大学物理教学与科学前沿
?P键词：大学物理；教学研究；科学前沿
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）29-0236-02
随着科技的日益发展，物理课程的内容不能一成不变。在教学内容改革时，要突破原有框架的束缚，根据专业需求，并结合学生的实际学习情况，来决定大学物理课程体系的框架，从而适应现代科学发展对非物理专业人才培养的总体要求。教材建设与科学技术的发展相比，总是具有一定的滞后性，特别是物理领域的一些最新研究成果，很难涵盖在教材中。这就要求教师把近年来具有时代特点的最新研究成果，通过穿插和渗透为大学物理教学内容“增肥”。并根据教学内容提出有关问题，让学生查阅资料，积极思考，归纳总结，调动学生学习的积极性。
一、引入最新物理领域研究成果
学以致用，课程的实用性是学生是否愿意主动学习的主要因素之一。虽然物理的应用处处可见，但是通过大学物理教学说明物理学的应用价值似乎不是很容易。特别是物理领域的一些最新研究成果，在课堂上如果能穿插进去，一方面能够扩大学生的知识面，另一方面可以很好地调动学生学习的积极性。下面举几个例子说明，希望起到抛砖引玉的作用。例一，高压物理。我们知道化学成分、压强和温度是决定材料性质的三大主要因素，压力使得组成材料的原子之间的间距变小，从而改变物质内部原子或分子间的相互作用势能，产生压力诱导的新结构和新性质的高压新相，为发展新概念、新理论和探索新材料提供了新的源泉。目前第一性原理计算方法，结合高压实验测量致力于开展典型凝聚态物质的高压性能研究。其中高压研究领域方面取得了一些很有价值的研究成果，特别是近几年发表在《自然》和《科学》的相关论文，例如，常压下绝缘体碘在超200GPa的压强下变为一种导体；惰性气体氙在100GPa时变为导体；氧气被压制成固态后，再加压到一定程度就会变成超导态的氧；氢气在200GPa以上可以被压制成金属氢；高压下金属可以和惰性气体发生化学反应生成化合物；高压下金属钠从导体变为绝缘体等。这些研究成果可以拓宽人们对物质状态的理解，获得多种常压难以发现的新现象和新效应，为深入认知物质结构、性质及其变化规律，为发展新的物理理论、发现新的物理规律提供了原型和知识储备。例二，量子反常霍尔效应。清华大学、中科院物理所等研究人员联合组成的团队由薛其坤院士领衔，在实验中量子反常霍尔效应被首次观测到，这是物理学领域基础研究的一项重要科学发现，并且是中国科学家独立观测到的一个重要物理现象。这项成果发表在《科学》杂志上，引起了全世界该领域科研人员的关注，它的意义在于根据此项研究发现，有可能发展新一代低能耗晶体管和电子学器件，电脑的发热和能量耗散问题可以很好的解决，从而有可能推动信息技术的进步。这是物理学领域一个很有价值的研究发现，在中央电视台新闻频道以及北京电视台都有相关报道。在讲解霍尔效应的时候，可以把相关的视频在课堂上展示，让学生在非常轻松的氛围中理解抽象的物理理论，同时接触到该领域的研究前沿，可以很好的激发学生的学习兴趣，加深对相关物理理论的理解。
二、学生参与调研
现有教材所选择的内容，大部分是按照公认的理论体系编写的规范化内容。在教学中，教师除既要重点讲解教材上的这些内容，还要兼顾教材之外有差异或某些方面对立的观点和理论。特别是一些最新研究成果，往往与我们传统的认识存在较大差异，因此需要教师对这些研究成果的进行调研、分析，给学生提供探讨、批判的线索。在讨论和探索的过程，引导学生从中进行学习，这样的方式有助于调动学生的学习积极性，并培养学生的探索能力和科学批判精神。在教学中可以采取一些具体措施，比如在讲解一些最新科学研究成果相关的理论时，可以让学生做一些相关的调研工作，例如高压下NaCl可以形成别的配比的化合物NaCl3、Na3Cl2、Na2Cl、Na3Cl等新型的化合物，那么这些化合物是如何稳定存在的，性质是什么以及有哪些潜在的应用前景？学生在已有知识的基础上，主动探索，相互争论，通过调研获得新知识，新理论，不但拓展了学生的知识面，同时提高了学生的学习能力，这样获得的知识是学生自己主动学习的结果，有利于培养学生的自信心和解决问题的能力。这不仅是一种学习能力的培养，而且为学生以后从事科学研究打下一定的基础。
三、学生参与教学
在大学阶段，大学生要彻底转变在高中时老师讲学生听的学习状态，避免“两耳不闻窗外事，一心只读圣贤书”的学习状态，要在实践中锻炼自己，发挥学生的主观能动性。教师要引导学生积极参与教学活动，突出学生的学习主体地位，教师要转变陈旧的教育观念，最大限度地调动学生的主观能动性。在教学中穿插讲解最新科学前沿研究成果，以及通过学生的积极主动调研，他们已经对这些处于科学前沿的问题有了较为深入的理解，如果能够通过自己的总结做成幻灯片在课堂上讲解，可以将学生的积极性在课堂上发挥得淋漓尽致。通过调研、做幻灯片以及作报告等这些系统性的学习过程，本身就比传统“教师讲，学生听”教学效果好，并且是关于科学前沿问题的探讨，所以学生们愿意花费大量的时间和精力积极主动的完成此工作，这个过程的收获远比几个学时的听课要大的多。近些年互联网的飞速发展，也给学生的自主学习提供了一个有力的保障，也很好地锻炼了学生解决问题的能力。
四、结语
一个成功的教学活动，并不在于在课堂上教给学生多少既定问题的答案，而在于引发了学生多么强烈的自主追求和创造的冲动，在于通过这一活动给学生拓展了多大的自主进行创造性学习活动的天地。通过把科学前沿成果引入课堂教学，以及学生积极参与教学的方法，不但拓展了学生的知识面，更为重要的是学生能从中锻炼自己解决问题的能力，激发学习热情。当然对教师也提出了更高的要求，需要我们不断关注物理领域的最新科研成果，新发现，不断更新自己的知识体系。近几年来的教学实践表明，我们把相关科学前沿问题引入到大学物理教学中的探索是成功的，深受学生的欢迎，拓宽了学生的知识面，培养了学生解决问题的能力，激发了学生的学习热情，并且很好地适应了新时期高等院校对人才培养的要求。
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