材料物理专业范文

时间:2023-03-26 11:10:53

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材料物理专业

篇1

关键词:材料物理;就业状况;就业分析

中图分类号:G640 文献标识码:A 文章编号:1671-0568(2011)35-0131-03

《普通高等学校本科专业目录》规定,材料物理专业系工学材料科学类专业,可被授予理学或工学学位,当前全国有61所高校开设了材料物理本科专业。我校于2001年开办材料物理专业,首届毕业生于2005年毕业,至今已有七届毕业生。在全国高校就业形势日趋严峻的今天,分析该专业本科生就业现状,探讨如何保证其培养质量,实现大学生更理想的就业,具有很强的现实意义。

一、综合就业情况

我校材料物理专业自办学以来,招生规模稳定在40人左右,虽经历了金融危机等不利因素影响,但就业率始终维持在一个较高水平,连续七年均在75%以上,平均值为86%,就业率总体趋于平稳,就业前景较乐观。该专业毕业生就业率较高的原因,除了学院积极采取措施、开拓就业渠道、优化专业设置、提高学生素质外,与该专业设置适应社会需求有很大的关系。其间,2010届、2011届毕业生就业率有所回落,未就业学生大多为当年报考研究生未被录取,放弃就业机会,继续报考研究生者。如2011届37名毕业生中有7人未就业,其中6人立志次年继续报考研究生,因此放弃就业机会。所以,就业率的回落并不意味着该专业就业形势转为严峻,但也提醒我们要加强就业指导。

二、就业去向分析

从表1分析,材料物理专业毕业生就业去向主要有以下方面:

一是毕业生就业去向较为集中,绝大部分去向为升学读研及进入企业工作;2009年因受金融危机影响,国家整体就业环境受到波及,为保障毕业生就业,开展了一系列就业扶持计划,当年有6位学生在事业单位担任科研助管,9位学生灵活就业,其它年份毕业生就业去向基本相当。

二是我校理学院毕业生考研比例一直名列学校前茅,材料物理专业受学院良好学风影响,考研录取率达到31.5%,因此继续深造成为材料物理专业本科生毕业去向的一个主要方面。

三是材料物理专业毕业生每年到企业就业人数比例达到46%,其中国有企业、三资企业和其它企业各占三分之一左右的比例。

四是除考研和企业就业外,历年材料物理专业毕业生就业去向还有:二炮部队定向培养3人,出国3人,事业单位6人,灵活就业14人。

五是材料物理专业开办以来,未就业总人数达到40人,达到专业总人数的13.1%,其中原因如上所述,绝大多数为放弃就业机会,继续报考研究生者。

三、就业行业分布

材料物理专业的培养目标为:能够较系统地掌握材料科学的基本理论与技术,具备材料物理相关的基本知识和基本技能,能在材料科学与工程及其相关的领域的机械、电子冶金等行业部门从事新材料和功能材料的研究、设计、开发与制造、材料的性能测试及生产管理等工作,也可在高等院校和研究所从事教学与科研工作的高级人才。

从表2可以看出,材料物理专业毕业生在就业行业的分布上呈较为集中的趋势,其中冶金、电子、材料和机械行业就业人数分别占就业总人数的44%、12.1%、13.8%和8.7%,这些行业的就业人数是专业就业总人数的81.6%。这些数据也与材料物理的专业培养方向和目标相吻合。

四、考研情况

据表3分析,材料物理专业毕业生考研具有以下特点:

一是报考金属材料研究方向的学生在考研院校选择上,大多选择了均为原冶金部隶属院校的我校及北京科技大学。因为两校在钢铁冶金方向优势明显,同时相对而言考取把握也较大,因此每年报考人数及考取人数均较多。

二是报考非金属材料研究方向的学生在考研院校选择上,一部分基于容易获取信息及方便复试的考虑,选择了同样位于武汉的武汉大学及华中科技大学;一部分则选择了南京航空航天大学及北京航空航天大学此类航空类院校,但因两校综合实力较强,考研竞争激烈,因此每年虽均有学生报考,但录取人数并不多。

三是报考理论物理研究方向及成绩排名专业前茅的学生选择中国科学院的较多。这一方面源于中国科学院师资力量雄厚,科研水平高超;另一方面源于中国科学院不培养本科生,没有“本校保护主义”,复试更加公平公正。因此,每年吸引众多优秀学生报考。

五、就业地区分布

从表4中关于毕业生就业地区的分布分析可见:

一是我校材料物理专业招生来源每年有70%~80%为湖北省,因此在学生择业时,有很大一部分学生选择了湖北省内企业,特别是灵活就业的学生,普遍选择留在湖北省。

二是江苏成为材料物理专业学生去向的第二大省份,赴江苏省的学生就业单位也各不相同,其中既有南京钢铁联合有限公司、江苏沙钢集团有限公司、中天钢铁集团有限公司等大型国有钢铁企业,也有江苏兴达钢帘线股份有限公司、扬州龙川钢管有限公司等民营企业。反映出江苏省近年来钢铁及其相关产业发展迅速。

三是广东省作为我国经济最发达的地区之一,在新兴材料科学、精密仪器发展等方面也处于领先地位。材料物理专业毕业生在这个地区的就业去向主要集中在富士康精密组件(深圳)有限公司、欧司朗(中国)照明有限公司等三资企业。

四是其它各省份去向因生源地等问题数量较少,不一一赘述。

六、思考

从我校开办材料物理专业以来的七届毕业生各类就业分析中,不难得出材料物理专业毕业生、升学率始终维持在一个较高水平,行业分布符合培养方案,地区分布较为合理等结论。但就业率及就业质量还有进一步上涨的空间,这就要求我们在今后的培养中,注重以下方面:

1.形成办学特色

不同高校材料物理培养定位差别很大,主要依托于高校本身的优势或特色来定位。从我校材料物理专业毕业生就业去向多样可以看出,虽然专业的培养定位为“宽口径,厚基础”,但专业优势仍不够明显,尚未有一批固定的企业连续、大量地来校招聘毕业生,因此应当尽快形成自己的办学特色。

2.优化培养体系

受铁矿石价格及国际贸易摩擦等因素影响,钢铁企业发展趋缓,对毕业生需求量逐年下降。[1]从材料物理专业毕业生去向也可看出,赴冶金类企业就业学生比例逐渐减少。因此,需要不断优化培养专业体系,满足不同时期的社会需求。

3.建立实习与就业一体的培养机制

实习、就业一体化,一方面利于用人单位全面了解毕业生情况,另一方面利于学生提前上岗,实习期与就业期相衔接,缩短就业路径。但材料物理专业当前一体化实习基地较少,应当大力拓展。

4.加强就业指导。从毕业生就业去向及地区分布可以看出,材料物理专业参加基层就业项目,如三资一扶、西部计划的人数很少,奔赴西部及基层县市就业的人数也非常少。这要求学院不断加强就业指导,鼓励基层就业,以提高就业的分散度。

篇2

【关键词】材料物理 教学改革 人才培养

【基金项目】湖北省教育厅教学研究项目(编号:2011276,2012288)。

Abstract: In recent years, with the gradual increase of the national investment in new energy, new materials, and optoelectronic information industry, the demands of social engineering capabilities, as well as business level of materials physics graduates increase accordingly. It?蒺s imperative to reform the existing teaching system of materials physics. In this work, the reform of teaching system of materials physics was discussed from four aspects of teaching philosophy, curriculum development, teaching practice, and faculty development. In addition, some suggestions on how to train more professional materials physics graduates were given.

Key words: materials physics; teaching reform; personnel training

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)06-0170-02

材料物理专业属于材料科学类,其培养目标是培养较系统的掌握材料科学的基本理论与技术,具备材料物理相关基本知识和基本技能,能在与材料科学与工程相关的领域从事研究、教学、科技开发及相关管理工作的材料物理高级专门人才[1]。随着科学技术的不断发展,社会对材料物理专业人才的需求情况也在逐渐发生变化。近几年国家在新能源、新材料以及光电信息领域投入的不断加大,使得企业对于材料物理专业毕业生的需求数量也在逐年增加,特别是对于具有较强专业基础和实践能力的人才的需求,是很多高新技术企业每年人才发展计划的重点。

材料物理是物理学与材料科学的一个交叉学科,主要通过各种物理技术和物理效应,实现材料的合成、制备、加工、修饰与应用。主要研究范围包括材料的合成、结构、性质与应用;新型材料的设计以及材料的计算机模拟等。随着国家对本专业人才需求的变化,对本专业的教学体系进行一定的改革迫在眉睫。本文以武汉工程大学材料物理专业的发展为出发点,分别从教学理念、课程建设、教学实践以及师资队伍建设四个方面入手,详细探讨了本专业在新形势下进行教学改革的一些措施。

一、教学理念的更新

面向未来的教学改革需要现代化的教学思想,需要前瞻性的教学理念[2]。这些教学理念包括从专业教育向综合素质教育,从重知识传授向能力培养转变;从封闭式的学校教育模式向开放型的产、学、研三结合的教育模式转变;从标准化培养模式向个性化、选择性培养模式转变;从维持性学习向创新性学习转变[3]。

武汉工程大学材料物理专业所属学科为省级重点学科及湖北省首批优势特色学科,本专业依托自身的学科优势和人才优势,将专业人才培养特色定位于低温等离子体技术及应用和功能薄膜材料的开发,重点培养在光电信息材料、新能源材料、环境材料等方面具有扎实的基础理论知识和实践能力的应用型创新人才。

为适应新时期国家建设对材料物理专业人才需求的变化,在对本专业人才的需求情况以及人才市场走向等问题进行充分调查论证的基础上,明确了我校材料物理专业的培养目标,即在专业设置和课程体系设计上尽量体现“拓宽专业面、夯实基础、重视能力培养”的指导思想,着力培养学生的创新能力,真正提高本科生的素质教育。同时,我们也注意到现实的就业压力对学生的影响,在打好基础,增强适应性的同时,设置功能薄膜材料和等离子体技术2个专业方向,提供了更多的课程、丰富了教学内容,扩大了学生的选择空间,满足学生多样化的需求,进一步体现了因材施教的思想;同时也体现我校等离子体学科及薄膜材料研究方面的特色。

新的教学方案力求将全面素质教育的精神渗透到专业教育之中,使基础知识教育、能力训练和素质培养结合起来,对学生进行较为系统的基本知识和基本理论的教学,加强对学生基本方法和技能的训练,重视对学生创造能力和创新意识的培养。

二、课程建设的优化

在不同的社会需求下,根据社会对毕业生需求的调研及预测对材料物理专业的课程体系进行适当的修订,突出本专业在不同时期的重点,对于培养满足社会需求的高水平人才十分重要[4-7]。我校材料物理专业在课程建设方面主要集中在提升现有课程和推出新课程/新内容两个方面。

在提升现有课程方面,对于本专业的一些老牌重点课程,采取主讲教师负责制,其余教师积极参与,分工合作,加强重点课程建设,并积极申报新的重点课程。经过几年建设,已在多门课程的建设方面取得了较好成果,如《材料科学基础》、《工业等离子体原理》、《薄膜材料与制备技术》等课程已建设成为校级精品课程,《纳米材料与技术》、《固体物理学》课程成为校级重点建设课程。这些重点课程的建设一方面锻炼了队伍,提高了整体素质,另一方面对其他课程的建设起到很好的示范带动作用。在重点课程建设过程中,本专业一直在积极探索课程教学改革方法,采用多媒体教学的课程由2002年的1门发展到现在所有课程都使用多媒体教学;双语教学也从无到有,《工业等离子体原理》、《薄膜材料与技术》已采用双语教学。

在推出新课程/新内容方面,本专业根据毕业生就业新形势对培养方案进行了大量修改。新的培养方案进一步体现了因材施教的思想,提供了更多的课程、丰富了教学内容,扩大了学生的选择空间;同时也体现了我校等离子体学科优势的特色。如新培养计划针对社会需求开设了《电子材料》和《工业等离子体工程》等课程,课程内容紧紧围绕目前工业生产中涉及到的新产品和新技术,有利于学生更好地完成从学校到社会的衔接。此外,现有课程的授课内容也逐步以市场为导向,在保持现有特色的同时,增加与市场需求相关联的专业知识体系,学生毕业后反响良好。

三、教学实践改革

材料物理专业的实践教学主要分为校内实践和校外实践两部分。校内实践主要是指在学校现有的实验条件下进行的一系列基础实验和专业实验,因此实验室建设也是提高实践教学质量的必要前提[8-10]。我校材料物理专业以湖北省等离子体化学与新材料重点实验室、湖北省微波等离子体技术研究工程中心和专业实验室为校内实践教学平台,在材料制备、加工,材料性能(力学、电学、磁学、热学等性质)测试、材料组织结构测定及材料应用等方面开展实验室建设,并结合本学科科研发展方向进行建设,设备采购主要围绕着材料科学基础、材料合成与加工、薄膜材料、材料表面改性、等离子体加工、纳米材料等课程进行。

在此基础上,我校材料物理专业根据学科建设发展情况,在2005年对实践教学环节进行了重大改革,将原来分散在各个课程中的实验课程进行整合,对原有实验体系进行重新规划,开设单独的实验课程,制定统一大纲,整合实验内容,并对实验内容适当更新,使实验体系更加完备,并与实用化紧密结合,侧重于培养学生动手能力。整合后的校内实验课为《材料科学基础实验》、《材料物理专业实验》以及《等离子体技术与应用实验》三门课程,总学时由原来的80个增加到108个。

同时,在实验内容上进行创新,将科研成果转化为教学内容,以科研促进教学。目前,在材料物理专业开设的3门实验课中,《材料物理专业实验》以及《等离子体技术与应用实验》全部实验均为教师科研转化而来。所有专业实验将科研与教学紧密结合,一方面弥补教学经费的不足,另一方面让学生接触科学前沿,激发从事科研工作兴趣,培养学生在从事科学研究的同时加深对课程内容的理解,提高教学效果。

此外,在校内实践教学中增设《学年论文》这一实践教学内容,让学生模拟实际科学研究,通过教师拟定方向,学生收集资料、归纳总结收集到的信息写出文献综述、然后针对发现的问题确定具体的研究题目,再制定详细的实验方案,并预测可能的结果。最后通过答辩,完成这一实践教学环节。

在校外实践教学方面,本专业设置有《毕业实习》环节,毕业实习地点的选择主要以人才市场需求为导向,目前学校已与多家从事光电信息材料、新能源材料、环境材料的企业签订实习协议,并在几家硅材料制造企业、LED制造企业及薄膜制备企业建立了实习基地,为学生的毕业实习提供了保障。此外,在指导毕业论文过程中,鼓励学生采取“宜化模式”完成毕业论文。由于“宜化模式”课题来源于企业,结合工厂实际,其研究结果更具有实用性。学生在做毕业论文过程中能够更好地将书本上的理论知识与现实的生产实际相结合,有效训练学生综合应用知识的能力。本专业近年来在学生毕业实习和毕业论文环节中有超过25%的学生采取“宜化模式”进行毕业论文。

四、加强师资队伍建设

师资队伍建设是专业建设的重要环节。为了培养出满足社会需要的高素质人才,教师的知识更新和自身素质提升十分关键[9,11]。本专业在职教师具有学历层次高、职称结构合理、平均年龄低的特点,基于这样一个教师队伍现状,材料物理专业的师资队伍建设一直坚持高标准、高水平的指导思想,在引进高水平的学术带头人、责任教授的同时,加大力度对现有的青年教师进行培养,提高他们的教学、科研水平。具体措施主要包括对青年教师进行帮扶指导,努力提高青年教师的教学技能;合理安排好现有教师的教学和科研工作,在保证教学质量的前提下,积极开展科学研究工作,通过科学研究,不断提高教师的学术素养;积极引进优秀教师,逐步建立一支高水平、稳定的教师队伍。

此外,本专业在教学过程中积极聘请相关行业的优秀工程师为学生讲授专业基础课程或进行专题报告,在此过程中让老师和学生充分了解国内外相关行业的发展动态,探讨材料物理专业今后的发展方向和毕业生应该具备的基础知识和基本技能,以此加强学生对本专业的了解,更进一步提高教学效果。

五、结语

如何培养满足新形势要求的材料物理专业高素质应用型人才,是所有高校材料物理专业教学人员需要探讨的核心问题。教学改革是一个随社会形势发展而不断进行的过程,因此,我们时刻紧跟社会发展步伐,在充分了解国家和社会对本专业人才需求的前提下不断探求新形势下的教学改革,这样才能不断为社会输出高水平的专业人才。

参考文献:

[1]中华人民共和国教育部高等教育司.普通高等学校本科专业目录和专业介绍(1998年颁布)[G]. 北京:高等教育出版社,1998,138.

[2]王雅珍,祖立武,张小舟,等.高分子材料与工程专业教学改革探索与实践[J].高师理科学刊,2007,27(1):61―63.

[3]天津大学材料科学与工程学院教学改革小组.面向未来的材料科学与工程专业教学改革与实践[J].高等工程教育研究,2005(增刊):24―3O.

[4]闫时建,田玉明,张敏刚,等.材料物理专业计算机操作实践课的教学改革[J].山西财经大学学报(高等教育版),2008,11(2):71―72.

[5]肖纪美.材料物理教学体会[J].北京科技大学学报,2000,22(5):389―395.

[6]石敏,陈翌庆,许育东,等.论“材料物理基础”精品课程的建设[J].合肥工业大学学报(社会科学版),2010,24(1):86―90.

[7]李艳红,,郭思辰.材料物理课程教学改革与创新能力培养研究[J].科教文汇,2008,12:182.

[8]姚婷珍,许天旱.材料物理实验教学改革初探[J].广西教育,2009,3:109―110.

[9]刘仿军,鄢国平,喻湘华,等.高分子材料与工程专业人才培养模式研究与实践[J].武汉工程大学学报,2009,31(6):88―91.

篇3

关键词:量子力学 教学研究 哲学思想

“大学之道,在明明德,在亲民,在止于至善。”温故知今,止于至善,提高当代大学生的哲学素养、人文情怀和科学素养,是素质教育的要求之一。以牛顿运动三定律、电磁理论和热力学及统计物理学为基础的经典力学诞生于17世纪,成功地解释了大量物理学现象,取得了辉煌的科学成就,曾经被人们信奉为客观真理。在19世纪末20世纪初,人类以巨大的热情来研究原子核和放射现象,导致了两大理论成果的诞生:量子理论和相对论。随后,激光器、二极管、三极管、集成电路、互联网、移动通信、登月等等,这些辉煌的成就促使人类迈进了信息时代。运动着的电子――一个小小的微观粒子,却促使人类文明进入了电子信息时代。事实表明,现代信息技术的理论基础是物理学,信息的产生、发送、接收和处理,都是由一个个物理的系统来实现,因此信息世界的物理体系归根结底要受到物理定律的制约。现在人们明白了,经典物理理论仅适用于宏观低速运动的物体的场合,而对于微观小尺度下、接近于光速运动的粒子的运动规律误差会变得很大,必须使用相对论和量子理论来描述。而经典物理理论仅仅是量子理论和相对论在低速宏观范围下的良好近似。

量子理论是二十世纪最伟大的发现之一。量子理论的形成和发展,是整个物理学发展中最值得书写的,也是对青年大学生最具有启发意义的过程,在此期间包括了爱因斯坦的奇迹年(1905年)。梳理和探究整个过程中所包含的科学思维,科学方法,科学理论,科学素养……都是值得我们去探索、去深思、去挖掘的。

一、对青年大学生物质观和运动观的进一步加深具有重要意义

科学技术发展到21世纪,人类对于物质世界的认识进入到了纳米尺度。材料学科的研究中出现了很多量子效应。量子理论中的许多不同于经典力学的物理现象颠覆性地发展了经典力学的思维,拓宽了人类认识物质世界的视野,使人们对运动的本质有了更进一步的了解。随着人类认识的不断深入和材料尺寸的不断缩小,电子运动的量子效应愈加明显。现在人们已经明白了,电子既是一种微观粒子,同时也是一种波,这就是所谓的波粒二象性。与经典物理现象不同的是,微观粒子的诸多物理量之间受到量子规律的束缚,其中之一便是著名的不确定性原理,例如时间与能量之间、动量与位置之间等。此外,另一个有趣的现象是电子的势垒贯穿效应,即能量小于势垒高度的电子或者其它微观粒子可以以一定的几率,越过势垒,运动到势垒的右边去。尽管一个理性的人对这种解释可能不满意,但是我们必须明白“隧穿”仅仅是我们为了理解的方便而构造的一个东西,除非人们对量子世界的认识更进一步。我们唯一能确定的是当满足一定条件的时候,隧穿效应就会发生。

二、对青年大学生思维拓展与创新具有重要的启发意义

量子理论是描述微观粒子运动规律的理论,其概念体系与研究宏观现象及其规律的经典物理学有很大的不同。量子理论的出现,是人类对物质世界认识日益深化的结果,为其他自然学科的发展开辟了广阔的前景。从培养研究型科学人才的角度来说,量子理论是与现代科学研究联系最紧密的课程之一。这对当代青年大学生提出了更高、更严格的要求。

第一,必须尊重客观世界的运动规律,坚持创新思维,深刻认识微观世界的规律。规律是物质在运动过程中表现出来的必然的、稳定的、永恒的联系,任何事物之间都有联系,都是矛盾的对立统一体,这就需要在实际的学习探索中抓住主要矛盾以及矛盾的主要方面。同时,矛盾具有特殊性,内因是事物发展的根据,决定着事物发展的方向和主要性质,外因是事物发展的次要因素。在实际的处理过程中要区别对待。

第二,注意量变到质变的积累。量变是指事物单纯数量上的增加或减少,事物保持其质的稳定性。质变是指事物根本性质的变化,“量变质变新的量变”是事物发展的基本规律。注意收集数据,逐步地总结规律。任何重大的发现,都有一个辛苦的积累过程,面对纷繁杂芜的实验数据,如何去伪存真,由表及里,层层剖析?这需要尊重客观规律,逐渐挖掘深层次的信息,切勿急于求成或者违背客观规律。这方面在量子理论的发展过程中体现得尤为重要。

第三,量子理论是开放的理论,对量子理论的争论一直在继续。量子理论过去的成功并不意味着它是一个彻底完善的物理学理论。自量子理论诞生以来,关于量子理论的思想基础和基本问题的争论,从来就没有停止过。人们对于量子理论本身的完备性及其一些基本观念的理解,甚至持有截然不同的观点。其他的理论也是在不断地争论中不断完善。

三、量子力学中的数学思想及其知识框架

量子力学中主要的数学知识,主要是Hilbert内积空间,这是学生在学完微积分初步、线性代数以及概率论后需要掌握的、在工程领域内应用最为广泛的一门数学学科,也是对空间解析几何的推广和延伸。其中包括了对前面提到的几门学科的综合应用,例如量子力学中的力学量,用线性算符来描述,则必须是厄米的;用海森堡的矩阵力学表示,则要求该矩阵的本征值和平均值均为实数;还有,在计算不同物理量表象的矩阵元时,要用到定积分的运算;而不同表象之间的变换,需要用到矩阵变换;此外,在讲到微扰论和变分法时,还需要进一步的用到更多的数学知识。这些数学学科分支的交叉出现,足以让学生对该门课程的进一步学习产生畏惧心理。如何消除和转变学生的这种畏惧心理,这就要求教师在课堂上增强授课的趣味性。事实上,一部量子力学的发展史,包含了太多的启迪、方法、思维和科学研究的因素,因利势导,重视基础知识的讲解,将所有涉及到的数学知识及其发展史,生动地传授给学生。笔者经过近五年的课堂教学,认为对当前的大学本科学生,倘能在授课中能做到这一点,那么,学习《量子力学》的意义就达到了。

结论:以量子理论为核心的量子物理无疑是本世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。它不仅代表了人类对微观世界基本认识的革命性进步,而且带来了许多划时代的技术创新,直接推动了社会生产力的发展,从根本上改变了人类的物质生活。让学生在不断的思考和探索中,体会到学习和思考的快乐;对学生的世界观、物质观以及运动观的进一步深入,具有重要的指导意义。

参考文献:

[1]格雷厄姆•法米罗,涂泓等译.天地有大美之现代科学之伟大方程,世界图书出版社,2008

[2]施塔赫尔,范岱年等译.爱因斯坦奇迹年.上海科技出版社,2001,7

[3]曾谨言.量子力学.科学出版社,2010,4

[4]伯特兰•罗素.西方哲学史.中国商业出版社,第1版,2009,1

篇4

一、引言

实践教学是培养专业人才的关键一环,在全面实施素质教育、培养学生创新能力与素质中起到非常重要的作用[1,2]。尤其是《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中明确要求创新人才培养模式,坚持教育与生产劳动和社会实践相结合,需要强化实践教学培养,着力于培养学生的学习能力、实践能力和创新能力[3,4]。以信息功能材料与技术、光纤传感材料与技术和纳米材料与技术等新型功能材料及其相关技术为方向,夯实材料设计、制备技术及物理性能分析等基础理论知识,形成了武汉理工大学理工兼备的材料物理专业的办学特色。2013年,材料物理本科专业纳入了“湖北省普通高等学校战略性新兴(支柱)产业人才培养计划”,面向湖北省战略性新兴产业发展对材料物理本科专业的需求,致力于为湖北省光电信息产业的发展培养高质量的“应用型、复合型、创新型”材料物理专业人才。针对以上目标,近几年本校材料物理专业在创新人才培养的生产实践教学体系方面进行了探索与研究。

二、创新人才培养的生产实践教学体系

根据战略性新兴产业人才的培养要求,结合材料物理的专业特点,“实践引导教学,以实践促进创新,教学和实践相互交融的教学指导思想”在专业建设和人才培养中起着重要的作用,经过十几年的专业建设和发展,本校逐渐摸索出了一套成熟可靠的专业办学方法和理念及体系,形成了独特的生产实践办学优势与特色。

1.实习基地建设。实习教学是普通高等教育的关键环节之一,而校外实习基地则是完成这一教学任务的重要场地。校外实习基地是大学生在正式参加工作之前,接触实际生产,加深对所学理论知识的理解,掌握一定的生产技能和了解企业的重要窗口。因此,高质量的校外实习基地是各个高校实践教学环节能够正常实施的重要保障,也是培养大学生实践能力、科研素质、创新意识与创新能力的重要平台。因此,实习基地的选择不仅有助于提升学生的专业能力和技术水平,而且有利于激发学生的专业兴趣和爱好,是大学生大学学习和今后工作的重要引发剂。随着我国高等教育事业的迅速发展,本校招生规模也在不断扩大,使本校学生在实习工作中出现了一系列发展中的新问题,面临着“三多一难”的困境。“三多”就是实习生人数不断增多,所需的实习场所和指导教师数量也随之增多,“一难”是实习组织安排难。针对之前材料物理专业的实习基地,尤其是生产实习基地相对集中在传统材料行业,这些行业的工作环境较差、技术含量相对较低,有时候不能激发学生的学习兴趣,反而会使部分学生在工作之前就对专业的前景产生一定的动摇、不理解甚至厌恶等。本专业在维持之前实习基地联系的同时,还积极联系新能源、信息功能材料等新兴、高技术企业,将学生的实习教学活动转移到这些高新技术企业中,以此来提高学生的学习兴趣,激发学生的专业亲和度。通过校内实习基地、校外实习基地、校企共建研发中心等“三位一体”的实践教学基地建设,并利用学科基地办学条件等来确保学生实习、实训、毕业论文等实践教学环节的实施。

2.企业教师聘用制度。根据战略性新兴产业人才的培养需要,对于材料物理专业的学生在培养过程中需要在以下方面做出调整:在培养目标上,将从“偏重文化技术和理论知识”转向“重视就业技能和发展能力”;在学习制度上,将从“学校是核心,全日制教学是主体”转向“学校与企业合作,实施弹性学制”;在教学内容上,将从“校内课程为主,重视学科性”转向“重视专业领域建设,注重校内学习与工作经验的一致性,专业学习与技能培养导向重于书本知识”;在学习方法上,将从“教室、图书馆和实验室是主要学习地点,书本学习是基础”转向“教室与实习地点的一体化设计,注重工学结合,专业实习是促进学习的重要动力”。对于这些内容的转变或改革,建设具有专业知识并具有良好的生产实践素质的教师队伍尤为关键。本校在学生的生产实习环节,聘请了实习单位具有良好专业技术能力和水平以及生产实践经验的企业技术人员作为学生的企业教师,在生产实习期间就企业管理、企业生产、产品生产技术以及质量检验等方面对学生进行专业知识的介绍和经验教学。此外,还聘请相关企业专业技术人员到本校开展相关专业课程的教学活动,使得学生可以在课堂上就可以了解企业的生产及活动,增强学生的专业学习兴趣。对于企业教师的管理以及考核是引导企业教师提高教学效果和激发教学热情的重要途径。为了激发企业教师的教学热情,本校对企业技术人员颁发了企业教师聘用证书。同时,为了督促企业教师的教学工作,本校还制定了企业教师的日常管理和考核办法,从源头上实现规范企业教师的目的。

3.企业实习过程管理。根据社会需求和教育部专业认证要求,本校还完善了本专业人才的培养方案,同时还强化了对其创新意识和实践能力的培养。本校参照材料物理专业认证中的学生毕业要求和本专业的特点,合理制定了本校材料物理专业人才的培养目标和学生的毕业要求。此外,本校还专?T成立了培养方案工作小组,负责培养方案的制订与修订,对实习计划、实习执行大纲和成绩评定标准等实习教学环节进行一定的修正,使本校材料物理专业生产实践环节的培养方案更加合理并能突出本校的办学特色。另外,本校还实施校内指导教师与校外企业指导教师的“双导师制”,入学后的每位材料物理专业学生都有校内的指导教师。进入企业生产实践前,采用学校引导,进行实习动员,安排学生查阅相关资料,做好实习准备,确定企业指导教师。当然,本校还加强校内导师和企业指导教师之间的沟通,从而充分保证学生实践环节的质量。企业对学生进行日常的管理,考核办法可以参照学生所在岗位的考核方法实施,校内导师则需要保持与企业导师、学生的密切联络,实现对学生的全面跟踪。加强对实习学生的考核,要求实习企业将实习学生视为职工,按职工的要求对其进行严格管理,统一考核,这样一来就可以让学生真正感受到企业与学校的区别,加快向“社会人”的转变。企业导师则可以根据学生的出勤率、工作态度、合作态度、遵守企业管理制度、现场考核等内容对实习学生进行一定的考核。实习结束后,学生要认真撰写实习报告,由教师评阅学生的实习报告,成绩则由企业的评定书、学生实践报告的成绩和答辩成绩来综合评定,从而使学生的实习成绩更加真实地反映出其在各个环节对于知识的接纳程度,实现合理的教学反馈。

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本文介绍了材料类专业大学物理教学现状,分析了目前教学中的不足,提出了大学物理除了培养学生基本自然科学素养外,还应为专业课程奠定物理基础,并针对性提出了优化大学物理课程内容和教学方法的建议,旨在提高材料类专业大学物理的教学质量。

关键词:

大学物理;材料类专业;教学改革

1引言

物理学研究的是物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及相互转化,它的基本理论是各个自然学科工程技术的基础,广泛的应用于生产、生活实际。大学物理课程则是以物理学的基本原理和基础应用为内容的高等学校理工科各专业学生一门重要的必修基础课,该课程是养成学生科学素养的重要组成部分,对培养学生树立科学的世界观,增强学生分析问题、解决问题的能力,以及探索精神和创新意识的培养等方面具有重要作用。同时,各理工类专业领域中都会涉及到物理学的基本原理、基本结论和基本方法,因而大学物理课程能为学生在后续的专业课程学习以及将来工作中解决生产技术问题,进行技术改造和技术创新奠定重要的基础,是合格的理工科毕业生、科技工作者和工程技术人员所必备的知识。对于不同专业,所需的物理知识侧重点是不同的,如电子类专业侧重于电磁学,化工类专业侧重于热学,机械类专业侧重于力学等。要充分发挥大学物理课程的作用,就应当根据各专业特点,合理安排大学物理内容,在教学过程中结合学生专业的需求有重点、有选择地进行物理教学。我们以材料类专业为基础,探讨分专业大学物理教学的教学模式。

2大学物理教学现状

2.1专业针对性不足

大学物理作为自然科学的基础,除了培养学生科学素养外,也应该起着连接基础理论知识与实际应用技术的桥梁作用。然而目前很多高校各理工专业都采用相同或类似的教材和大纲。这种安排虽照顾到了物理学各个基本组成部分,但是内容庞大,容易让学生产生学习的畏惧感,同时也不能体现出各专业的特点以及对物理知识要求的侧重点的差异,容易让学生学无所用的感觉,从而影响学习的积极性,仅仅是应付了事。

2.2教学设计不合理

传统的大学物理教学,更多的偏重于理论知识教学,实践教学(包括课堂演示实验)偏少,容易造成理论和实践的脱节教学中有很多的专业术语和复杂繁琐的理论推导,需要学生很好的掌握高等数学知识。然而随着目前高校的扩招,很大部分学生的数学基础薄弱,学习中一旦理解不了,容易出现畏难和厌学情绪,从而影响学习效果。

2.3学时少,内容多

随着高校扩招,办学规模扩大以及专业技术的不断发展,高校的教学计划也在不断的调整,大学物理教学内容也一再压缩。根据教育部高等学校物理基础课程指导委员会颁布了《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》[1],大学物理建议学时不少于126学时,但实际上目前各院校材料类专业大学物理课程学时普遍少于此建议。大学物理课程内容多,难度大,学时的压缩增大了教师教学难度,也导致学生难以在短时间内掌握如此多的知识。如何在短时间内教给学生足够的知识,对大学物理教学来说是一个不小的挑战[2]。

2.4教学手段单一

目前大学物理教学更多的是采用教师用多媒体讲授,学生被动接受的方式。这种以教师为中心的教学方式减少了学生和老师的互动交流,导致了学生的学习的主动性下降,课堂注意力不集中。如何运用形式多样的教学方法,提升学生的积极性,也是大学物理教学改革的方向。

3材料类专业大学物理的分专业教学改革

基于以上大学物理在教学中所遇到的问题和困难,笔者在本校材料类专业中进行了大学物理分专业教学的改革尝试。所谓分专业教学,即在满足培养学生基本物理科学素养的基础上,根据各专业的特点,合理制定不同的教学计划,弱化与专业关系不大的物理知识,加深与专业关系密切的部分教学,加强与专业相关的物理前沿科技介绍,为专业课程学习奠定良好的物理基础。通过改革明确学生学习的目的,提高学习兴趣。

3.1教学内容的调整

根据材料类专业课程特点,综合考虑学生的数学基础和专业培养方案,本着科学素养培养+材料专业物理基础的原则,结合材料学科发展趋势,对大学物理知识进行重组,形成材料类大学物理教学体系。

3.1.1热学

热性能是材料学研究的重要方面,如材料热膨胀、热传导等。目前的大学物理教材中只以理想气体为对象介绍热力学定律和分子动理论,对于固体和液体甚少提及。为此,笔者在讲授热力学定律时,同时介绍热力学定律对固体、液体的简单应用,介绍熵、焓的概念,并结合具体材料介绍相变概念。在介绍分子动理论时,以气体为研究对象,得出气体速率分布,并引出玻尔兹曼统计,简要介绍统计物理在材料学中的应用。

3.1.2光学

传统大学物理中光学部分主要讲解波动光学,包括光的干涉、衍射、光栅和光的偏振,着重在讲光程差计算、条纹特点、光强变化等,涉及到多个实验装置和大量公式,学生极易混淆,学习效果不好。因此我们弱化干涉,衍射条纹计算,减少实验装置,重点在相干叠加的物理思想。适当增加材料的光学性质介绍,如法拉第效应、光弹性效应等,增加光谱分析在材料检测中的应用。

3.1.3力学

力学是整个物理学的基础,材料的力学性能也是材料学研究的重要方向,而当前大学物理教学主要在质点运动学、动力学、机械振动和机械波。为与材料专业相适应,我们引入了弹性体力学和流体力学部分基础知识,让学生更多了解材料的力学性能及其研究方法。质点力学是力学的基础,讲授时我们特别强调物理研究的思想、物理概念和方法,如理想物理模型、矢量叠加原理、微元法等,培养学生科学的研究方法。

3.1.4电磁学

整个电磁学知识体系庞杂,学习难度大。其中静电场、稳恒磁场和电磁感应,是整个电磁学的基本,讲授时我们主要强调物理思想、概念和方法。导体和电介质、磁介质是描述材料的电磁性质的基础和基本方法,与材料专业密切相关,为此我们做了重点学习,让学生了解材料电磁性质的描述和研究方法。

3.1.5近现代物理

近现代物理主要包括相对论和量子物理。其中相对论与材料专业关系不大,因此,仅作简介,让学生了解基本的时空观概念。量子物理是研究微观粒子运动规律,而任何材料总是由基本粒子构成的,是材料研究的基础,然而量子物理知识复杂且难以理解,要求数学知识也较高,故仅介绍量子力学基本原理和原子物理的初步知识。

3.2教学方式改革

大多数大学教学中采用多媒体讲授式教学模式,即教师在讲台上讲,学生在下面听[3,4]。这种模式教学课堂传输知识量大,知识点和公式都直接投影在屏幕上,可以省去教师书写节省时间,但教学过程中过于依赖多媒体而忽略了板书,板书书写可以突出关键性的知识难点,学生也可以跟上老师的思维从而理解重要的知识点。因此在教学实践中,采用“多媒体+板书”的教学方式是有效的方式。物理作为一门实验学科,所有理论都需要通过实验验证,因此在ppt课件中,适当引入相关的动画和视频资料,可以起到事半功倍的效果,比教师枯燥的讲授要生动、深刻得多,既丰富了教学内容又开阔了学生视野。在教学过程中,启发式教学比满堂灌更能提起学生兴趣,教师要从现象引入,引导和启发学生进行积极思考,逐渐解开难题,教会学生用科学的思维方法解决问题。教学是个双向的过程,一定要加强师生间的互动,才能达到好的教学效果,教师要适时的提出问题,让学生思考回答。

4结语

总之,大学物理作为理工类专业的基础课,自有其重要性,我们需要重视大学物理的教学,既要培养学生自然科学的素养,又要架好和专业课程之间的桥梁。实践证明,考虑到材料类专业自身特点,本文中提到的教学改革方法能有效提高学生学习兴趣和物理素养,奠定专业学习必要的物理基础。然而,大学物理课程改革是一个复杂的系统过程,我们需要坚持不懈的进行研究和探索,完善教学体系,充分利用课堂时间,达到更好的教学效果。

作者:白浪 单位:攀枝花学院材料工程学院

参考文献:

[1]教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会.非物理类理工科大学物理课程教学基本要求[J].物理与工程,2006,16(5),1~8.

[2]程南璞.材料类专业中数理方法课程的改革与实践[J].西南师范大学学报(自然科学版),2011,36(2):202-205.

篇6

关键词:课程;大学物理;分层次教学;教学研究

物理学是自然科学的基础,是探讨物质结构和运动基本规律的前沿学科。物理学的发展是许多新兴学科、交叉学科和新技术学科产生、成长和发展的基础和前导。随着高科技的迅速发展,电信、材料、数学、化学、生物、教育、环境,乃至文科各专业均设大学物理课程为必修基础课。大学物理课程涉及的学科专业广,人数众多,且后续对接的课程面宽,在公共必修课的教学中具有重要的教学地位。

目前我国的大学物理课程的教学内容,仅是本学科本课程的传统内容,在物理学分层次教学、物理学跨学科教学、物理学与其他学科的综合教学诸方面较弱。学生对物理与其他与学科间的联系了解得较少。

面对科学技术的迅猛发展,高新科学技术产业的不断涌现,社会需求人才的模式日新月异,我们必须与时俱进地去研究和探讨符合新世纪人才培养要求、符合各不同专业、不同层次需求、具有自身特色的大学物理课程体系与内容。大学物理课程要符合培养高素质的复合型人才的要求,以适应现代科学技术的迅猛发展及学科的综合化整体化趋势[1]。

一、大学物理课程分层次的教学体系

大学物理课程教学内容应形成纵向以物理学知识为轴线,横向向边缘、交叉学科辐射的树形知识结构与科学知识体系,加强学科间的渗透、交融及综合。物理教育的内容既要具有扎实的基础性,又要体现明显的时代性[2]。

我们借鉴现代教育学理论和认知心理学的研究成果,构筑适合现代大学生认知特点的大学物理课程结构与科学知识体系。结合各专业的实际,建立公共大学物理课程三个层次、六个类别的教学体系,即144学时、128学时、88学时三个层次,电信类专业、材料类专业、生物类专业、化学类专业、数学类专业、教育技术类专业六个教学类别。注重理工科各类专业物理学知识共同要求的构建和特殊要求的兼顾,采用分层次教学,分类修订大学物理教学计划和编写教学大纲。

依据“宽口径,厚基础,重能力,求创新”的培养人才基本原则,在教学中保持物理学知识的系统性,培养学生的物理学科学思想和科学方法,并结合理工科各专业的实际,进行大学物理课程分层次、跨学科教学研究及实践;将物理学的教学内容与现代科技知识紧密联系起来,让学生切实感受物理学与本专业学科的密切关系。注重培养学生的现代科技意识,提高学生的人本素质,拓宽学生的知识面,关注当今科学发展的前沿课题,提高学生的科技创新素质,增强他们对新形势的适应能力和知识的更新能力,为学生后续的专业课程学习和毕业后进行工程实践创新奠定良好的基础,培养符合新世纪要求的复合型人才。

首先我们选用由高等教育出版社出版的面向21世纪高质量物理学教科书作为基本教材。该教材对普通物理学的力学、热学、电学、光学、原子物理进行了较为全面系统的论述,特别注重理工科各专业物理学知识共同要求的构建,对各类专业的特殊要求也有所兼顾。

在全面讲解物理学知识的同时,又强调重点,即对力、热、电、光等基本物理内容均进行系统的讲授,又针对不同学科、不同专业对物理学的不同要求,对相关的内容有所侧重。如电信类专业,重点内容为力学、电磁学、光学;化学类专业,重点内容为热学、电磁学、光学;生物类专业,重点内容为热学、光学;数学类专业,重点内容为力学、电磁学。此种大学物理分层次教学体系针对性强、便于具体操作实施。

对于生物类专业的大学物理课程,可指导学生在大学物理教学网站上学习生物物理学的有关内容。如,分子生物物理学、细胞生物物理学、复杂系统的生物物理学。学习物理学及物理化学技术在生物学中的应用,如电子显微镜、X射线衍射技术、发光光谱分析法等的物理学原理。结合加速度概念的学习,可了解加速度引起的生理反应;身体加速运动时,血液与人体内部组织引起的位移使人有不适感;人能忍受加速度的能力与加速度的大小及持续的时间有关等。教师可以针对人的这一生理反应,要求学生计算飞机在竖直圆周上飞行时人能承受的极限加速度。这样,教学将物理、生物、生活紧密联系了起来,激发了学生的兴趣,使学生了解了生活常识,针对生物专业的特点补充了新的内容,物理知识也得到了强化。

对电信类专业的大学物理课程,可指导学生在大学物理教学网站上学习光纤技术、微波技术、电子束技术、超导电技术、发展中的光计算技术、功能材料等内容。将物理学原理在电子信息技术中应用的有关内容,融入大学物理的教学之中。

对材料类专业的大学物理课程,可指导学生在大学物理教学网站上学习物理学原理在材料科学中的应用等内容。如材料的结构及性能,力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能、光学性能等。介绍物理学原理在材料性能测试的仪器中的应用。并让学生适当了解新材料,如超导体材料、纳米材料等。

对数学类专业的大学物理课程,可指导学生在大学物理教学网站上学习数学建模中有关的物理问题,如开普勒第三定律的发现、场的特性与建模,强调物理内涵、物理思想和物理方法。

该教学体系有利于解决理工科各专业大学物理教学普遍性与特殊性的矛盾。

二、大学物理实验模块分层次的教学模式

基础物理实验在大学物理教学中有着非常重要的地位,对培养理工科学生的工程实践能力影响至深。我们对公共大学物理实验课程体系和实验内容进行改革、整合和优化,打破传统的大学物理实验原有的力、热、电、光、近代物理实验分科教学的模式,建立相关内容融合、贯通和渗透,形成科学的相互联系的实验教学课程新体系。

新的教学模式将物理实验分为基础物理实验、演示仿真实验和近代物理实验三大相对独立模块,按基本实验、综合实验和研究创新实验三个纵向层次递进实施。在保证基础训练的前提下,精选基础实验内容,适当减少验证性实验,增设提高型、应用型、综合型、设计型和研究创新型选做实验,将现代科技成果融入基础物理实验教学。形成从低到高,从简单到复杂,从基础到前沿,从接受知识到培养综合能力、创新能力步步提高的“模块分层次”实验教学新模式。

此模式突出基础性,强调综合性,加强创新性,使实验教学上了一个新台阶,易于教学实践操作,有利于学生个性发展,让学生切实感受物理知识与当代工程技术之间的紧密联系,切实感受物理学与本专业学科的紧密联系,促进学生个性发展,为全校理工科各专业学生学习基础课程、培养创新能力提供了实验场所,教学成效显著。

该教学模式有利于解决理工科学生工程实践基础与创新能力培养的矛盾。

三、自编系列补充教材讲义充实教学内容

受专业教学差异性和教学学时的限制,通用教材难以全面满足不同的理工科各专业在“重能力、求创新”方面的培养要求。针对上述情况,我们在选定基本教材的基础上,将科研成果引入教学,转化为教学资源,针对不同学科专业的要求,自编相应专题的系列补充教材讲义:《物理学与生命科学》、《物理学与信息科学》、《物理学与材料科学》。

系列补充教材的主要内容涉及物理学与相关学科专业的交叉、物理学原理在相关专业中的应用、物理学与相关专业在前沿科学的新发展、新知识。这些内容是对基本教材的充实,填补了各专业之间的“空白”区,开阔了学生的视野,形成了以物理学基础知识为纵向轴线,横向与交叉学科辐射相连的树形知识结构与课程体系。各层次类别的教材将理工科通用大学物理基础知识与各专业所需的对口内容较好地协调起来,有利于拓宽学生的知识面,使学生在系统地了解和掌握经典物理学的基本知识、基本概念、基本规律和基本方法的同时,结合各专业的实际,充实现代物理学、交叉学科以及高科技知识,提高学生的科技创新素质,培养符合新世纪要求的复合型、创新型人才。

系列补充教材的章节目录体系如下:

系列补充教材1

物理学与生命科学

第一章 力与机械运动

第二章 生命科学与热物理

第三章 生物电磁学及其应用

第四章 无处不在的波

第五章 光在生物和医学中的应用

系列补充教材2

物理学与信息科学

第一章 光纤技术

第二章 微波技术

第三章 电子束技术

第四章 超导电技术

第五章 发展中的光计算技术

系列补充教材3

物理学与材料科学

第一章 表面探索技术和力学

第二章 微观热学与热分析

第三章 光与材料的相互作用

第四章 能带理论和导电性

第五章 材料与电磁场

系列补充教材充实了基本教材的内容,加强了学科间的渗透、交融及综合。

四、运用现代信息技术更新教学手段

计算机技术对教育手段的变革已产生十分重要的影响。我们为解决大学物理学时少与物理学内容容量大的矛盾,为解决大学物理教学公共性与各类专业特殊性的矛盾,针对大学物理课程的特点,建成并开放大学物理课程教学网站。有效利用教学资源,推进现代信息技术与物理教育课程的整合。

大学物理课程网站教学资源丰富,有教学大纲、授课计划、授课教案、习题解答、实验指导、教材及参考书目、课程描述;课程负责人简介、主讲教师简介、教学队伍结构简介;自主学习、教学评价、教学录像等,运行良好。不断维护更新大学物理课程教学网站内容,每年更新率大于20%。根据实际自行设计制作了高质量的多媒体课件,使用高水平多媒体教学课件,针对所采用的不断更新的教材,及时更新、修改、充实大学物理电子教案。

现代信息技术具有对视频、动画等多种媒体信息的高超编辑功能。在大学物理电子教案中,我们通过将微观过程实施宏观模拟、将瞬变过程转为定格分析,进而使某些物理问题变抽象为具体、变动态为静态、化枯燥为生动,使物理演示实验、图示说明、物理模型、物理过程等方面的教学在感知上更加形象生动,其意象内涵更加丰富深刻,弥补了单纯用粉笔在黑板上板书的不足,帮助学生完成对所学知识的感知、抽象、建模和应用。

针对各专业的特点,将学科专业知识和现代高新科技知识融入物理教学之中,倡导课外阅读与课堂教学相结合。积极组织引导学生开展课外的自主研究性学习,利用现代网络教育技术和多媒体教学功能,将自行编写的《物理学与生命科学》、《物理学与信息科学》、《物理学与材料科学》系列补充教材讲义在大学物理教学网站运行,将理工科通用的大学物理基础知识与各专业所需的对口内容结合起来,扩大学生的知识面,提高学生的科技创新素质。

学生可根据自己专业的特殊性要求,在课外自由链接浏览与自己专业密切相关的大学物理补充教材内容和重点教学内容,课外阅读与课堂教学相结合。在开放和直观的学习环境中,激发学生的学习兴趣,培养学生的科学思维方法,更牢固地掌握科学知识,促进大学物理分层次、跨学科的学习。

该教学方式有利于解决大学物理学时少与教学内容容量大的矛盾。

五、育人成效显著

实践表明,公共大学物理课程分层次、跨学科的教学,激发了学生学习物理的兴趣,使学生能具体体会到物理学在其自身所学专业中的重要性,并将物理学的学习与所学专业的发展需要密切联系起来,极大增强了学习物理的主观能动性,有效地提高了大学物理课程的教学质量,成效显著。大学物理课程已成为学生最受欢迎的公共必修课程之一,被评为精品课程。近几年,学生们在老师的指导下,荣获多项各级大学生竞赛奖。

课题组教师在教学研究与教学实践中,提高了教学研究水平,近三年发表教学研究论文20多篇。

大学物理分层次教学的特色主要表现为:充分发挥了教与学两个方面的主观能动性,实现教师主导作用与学生个性发展的优化结合。新的教学模式既能保证理工专业对物理知识的公共性需求,同时亦能兼顾各类专业自身特点的特殊需要,有利于培养学生工程实践能力,提高科学人文素质,养成良好的物理思维品质,激发学生的创新意识与创新能力,较好地体现了“宽口径,厚基础,重能力,求创新”培养人才的基本原则,顺应了现代科学技术的迅猛发展及学科综合化整体化的发展趋势。

参考文献:

[1] 金吾伦. 跨学科研究引论[M]. 北京:中央编译出版社,1997:1-14.

篇7

安康学院是一所新建的综合性地方本科院校,开设大学物理课程的专业比较多,过去所有专业都严格按照大学物理的框架体系组织教学,教学效果并不理想。学生的物理基础参差不齐,差异比较大,不少学生感觉大学物理难学,缺乏学习动力。在这种条件下,按照统一的教学内容,对各个专业不加区分地进行教学,会导致学生对大学物理课与自身专业的联系体会不深,无法激起学习兴趣。为了突出专业特色、增强针对性,使大学物理更好地为专业课的学习服务,实行按专业分类教学是十分必要的。

二、大学物理分专业教学的实施方案

首先,我们对大学物理分专业教学改革的经验和研究结果,进行了搜集、整理,学习。其次,针对大学物理教学中存在的问题进行了具体的分析,并对各专业的教师和学生进行了广泛的调研,切实掌握各个专业的特点以及各专业学生的学习动机、心态、学习兴趣。根据调研结果,基础物理教研室进行了讨论和分析,结合学校的培养目标,将大学物理分成三类,即《大学物理A》、《大学物理B》、《大学物理C》,实施分专业教学。

《大学物理A》分两个学期开设,共128学时,包括力、热、光、电(磁)和近代物理,各部分内容讲解比较详细。为了激发学生的兴趣,教学中注重联系专业,联系生活实际。《大学物理A》主要针对需要较强物理知识的理工科专业,如电子信息工程专业、数学与应用数学专业。对于电子信息工程专业的学生来说,后继专业课的学习与物理知识联系紧密,且物理学所培养的思维方式,对于他们来说也非常重要。对于数学与应用数学专业的学生来说,数学的发展是离不开物理的。物理学的发展为数学的发展提出了新问题,提供了新的思想及方法,如微积分是牛顿在研究力学问题时首先提出来的。所以,物理的学习对数学专业的学生非常重要。通过《大学物理A》的学习,为这两个专业的学生打下了坚实的物理基础,培养了他们分析、解决问题的能力以及严密的逻辑思维和严谨的态度。

《大学物理B》一学期开设,共80学时,包括力、热、电(磁)和近代物理。《大学物理B》是针对材料化学专业、化学工程与工艺专业、计算机科学与技术等专业开设的。以材料化学专业为例,他们的主干课程中《物理化学》、《高分子化学与物理》、《材料科学基础》、《功能材料》、《纳米材料》等课程和大学物理知识的联系都很密切。因此,在教学中针对专业特点,减少了经典物理中刚体力学和光学部分的内容,对经典物理热学和电磁学部分有所侧重,并加强了近代物理及物理知识在生产、生活、科学技术应用等方面的内容。对于这些专业的学生来说,由于有了侧重点,可以使他们体会大学物理课程与自身专业的联系,激发兴趣,为专业学习打下良好的基础。《大学物理C》一学期开设,共64学时,包括力、热、电(磁)和近代物理。其中经典物理部分在《大学物理B》的基础上,删去了有介质时的电场和磁场,大大降低了难度。

《大学物理C》是针对那些对物理知识要求较低的理工科专业,如生物科学、食品科学与工程、数字媒体等专业开设的。在教学中加强应用性和趣味性的内容,侧重物理规律内在的联系性、物理体系的严密性,侧重对物理现象的描述而弱化具体解题的过程,注重培养学生科学思维方法和理论联系实际能力。

三、大学物理分专业教学的效果

大学物理分专业教学提高了师生的积极性和主动性,取得了令人满意的教学效果。首先,分专业教学对任课教师提出了更高的要求,促使教师在教学过程中不断总结、不断改进,调整教学内容,以便上好每一堂课。由于针对不同专业的教学侧重点有所不同,因此教师就要了解各专业的培养方案、专业课程,使大学物理更好地为专业课服务。这就要求教师通过各种渠道查阅资料,不断学习,丰富和提高自身的专业水平和知识面。这样才能在课堂上联系专业、联系实际,使教学内容更充实。其次,实施分专业教学激发了学生的学习积极性。分专业教学在保证学生对物理知识的需求的同时,又考虑各专业的特点,有效培养了学生的逻辑思维能力和严谨态度,充分激发起学生的学习积极性。

例如在给电子信息工程专业的学生讲刚体的转动惯量时,教师课前做了大量的准备。准备了视频,设计了实验,并设计了讨论环节,教学效果非常好。开始上课时,让一个陀螺在一根很细的钢丝上转动,却掉不下来(引起学生阵阵惊呼)。讲完基本概念时,转动生鸡蛋和熟鸡蛋,让学生分组讨论区分,并当场把鸡蛋敲碎,分析总结讨论结果。最后让同学们观看惯性制导(利用惯性原理控制和引导导弹或运载火箭飞向目标的技术)的录像,总结刚体转动惯量的物理意义。指出电磁仪表的指示系统,因线圈的转动惯量不同,可分别测量微小电流或电量。另外,在发动机叶片、飞轮以及人造卫星的外形设计上,精确地测定转动惯量都是必要的,等等。

再比如,给生物科学专业的学生讲磁场时,教师利用北大影视库中“生物的磁性”的四个影片(每个大约2分钟左右)生动地展现了生物的磁性,指出动物识别方向的能力是感官生物学上的大课题。第一个:生物具有磁性。1974年康奈尔大学研究员在鸽子头部安装磁铁实验,鸽子变得没有方向感。第二个:龙虾迁徙。动物的迁移与地磁场有关,与生物本身的磁性也有关。第三个:细菌(单细胞生物)体内具有微小的、纳米的颗粒,它具有磁性。第四个:人体神经细胞内也有磁性颗粒。通过影片的放映,使学生深入了解大学物理与专业课的联系,引起了学生的学习兴趣。

四、结语

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【关键词】固体物理与化学 教学 改革与实践 应用型

【基金项目】2013年铜仁学院教改项目“《固体物理》课程的教学改革思考与实践”(项目编号:JG201346)。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2015)08-0126-02

固体物理是研究固体的微观结构、各种微观粒子运动形态和规律以及它们相互关系的学科。它是材料类专业的重要基础课程,涉及力、热、声、电、磁和光学等各方面的内容。固体物理理论在很多研究领域都有广泛应用,它是微电子、光电子、半导体等各项技术和材料科学的基础。固体化学着重研究物质的化学反应、合成方法、晶体生长、化学组成和结构,特别是固体中的缺陷及其对宏观物理化学性质的影响。固体物理和固体化学知识在前沿科学中的应用越来越多,相关材料类专业也都开设了这两门课程。

随着科学技术的不断进步,材料科学的研究正不断开拓新的研究领域。作为材料类学生的专业必修课,固体物理和固体化学两门课程原有的知识体系均存在着不同程度的局限性。具体来讲,传统固体物理是一门理论性很强的课程,它用量子理论研究物质的微观结构,用以解释宏观物理性能,以理论教学为重点,实践教学占的比重不多,与前沿科学的结合也不够,不符合材料专业对应用型和实践性的需求;固体化学课程内容包含材料制备工艺和分析手段等实践内容,但对固体的研究方法、结构与性能关系等方面的探索还需要依靠固体物理理论的指导。针对具体的研究对象,往往需要综合固体物理和固体化学的知识才能解决问题。这种解决实际问题的需求使得在材料专业设置固体物理与化学课程很有必要。

目前,在国内大学的材料类专业,固体物理和固体化学一般作为两门独立的课程设置,两门课的教学内容既有重叠部分,也有互补需要。可以合并固体物理和固体化学两门课程,删去重复知识点,缩短学时;提取、凝练知识点互补部分,利用“固体物理”理论更好地指导“固体化学”实践,达到“1+1>2”的效果。

根据铜仁学院的办学定位和教学实际:适应区域经济社会发展需要,按照“突出应用、培育特色、提高质量”的原则,培养高素质的应用型人才,注重社会服务的教学服务型大学。固体物理和固体化学作为材料专业的核心课程,其教学水平对学生的后续发展至关重要。铜仁学院为新升本科院校,固体物理和固体化学这两门课程的开设时间不久,而且目前我们的教学还是偏重理论,实践性不强。因此,为了改变我校材料物理专业固体物理和固体化学教学过程中的问题,培养和造就高素质的应用型本科人才,创新性地设置固体物理与化学课程。

一、改革教学内容

材料学科是一门应用型学科,材料研究的目的就是为了开发设计新材料及其功能应用。根据材料学科的特点和我校材料物理专业的人才培养目标,优化设置教学内容。

(一)将固体物理和固体化学课程的内容有机融合

固体物理和固体化学两门课的教学内容既有重叠部分,也有互补部分。内容的重叠表现在晶体结构、晶体结合和晶体缺陷为两门课程共有部分,但侧重点不同;互补表现为某一研究问题的解决需要综合两门课程的知识点,并且固体化学中关于晶体衍射、固相反应等内容恰好是固体物理中倒易点阵、扩散等理论知识的实际应用。新开设的固体物理与化学将固体化学的知识有机融入固体物理,两门课程的内容“”。具体来说,将固体化学关于点缺陷的反应式纳入固体物理晶体缺陷章节;将振动光谱、波谱技术与晶格振动联系起来;将晶体的热学性质与热重分析、差热分析联系起来;将金属键与能带理论相结合;固相反应与扩散理论相结合等等。删掉固体化学中的相图内容,此部分在材料科学基础课程中讲授。合并后的固体物理与化学学时为72学时,少于原先两门课程的总学时。

(二)重视知识体系构建,缩减理论学时

固体物理是以热力学统计物理、理论物理、量子力学等课程为基础的课程。固体物理的学习需要这些基础理论作保证,但材料类专业的学生在这方面基础相对较薄弱。特别是固体物理中有很多新概念,通常需要建立复杂的物理模型和理论计算得到。复杂的数学推导过程和物理假设使很多学生感到困惑,在学习过程中也感到十分困难,造成部分学生失去兴趣。因此不能一味追求推导过程,更多的是突出概念的本质和含义,重点讲述物理假设和物理过程。物理模型的建立应简单易于理解,把复杂问题简单化,让学生学会用最简单的方式去解决复杂的问题。比如倒格子概念抽象,是固体物理的一个知识难点。在讲授倒格子时,尽量简化其推导过程,类比普通物理平面波中波矢的概念,将倒格矢与波矢类比,建立抽象的概念与已有的物理图像之间的联系,讲清楚为什么引入倒格子以及引入倒格子后对于我们解决问题的好处,让学生直观理解其背后的物理意义,帮助学生在倒空间中思考问题。

(三)融入前沿科学,提高学生学习兴趣

很多新技术、新材料的发明离不开固体物理和固体化学知识,在教学过程中要适当加入前沿科学和当今世界的研究热点,使学生认识到课程内容的重要性和实用性,例如,在讲解固体分类的时候,就要介绍准晶体;在讲晶体结构的时候,可以介绍石墨烯、碳纳米管。材料由于晶体结构的不同,其物理化学性质相差很大,在讲金刚石结构的时候,要提到另一种具有相同结构的硅材料。还有超晶格与晶体结构、半导体与能带理论的联系;材料的磁性与原子结构之间的关系;巨磁电阻效应等现象。使学生了解固体物理理论在前沿科学中的应用,扩展学生的知识范围,提高学习兴趣。

(四)注重实践教学,提高学生实践能力

材料学是实践性很强的专业,需要在教学中加入实践内容,在每章最后专门设置一个小节内容作为本章应用举例,可以更好地帮助学生理解课本上的理论,更重要的是把理论知识应用到实践中,理论与实践结合,培养学生独立思考问题的能力。例如,在讲解X射线衍射的时候,可以用某物质的XRD图谱作为例子,简单教学生使用Jade分析XRD图谱如何确定衍射峰的晶面指数,如何根据衍射峰来计算晶面间距,结合材料的晶体结构,从而确定材料的晶格常数,这样就把晶体结构这一章的知识全部串联起来。在讲晶体对称性的时候,可以列举相关材料,例如晶体的铁电性与对称中心的关系。

(五)增加科普知识,引入情感教学

在教学内容中增加科普知识,有助于增强学生的认同感,提高学生的科学素质。在讲授某个学科知识点的时候,增加其发展的历史故事,有助于学生更好地理解这门学科和这个理论。科学家是科学发展的主体,也是某一学科知识的缔造者。介绍相关科学家对某知识点的贡献和科学家的生平故事,可以有效提高学生学习的兴趣。能带理论是固体物理中的一个重要理论,通过对固体电导理论发展史的讲授,使学生更好地理解这个理论和实际应用。

二、改革教学方法

(一)多媒体教学和模型教学,建设网络课程资源

传统的理论教学以板书为主,其优点是有利于学生理解理论推导过程。但不足在于耗费时间、且有些图形动画板书不够形象。而应用多媒体教学具有形象生动、有声有色、节约时间等优点,可以利用Material Studio等计算机软件制作晶体模型,增加一些动态元素,突出趣味性、形象性,把抽象的物理模型用文本、视频、动画等多种方式展示出来,增强课堂教学的直观感染力。在课堂增加一些实物模型,比如讲晶体的结构,可提供一些球棍模型,让学生自己动手组装,使学生能直观感受晶体的结构,对理解晶体的对称性有很大的帮助。还可以制作一些CAI课件。在学院网站建立固体物理与化学课程板块,将课件、模型、视频等资料作为网络课堂,为学生提供课下学习资源。

(二)采用教学互动模式,激发学生学习兴趣

现代教学不是一个老师教、学生学的单一过程,更不是“填鸭式”的灌输过程,而是以学生为主体、老师为主导,相互参与的过程。教师要鼓励学生发现和探索问题。学习每个章节,都要探讨三个问题:这章的知识体系是什么,本质是什么,在课程中的作用和地位是什么。通过这样启发式的问题,引导和鼓励学生思考、讨论,能力的提高在于发现问题和寻找答案的过程,鼓励学生提出自己观点和见解,不怕出错,反复思考,对某一问题深究到底,营造积极活泼的课堂学习气氛。

(三)创新作业形式,提高学生知识应用能力

在现有教学方式中,课后作业以习题形式为主,不利于发挥学生积极主动性,有碍学生发现问题和解决问题能力的培养。因此需要改变传统作业形式,将作业以论文的形式呈现。地方本科院校的学生基础相对薄弱,需要采取循序渐进的方式进行指导,使他们尽快适应新的学习方式。在前期,由教师选择涵盖课程知识点的中文期刊论文,学生自学并整理期刊论文内容,制作做成PPT课件,并在课堂上讲解自己制作的课件;到后期,教师给出一些材料科学中与课程相关的研究热点问题,不再具体指定论文,引导学生围绕主题发现问题,检索信息,解决问题,并且撰写小论文。这样不仅提高了学生的自学和解决问题的能力,还开阔了学生的眼界,使他们对理论在实践中的应用有更深刻的体会。

三、改革考核方式

考核是检验学生课程学习情况的重要途径,学术型学生的培养,主要以闭卷考试为主,但应用型学生的培养,应该以过程考核为主。引入实例讨论环节并将其计入平时成绩,加强学生在此过程中的参与程度,在教学过程中将学生分成不同的课题组,分配不同的课题给他们。因此,我们采取改变平时成绩计算方法和在期末考试中设置开放性试题的办法,平时成绩设置起始分数,有积极表现的加分,比如课堂主动提出问题和回答问题、平时小论文写作、课堂做专题论文PPT报告都可以加分,没按要求完成任务的则扣分。在期末考试中设置开放性试题考察学生对于学科知识体系的理解,开放性试题不设标准答案。通过考核方式的改变,引导学生改变不良的学习习惯,培养积极主动的学习方式。

四、结语

根据培养高素质应用型本科人才的培养目标,需要增加实践性应用性的课程,较少理论性课程和学时,在这样的背景下,通过内容优化整合,将固体物理和固体化学合并成一门课程,即缩减了总学时,又不减少知识点,同时还加大了实践技能的教学,达到了人才培养的目标。

参考文献:

[1]黄昆,韩汝琦.固体物理学[M].北京:高等教育出版社,1997.

[2]王矜奉.固体物理教程[M].济南:山东大学出版社,2010.

[3]朱建国,郑文琛,郑家贵,等.固体物理学[M].北京:科学出版社,2005.

[4]庞震.固体化学[M].北京:化学工业出版社,2008.

[5]赵军伟,赵觅.材料类专业固体物理课程创新教学改革与实践初探[J]. 轻工科技,2012,158(1):134-135.

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无损检测技术专业为该校的精品专业和骨干专业,其培养目标为:能从事机械制造、航空、航天、道路交通、能源、船舶制造、特种设备等行业原材料、产品无损检测、理化测试等相关工作中的高级技术人才。要求学生掌握足够的力学、热学、电磁学、几何光学、物理光学和原子核物理基础知识。几年来,该专业的物理课程教学一直采用理论教学和实践性教学相结合的模式,学院办学层次提高以后,对人才培养的目标有了更高的要求。为更好地服务专业基础课和专业课教学的需要,必须对物理学的教学体系和教学内容以及教学方法做出改革,以适应高职教育的需要。下面就无损检测专业高等职业教育中物理教学过程中的改革问题,谈谈该研究者的几点想法。

1 高职物理教学现状分析

(1)生源质量不高。由于社会大众普遍对职业教育的认可度不高,再加上高职的录取分数线在逐年降低,高职招收的学生入学成绩较低,而该院无损检测专业又可文理兼招,因此大部分学生入学前成绩不理想,高中物理和数学知识很薄弱,学生在学习物理课程中存在学习动机不明确,学习兴趣不浓等问题,这给物理课的教学带来了很大的困难。

(2)物理教学内容多、课时少,与专业课教学的衔接不够。该校无损检测专业开设了一年的物理课,物理学作为一门基础课程,按照高等职业教育对基础知识的要求是“必需、够用”,教学内容的“必需、够用”是由专业教学计划的整体知识结构和能力结构来确定的,实际教学中任课教师一般为基础部的物理教师,由于他们对于不同专业对物理知识的要求缺乏了解,从而导致任课教师对“必需、够用”的度把握不准,往往根据课时数和经验来取舍教学内容。现有的高职物理课程体系和教学内容比较陈旧,基础物理的内容比例较大,近现代物理的比例较小,且太注重知识体系的完整性,和其它相关学科的联系及后续专业课程不能有效衔接,不能适应不断变化的专业教学的要求和人才培养的需求。

(3)教材与专业课程不配套。由于该校高等职业教育起步较晚,物理课程一般都沿用理工类专科教材,缺乏与之配套的能反映高职特色和专业要求的教材。

2 物理在无损检测专业学习中的重要意义

无损检测是一门综合性的应用技术科学,该技术以不损害被测对象的使用性能为前提,对各种工程材料、零部件和结构件进行有效地检验和测试,借以评价它们的完整性、连续性、安全可靠性及某些物理性能。无损检测技术所使用的各种无损检测方法的原理几乎涉及到现代物理学各个分支,目前应用最广泛的常规无损检测方法主要是渗透检测、磁粉检测、涡流检测、射线检测、超声波检测。例如渗透检测的基本原理是利用渗透液的湿润作用和毛细现象,使渗透液进入工件表面开口的缺陷,随后被吸收和显像。磁粉检测是利用导磁金属在磁场中被磁化,并通过显示介质来检测缺陷特性的一种方法,铁磁材料的工件若有缺陷就会磁化后产生漏磁,采用磁粉或霍尔元件可以检测出漏磁场的存在,从而判断缺陷位置、大小、形状和性质。涡流检测是建立在电磁感应理论基础上,利用交变磁场作用在不同材料上会产生不同振幅和相位的涡流来检测导电材料的物理性能、缺陷、结构情况的差异。射线检测是利用X射线、γ射线和中子射线易于穿透物体,穿透物体过程中受到吸收和散射而衰减的性质,在感光材料上获得与材料内部结构和缺陷相对应的黑度不同的图像,从而检测出物体内部缺陷的种类、大小、分布状况。超声检测是工业检测中应用最广泛的一种方法,超声波被用于无损检测,如脉冲反射法,其原理是利用高频电脉冲激励压电晶片,发出超声波,通过偶合剂进入工件,在工件中传播如果遇到缺陷发生反射,反射波再由压电晶片转化成电脉冲,放大后由仪器显示出来,根据反射波可以确定缺陷的大小和位置。

近年来随着物理学发展,许多无损检测新方法和新技术也获得了迅速的发展和应用,如声发射、激光全息、微波、红外线等。

由此可见学好物理是学好无损检测专业课的基础,同时学习过程中还能不断培养学生的思维品质,让学生的逻辑性、认知性有较大的提高,这对于学生的积极影响,是要远超课程本身的内容。

3 无损检测专业物理教学的改革探讨

(1)提高认识,建立科学的课程教学体系。由于物理课的教学质量好坏会直接影响后续专业课的教学质量,因此教研室应对《物理学》教学有一个全面的规划、整体设想,在物理课程教学方面真正形成一个多层次(高职三年制文理科、高职五年制构成),多模式(理论教学与实验教学相结合,分级教学与大面积教学相结合,多媒体教学与黑板教学相结合)立体化的物理课程教学体系。

(2)正确定位高职物理课程教学思想。在高职教学中开设物理学,其目的不但要让学生掌握物理学的基础理论、基本规律及一些实际应用,而且还要培养学生的思维能力、用物理学知识解释自然现象、分析问题、解决问题的能力,培养学生的观察能力和实验动手能力,通过物理实验训练培养学生实事求是的科学态度,使学生获得可持续发展的能力。

(3)教学内容的改革。针对物理学时少、内容多、学生高等数学知识不足、基础知识参差不齐等问题,决定在物理教学上实施以模块为主的教学改革。在教学中淡化理论、注重实践,不再保全物理内容的系统性,而强调其应用。该课程欲设计力学、热学、电磁学、光学和原子物理5个模块,分两学期完成。第一学期开设力学和热学等知识;第二学期开设电磁学、几何光学和物理光学、原子物理学等知识。力学包括运动学、动力学、振动和波动等内容,对应无损检测专业的超声检测;热学包括分子的动理论基础、液体的表面张力和毛细现象等知识,物理光学包括光的波粒二象性、光度学等知识,对应无损检测专业的渗透检测;电磁学包括静电场、稳恒磁场、电磁感应等内容,对应无损检测专业的磁粉检测和涡流检测;原子与原子核物理学包括原子和原子核结构理论、射线产生的机理、种类和性质等知识,对应无损检测专业的射线检测。

(4)积极探索教材建设。针对高职学生理论基础较差这一特点,教研室应选择或编写出适合高职检测专业要求的物理教材。具体是要注重教材知识的合理性、基础性,对基本概念、基本理论、基本方法论述要深入浅出,清楚明白;内容编排要由易到难、循序渐进,注重知识的连贯性和衔接性;同时还要根据检测专业的特点,注重物理教材的专业性和实用性;并且还要紧跟科学技术的发展,注重教材的先进性、实践性,增加实验内容的叙述。

(5)优化教学手段、完善教学方法。教学方法采用项目导向方法为主,多种教学方法灵活运用和体验性学习的方法;教学手段采用高水平的多媒体教学影片、电子教案与多媒体课件、互联网的使用、实践教学等。

(6)明确高职物理教学目的,改革考核方式。

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一、 职教《物理》力学和《建筑力学》的联系。

对一般专业如市政、建筑、材料等,静力学理论、质点运动学理论、刚体运动学理论等在建筑力学中都是经常要用的。建筑力学本身所包含的内容很多,不同专业的建筑力学对物理学理论的需求是不同的。

物理作为基础理论课程,虽然承担着为后续专业学习提供理论基础和分析解决问题方法的任务,但职教物理教材的编写绝不可能仅仅为某一门后续课程服务,因而某些内容的介绍不可能像专业或专业理论课程那样具体详细。物理教材的编写为了保持其内容系统性和连续性,往往会将在建筑力学中要用到的知识和内容分散在不同的部分和不同的章节中。但由于课时少或其它原因,现行的职教物理教学仍以经典物理学为主,近代物理学部分内容一般都简略或不讲,而这些内容恰恰对学生今后建筑力学的学习是非常有益的。笔者认为,在教学过程中,物理教师要能够因地制宜地对现代物理学内容作适当的补充,为学生学习建筑力学奠定基础。

现代科学的另一个重要趋势是综合,特别是要增进对复杂系统的认识。物理作为一门基础科学,也是学生涉及最早与工程实践最有联系的一门学科,为学生后续的学习提供了许多理论基础和方法。对此,物理提供的方法是极其有用的工具。物理学研究方法既不是笼统的对经验的统计,也不是深究细微的描述分类或一丝不苟的逻辑,它强调的是事物发展的主要矛盾,阐明基本原理,得出物体运动的一般规律。实际工程的情况往往相当复杂,对这样的复杂系统进行力学分析是不容易的。因此,从物理力学到建筑力学的过渡是一个必要的渐进过程。加强物理力学和建筑力学教学的衔接是十分必要的。

二、物理力学和建筑力学教学衔接

1、教学内容的衔接

教学改革是这几年来职教教学的热门话题,如何加强基础课程与专业课以及专业基础课程之间的教学联系,是近年来研究较多的内容之一。职教物理力学和建筑力学有着非常紧密的联系,如何加强其教学法衔接,是值得探讨研究的重要问题。

建筑力学课程就其内容来说,由理论力学和材料力学两部分组成,随着职教教学不断改革,建筑力学的课时数已经锐减。因此,在实际教学中理论力学内容涉及少一些,一般只能讲静力学部分,而在材料力学学习中还要用到运动学和动力学等相关的知识。职教物理力学同样包含了静力学、运动学和动力学等部分,因而笔者认为,在物理教材编写上,要力求做到与建筑力学的有机衔接,真正为专业课程的学习起到一个好的基础作用。同时在职教物理教学中,物理教师不应该仍然死守着过去那种保证本课程教学完整性的传统思想,相反要能够针对不同的专业要求对教学内容进行重组、调整,引入相互交叉的、必备的相关知识,并贯彻少而精的教学原则,使教学内容多与学时少的矛盾加以解决,以适应不断改革的教学要求。

此外,物理力学概念、定理、定律和公式在建筑力学中也得到广泛使用,例如:力和力矩平衡原理,作用力和反作用力原理,力的分解和合成原理,功的原理,牛顿定律,转动定律等等。但现有的职教物理和建筑力学教材对同一概念及定理定律的表述往往不一致,二者之间的脱节很容易造成学生的误解。由于教基础课程的教师不懂专业课,而专业课程的老师也不去研究基础课程,因而缺少教学沟通,造成教学脱节。如何在教材编写和教学过程中加强它们之间的联系,对我们教师提出了较高的要求。

2、研究和解决问题方法的教学衔接

物理力学和建筑力学研究的侧重点不同,物理侧重于对事物运动普遍存在的基本规律的研究,建筑力学更侧重于对工程实践中存在的力学规律的研究,因而其研究方法也有所不同,但它们有着许多共性和相似之处。因此在基础课的教学中不能仅仅局限于本课程的要求,应尽可能做到为专业课程服务。

物理力学在分析和解决问题的方法上也应尽可能做到与建筑力学一致。例如:对任意力系向一点简化,在建筑力学中总是简化为一个力(主矢)和一个力偶(主矩),在此基础上,还可以进一步简化,得到简化的最后结果或者说简化到最简单的力系,而物理力学中一般只考虑主矢,不考虑主矩,往往易使学生产生误会。