工程技术人才培养与大学物理教学改革

[摘 要 ]工程技术人才的标准要求大学物理精选专业相关的教学内容,合理处理教学内容,将人文文化融入物理教学,以物理实践教学带动物理教学,从而实现培养工程师的目标.

[关 键 词 ]工程技术人才 大学物理 教学

[作者简介]郑永春（1967- ）,女,河北衡水人,衡水学院物理与电子信息系,副教授,研究方向为大学物理、热学；尹志会（1970- ）,女,河北衡水人,衡水学院物理与电子信息系,副教授,硕士,研究方向为光学工程.（河北 衡水 053000）

[基金项目]本文系2010年度河北省高等学校科学研究指导计划课题“STS教育思想在大学物理教学中的渗透试验和研究”的研究成果.（项目编号：ZS2010319）

[中图分类号]G642.4 [文献标识码]A [文章编号]1004-3985（2013）20-0111-01

随着《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》的贯彻落实,人才培养模式的改革与创新成为当前我国高校深化教学改革、提高人才培养质量的关键.工程技术人才是提高国民经济、推动社会发展的生力军,也是我国当前急需的人才,因此工科院校和综合性大学的工科专业都是非常热门的.可是地方院校的毕业生常处于很尴尬的境地,课程学的不少,可进入工程技术操作场所却无从下手,也无从学起,有的干脆就急忙退身回到学校继续深造,这无形中增加了人才培养周期和培养成本,可两三年之后能否成为社会需要的工程技术人才还是未知数.究其原因是培养观念、培养模式的问题,因此更新人才培养观念,探索切实有效的人才培养模式是非常必要的.

从美国工程与技术认证委员会对工程教育专业的评估标准中可以看到,在重视加强数学和科学基础的前提下,当前更强调侧重工程实践能力、团队合作精神、终身学习能力等知识.我国工科院校大学物理是专业基础课程,一般在第二学期开设,是在中学物理的基础上,结合高等数学的微积分、向量运算等知识开始大学物理的学习.通过大学物理的学习,学生的理论运算能力、基本实验能力有所增长,但这远远不能满足工科学生的学习,因此影响了学生的学习动力,对大学物理这门课的学习态度、学习模式也直接影响了后继课的学习效果.因此在大学物理这门专业基础课教学中,教师要尝试开始工程技术人才培养的探索,从教学内容、教学设计等方面进行改革,以提高大学生的学习兴趣、学习能力、实践能力和创新能力为目的,这对提高高校物理课程教学质量以及人才培养水平有重要的现实意义.

一、精选专业相关的教学内容

现有的大学物理教材都是力、热、光、电、原子等基础物理的全部内容,在一学期左右要求学生掌握全部内容是不可能的,浅显的学习等于重复高中学习过程,就失去了开课的意义,更是对工作的失职；若从头到尾运用高等数学分析物理概念,推出物理定律,引导学生学会运用高等数学处理每一部分物理问题,多数学生会陆续掉队的,这也会极大挫伤学生的学习积极性.因此教师要精选教学内容,这需要翻阅相关专业的后续课程教材,或请专业教师座谈教研,以便使不同专业大学物理教学内容有所侧重,使教学计划更切实可行,这需要教师的敬业精神和奉献精神,因为涉及跨院系工作,实施过程中会遇到一些不便.

二、合理处理教学内容

对每一部分教学内容的处理上采取中学物理为基础、大学物理重方法的原则,使学生实现物理知识和方法技能的逐步提高.质点运动学,重点为运动方程、速度和加速度概念和相互关系,结合通用坐标系应用到一般的直线和曲线运动中,再根据特殊运动特点推出中学熟悉的匀变速运动方程式.本部分内容的特点是物理概念多,高等数学集中运用,学生不易接受,因此教学思路要清晰明了,掌握解决一般运动的方法,不过多涉及坐标变换的问题.质点动力学为力的冲量和力做功,通过应用举例推出伯努利方程,这是液压传动课程中的基本方程.刚体动力学主要概念是力矩和角动量,主要规律是转动定律和角动量守恒,采用和质点力学类比的方法进行教学可达到事半功倍的效果.难点是角动量守恒的分析,教师可实例分析动量不守恒但是角动量守恒,先从动量和角动量概念分析,在从受力和受力矩分析,使学生从表面到内在原因掌握动量和角动量守恒的区别.这部分内容在工程力学课程中有所涉及,可根据课程进度适当处理.对静电学的处理是把握电场强度和电势的计算方法,高斯定律和环路定理是分析推理的必备工具,要引导学生理解,但由于使用过程中的任意性的确定,使学生不能确切把握,因此对机电专业,重点放在电势、电压、电场力做功的概念和规律上.通过公式推演,学生知道了中学相关知识的来源和局限,掌握处理问题的一般方法和技巧,学生只有充分掌握了基本概念和基本规律,把所学的知识衔接起来,才能灵活运用.对电介质极化做定性分析,得出电场强度和电容的决定式,电容的串并联计算要使学生明白等效的依据,不能机械套用公式.静电场的能量是静电学的收尾内容,要把握思路使学生掌握电场能量的求解方法,理解电场的物质性.对磁学、热学等内容也根据前后知识的需要做相应处理.

三、将人文文化融入物理教学

在大学物理教学中将人文文化融入教学内容之中,使学生知道知识的来龙去脉,不但能提高学生的学习兴趣,而且能很好地培养学生的创造力和综合素质.人文文化在中学、大学物理教材中多少都有所涉及,但这部分内容从没被师生重视过,这也许是受当前的考评制度的影响.在20世纪60、70年代诞生的STS研究领域,主张把科学、工程能力和人文社会科学能力结合在一起的教育模式,因此没有人文文化的物理教学是不完整的,不能因为时间紧就舍弃这部分的教学,实际上教师只要精心设计教学过程,这部分内容的学习可以实现画龙点睛的效果.例如在电磁学部分的学习时,教师在将静电、电流、电生磁、磁生电的知识讲给学生后,可以对每位科学家的工作经历、科学精神和人生态度进行一定的讲解.教师在教学过程中要引导学生追根溯源,要让学生立体化地把握知识,以科学家、相关物理知识、研发趣闻、历史作用为教学主线,让学生在深入理解科学文化的同时感染科学精神和创新精神,提高学生的学习兴趣和学习. 四、以物理实践教学带动物理教学

教师要让学生通过大学物理实验使学习逐步增强,为学生实现工程师的理想打下坚实的基础.师生要明确实验教学和理论教学的关系,理论是实验的基础,实验促进理论的发展.因此开始设置的实验内容一般为验证性实验,是为了充分理解物理概念和规律的,由于这些内容学生已经知道实验结果,往往不能引起学生的兴趣,同时也影响了学生基本实验技能的提高,到有相当难度的综合性、设计性实验开设时,往往由于学生的理论知识或实验设备的知识的缺乏不能到达预期目的.因此针对工科专业的特点,要求学生从事专业见习,到机电门市、标准件商店,学习了解工程中常用的零部件的名称、外形功能等,然后到小型设备加工厂见习设备的组装调试过程.这项工作为学生学习技术、提高能力指明了方向,学生回到课堂、回到实验室学习物理的动力就会大大增强,因此在实验教学中从基础实验开始就要让学生从简单工具、仪器的学习使用开始,结合不同的基础实验方法设置实验内容,使学生掌握放大法、模型法等基本实验方法,同时培养学生的观察能力、分析能力、动手能力和数据处理能力.随着基本实验能力的增长,为学生提供设计实验的条件,由学生搜集学习相关的理论知识,组织讨论设计方案,观察总结实验过程,分析实验结果,最后形成小论文.因此可以在已经完成的基础实验中,通过改进实验方法或实验仪器再次设计实验方案、分析实验结果并做出总结.这样的学习过程培养了学生自主学习的能力,培养了学生的创造和沟通协作能力,这是工程技术人才培养的基本思路.

工程技术人才培养是一个长期过程,大学物理的学习是一个起点,要通过大学物理教学充分培养学生的自主意识、创新意识、协作意识,通过认真选择和专业相关的教学内容、精心设计教学过程,使学生从多种角度体会、体验到理论和实践的结合,对理论课的学习更有兴趣,对实验课的学习更有信心,对工程师的理想目标才能更靠近.

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