材料类专业的大学物理教学探索

摘 要：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

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2016）07-0043-02

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。

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.

[3] 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，2012，1：134-135.

[4] 陈传祥.材料类专业物理化学课程教学探索与实践[J].教学研究，2014，37（4）：60-61.

作者简介：白浪（1981-），男，四川德阳人，讲师，硕士，研究方向：大学物理教学、磁性纳米材料。

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