全面引入数字化技术,推进基础物理教学的现.pdf

省级教学成果奖推荐书附件成果名称：大学物理 CCBP 体系的研究与实践目录1、《大学物理CCBP 体系的研究与实践》成果总结2、成果支撑材料目录网址： 体系的研究与实践”成果总结“ 大学物理 CCBP 体系的研究与实践 ” 教学研究成果是以安徽省教育厅2005 年批准的“ 大学物理 CCBP 体系的研究与实践 ” 项目为基础，结合我校的实际情况，对大学物理的教学内容、教学方法、教学手段进行改革实践现就本课题所取得的成果汇报如下: 一、课题执行情况本课题自 2005年开题以来，课题组一直紧紧围绕主要建设内容开展工作，至 2007年 12月份已经圆满完成了课题全部任务，具体情况如下：1、根据大学物理 CCBP 教学体系的要求编写了教学大纲和教学计划2、精选了华中科技大学李元杰教授编写的《大学物理（CCBP） 》的作为CCBP大学物理教材，并结合专业的特点编写有特色的讲稿和教案3、考虑到我校专业特点和学生的情况，课题组从2005年开始遴选计算机专业作为 CCBP大学物理课程教学改革试点专业，并选择了相同专业的另外两个班级作为参照在试点班改变传统的教学模式，将CCBP 引入到大学物理课程教学中，打破传统《大学物理》教材按照力、热、电、光、原、近代物理的顺序编排，突出物理本质、物理思想，特别是物理方法，引入计算机数值计算和模拟技术等研究工具，引导学生如何充分利用计算机的数值处理功能，将复杂的物理方程， 特别是现代物理学的微分、积分方程以及非线性问题的转变为计算机处理，建立起一套完整的物理问题的计算机算法，引导学生自己独立编写求解物理方程的计算机程序，将物理方程的求解过程交给计算机进行处理。

使得学生从纯理论的推导转变到利用计算机解决实际问题，得到了较好的锻炼经过两年的试点，我们发现试点班的同学利用计算机处理实际问题的能力明显比非试点班同学要强从2007 年开始推广到电子信息科学技术和自动化专业，普遍受到学生的欢迎4、建立了一支具有结构合理、教学经验丰富的师资队伍本课题组现主要人员中硕士学历以上比例达60%以上，具有高级技术职称的人数达到50%逐步建立起一支职称分布合理、年龄结构适当，能满足二十一世纪本课程人才培养要求的高水平的教师队伍5、积极开展教学和科学研究，科研教学相互促进，课题组成员在教学过程中充分发挥计算机在物理教学过程中的作用，编制了大量的程序，建立了一套大学物理计算机程序处理系统，促进了教学质量的提高6、将课题研究做为学生毕业论文选题，锻炼了学生的科研能力课题组成员从2005 年开始将部分研究内容作为学生毕业论文选题，先后有30 余人选了相关的研究课题作为毕业论文选题，其中有10 余人的毕业论文获得了校优秀毕业论文，有1 人在国家级杂志发表论文7、购臵和开发了大量供学生研究性学习的资源为学生提供了Java学件、 Flash动画、C 学件、C++课件和 avi 数字化小电影，总数达千余种，提供研究性学习的平台——学生用计算机模拟软件平台，编写了100多道研究性学习习题，与传统习题大不一样，没有统一答案，有较大的知识拓展与转移空间，体现知识的整体结构。

二、改革思路众所周知，大学物理是理工科各专业学生必修基础课程之一，但长期以来由于其内容多、课时少、学习难度大，因此大学物理教学过程中如何解决学时少内容多的矛盾？如何处理经典与近代的关系？如何从单一传授知识向传授知识、方法和思想三者并重的教育思想转变？如何提高学生的素质与能力？如何在新教材上有所创新？这些问题一直困扰着广大从事大学物理的教学人员，我们对这些问题的处理总体思路是：（1）改革原《大学物理》教材，便其内容适应跨世纪人材培养的要求，创立一个全新的 CCBP模式2）改变传统的以传授知识为中心的教材体系，建立一个传授知识、思想、方法三者并重的新体系3）探讨将计算机全面深入引进物理教学的方式及旨在提高素质能力的综合训练4）正确对待继承与发展、正确处理好经典物理与现代物理的关系，经典重在提高，现代重在立稳5）勇于创新，开阔思路，力争做到四个突破：即教学思想要有突破、方式要有突破、内容要有突破、体系要有突破6）既要有先进性，又要注重可行性，特别是学生的可接受性三、几点体会教学改革的中心问题是教学现代化，而教学现代化应包含教学内容的现代化、教学手段的现代化和教学思想与观念的现代化要真正实现教学现代化，教学思想和观念的转变是首要的。

教学思想与观念的现代化涉及许多方面，下面是我们在本次课题研究过程中的几点体会：1、要实现从单一传授知识向传授知识、思想、方法三者并重的观念的转变我国传统的基础物理教学都围绕着传授和学习知识这个中心，而在启发学生思维及创新和培养学生处理实际问题的能力方面或重视不够或落不到实处一般教学中，教师们很少向学生系统介绍物理学的基本研究方法和基本思维方法，那些充满理论物理中的大量光辉的物理思想在基础物理中却所见无几人们常讲教学要授之以渔， 不能只授之以鱼， 这个道理大家都容易接受， 但具体如何去实现却长期得不到解决我们的体会是：教学中要授以学生必要的基础知识，这是不容臵疑的，但不能只强调知识点的系统性、完整性、严密性，而忽视传授那些重要的物理思想、方法及工具，忽视培养学生自己去获取知识的能力，其实后者应该是教学中更为重要的目的当今正处于信息时代，知识增长迅猛，严格地讲教师不可能在百余学时的教学中，把所有的物理基础知识毫不遗漏地都讲完我们在教学过程中始终贯彻以物理研究方法为主线，彻底改造传统教学内容和教学顺序，并将其建立在现代信息科学技术的平台上他把教师系统提要的讲授，和自己自主学习、问题研究、论文写作等有机穿插在整个课程的教学过程之中。

突出方法的应用，整体概念与整体思维， 促使学生产生创新思想， 并通过对具体问题的处理，训练学生的科学综合能力与素质，强化对学生探索未知能力的训练2、要实现从重教轻学向以教为导以学为主的观念的转变我国传统的教学模式有其自身的优点，但必须承认也有许多弱点 新中国成立半个多世纪，高等教育发展是十分迅速的，特别是改革开放以来，发展速度更是惊人，但为什么培养不出一个诺贝尔奖获得者? 其中原因当然是多方面的， 但是传统的培养模式及教学观念不利于学生的创新思维与能力的发展，应该是一个重要的原因我们绝大多数的学生从小学到大学，都是老师手把手地教，基本训练也是大量重复地做一些学院式的习题一旦离开老师，在学生自己独立地解决实际问题、获取新知识、研究新问题时都会感到困难 因为在传统的教学环节中， 缺乏对学生这方面的系统训练因此，在制定教学现代化的方案时，首先要实现教学思想和观念的两个转变，否则教学改革只能停留在内容的增减或重组这一层面上3、将基础物理教学与创新教育相结合现行教学中， 一些传统的教学模式、 教学方法只偏重书本知识的传授，而忽视学生的思维训练，显然，这对学生创造性的培养是十分不利的因此，我们将“ 在大学基础物理教学中，如何培养学生的创新精神，启迪学生的创新思维，开发学生的创新潜能” 作为重点研究与实践的课题，进行了一些探索和尝试。

1)、结合基础物理教学，介绍现代高新科技成果的创新思维及其物理基础我们认为，将学生引入一个富于现代、 前沿及创新气息的学习天地中，对于开发学生的创新思维，激发学生的创新欲望，是十分有益的因此，在教材里，教学光盘中以及课堂教学时， 我们介绍了多个获诺贝尔奖的物理学成就以及一些现代高新技术成果特别强调它们的创新内容及其与基础物理知识的联系这些内容包括：金属低温超导的BCS 理论(1972 获诺贝尔物理学奖 )，创新思想是：电子通过晶格振动为媒介而产生成对机制，电子对的形成， 完成了费密子（电子）向玻色子（电子对）的转变，电子对是一个准粒子， 其形成使电子的统计性质发生变化（产生相变）原子囚禁 (1997 获诺贝尔物理学奖 )，创新思维是： ①MOT 模型磁光囚禁，非均匀磁场使塞曼分裂随空间而异，形成囚禁优势辐射压环境②VSCPT 模型存在与光子无相互作用的原子与光子耦合的相干叠加态整数量子霍尔效应 (1985 获诺贝尔物理学奖 )，创新思维：参杂使分裂的简并态能级构成二类 : 一类是在原朗道能级处未移动的态,构成扩展态是一个可传导电流的态；另一类则是偏离朗道能级的局域化态，它是一个绝缘态 ,与电流无关。

结果导致电阻（电导）的台阶效应量子隧道效应实验与理论 (1973 获诺贝尔物理学奖 )，基础物理知识： ⑴固体能带；⑵量子隧道 创新思维： 量子隧道效应器件、 量子阱、超晶格、约瑟夫森结超导量子干涉仪 SQUID不需加油的全球航行飞机的设计创新思想动力与滑翔飞行交替进行、 低空动力加速、高空惯性滑翔基础物理：利用惯性通过上述内容的介绍， 使学生们看到： 世界上各种大大小小的创新无不与物理学的基本原理及对称性、稳定性、等效性等基本思想有密切联系这样学生不仅仅学到了书本上的理论知识，同时也了解到，伟大科学家们的智慧及创新思路的源泉就是基础物理创新便有了原动力2）加强素质能力的训练基础训练：围绕基础，兼顾不同学校不同层次学生；提高训练：重在提高，少直问直答式，多应用理解式；综合训练： (创新）专题综合，方法综合，思想综合，每章后有综合性总结对每一章内容、方法、思想作综合性总结，图表式的总结学生尽管学了许多物理定律、知识和概念，但遇上一些实际问题并不会去求解学生做了不少的练习和习题，为什么遇到实际问题不会求解呢？因为传统教材上的练习与习题基本上与实际问题相差甚远传统中的习题只是为了训练学生的基本运算技能，并通过运算加深对物理定律及概念的理解。

总之，归结到一点，传统教材是以传授知识为主的即便是习题训练也是为传授知识这一主要目标服务的，而忽视了培养学生处理实际问题的素质及能力所以，我们认为大学物理改革首先就要实现从单一传授知识向传授知识、方法和思想三者并重的教育思想转变综合训练就是为了提高学生处理实际问题的能力3）物理学的基本理论与研究方法对科学思维的启迪规则运动的研究方法：对称性法；矢量空间法；能量法通过扩展对称性介绍分形物理随机运动的研究方法：统计平均法；二项式分布等混沌运动的研究方法： 通过典型问题， 在相空间分析、 讨论，用计算机进行处理通过对这些物理研究方法的介绍，有利于加强学生科学思维能力的训练4、本科基础课教学如何开展研究性教学，提倡研究式的学习方法，充分调动学生的思维本科基础课的研究性教学， 就是通过贯彻科研引入教学过程经典理念的以基于研究的教学方式探索性是研究性教学的基础，没有探索性就没有研究性教学我们认为首先是科学研究方法的创新，在教学过程中我们以物理学的方法包括现代信息科学技术的方法重组教学内容，并在方法的运用中力图培养学生的物理思想、科学研究的精神，促进学生从学习向研究过渡在创新教育的理念中，一门课程的科学完整的教学过程应包括传播知识、应用知识和探求未知三个环节及与其配套的训练与考核。

建立科学规范的教学过程，扎扎实实实施，从根本上解决这一问题尤其是教学资源的建设，要提供大量可供研究性教学的如课题库、计算软件等同时还应该建立健全教学管理制度和考核标准、方法例如：在教学中， 我们介绍了能量法建模（哈密顿正则方程）及计算机编程求解和分析，并且讲解了弹簧振子这一实例，然后，我们要求学生在此基础上，研究更复杂系统的运动情况（见综合题） ，学生们对这些问题很感兴趣，查资料，分析，建模，编程，上机调试，积极性很高，很多同学不仅完成了我们所留的问题，还主动设计了一些复杂系统的情况加以分析讨论我们感到：通过这样的训练，不仅可以使学生在现有知识基础上前进一步，也是引导他们超越书本开辟新的视野的重要一步5、将计算机数值计算引入物理课程CCBP 大学物理模式最引人注目的是将计算机数值计算作为除高等数学外的另一工具引入大学物理教学计算机编程进行数值计算处理物理问题这样。