倡分层次教学,将实验划分为基础、综合以及设计性实验三个不同层次,每个层次具有各自不同的教学目标。第一层次主要是一些不太复杂的验证性实验,重在培养学生初步独立实验的能力和技能,例如:测电阻的伏安特性、牛顿环测球面曲率半径等。第二层次主要是指需要在教师指导下完成的一些难度较大的实验,培养学生的动手和独立思考能力,例如:全息照相、分光计测三棱镜的使用等。最后是设计性实验内容,设计性实验在教师指导下进行。题目由教师提供,学生可从提供的题目中选择感兴趣的课题,通过查找文献,设计实验方案,估算实验结果及不确定度,确定使用的仪器、设备、工具、材料等,然后完成实验。从设计实验方案到实验手段,从设备到材料,从步骤到技巧,可以说每一个环节都包含着对所学知识的应用,对未知事物的探索。这种实验对于培养和提高他们解决实际问题是大有裨益的。

四、结论

在大学物理教学过程中,应突出培养应用型人才的理念。本文提出从教学内容、教学方法以及实验教学三个途径,努力培养和提高学生应用知识、动手能力等多方面的技能,促进和提高大学物理课程的教学质量。

参考文献:

[1] 张三慧,《电磁学第二版》,清华大学出版社,1999

[2] 马新泽,《工科物理教学要突出应用性》[J],《无锡职业技术学院学报》,2009.8

[3] 龙涛,《提高工科大学物理课堂教学质量的途径探索》[J] ,《中国西部科技》, 2008.7

[4] 江惠民等,《工科物理教材与教学模式的研究与实践》[J],《景德镇高专学报》,2004.19

[5] 卢荣等,《工科物理化学教学模式改革初探》[J],《高等理科教育》,2006.4

作者简介:

魏强,生于1977年5月,汉族,2009年3月毕业于中科院大连化学物理研究所,博士研究生。现为重庆理工大学光电信息学院讲师。