将前沿科技成果引入大学物理教学中促进应用型人才科学素养
塔力哈尔·夏依木拉提 尚志勇
摘 要：大学物理不仅服务于专业课学习的需要，更重要的是培养大学生科学素质，进而推动应用型人才的培养。因此如何让大学生适应科技的突飞猛进的发展，是我们新时代教师必须考虑的问题。本文中讲述了如何将前沿科技成果引入大学物理教学中，提高学生对大学物理的兴趣和积极性，培养新时代大学生科学素养等内容。
关键词：大学物理 前沿科技成果 科学素养
引言
大学物理作为工科类专业的公共基础课多年来总是百年不变的老面孔的感觉。大学学生也往往觉得大学物理和中学物理很多重复，除了微积分的应用外没有什么新意，因而影响学生的学习兴趣和积极性。这代大学生是新时代的大学生，是实现中华民族伟大复兴中国梦的主力军。现代高新技术的快速发展，大学生不断面临着科学知识和概念的老化，落后的威胁。这些直接影响创新型，应用型人才的培养和发展。因此如何让大学生在学习和以后的事业发展中适应科技的突飞猛进的发展，是我们新时代教师必须考虑的问题。本文中作为新工科院校的教学科研型青年教师，讲述了如何将前沿科技成果引入大学物理教学中，提高学生对大学物理的兴趣和积极性，培养新时代大学生科学素养，促进应用型人才的培养的一些体会和思考。[1]
一、教学内容与前沿科技成果联系，为学生打开相关前沿课题窗口
力学，热学，电磁学在大学物理中基本是传统的，成熟的教学内容，这些经典内容仍然是学习大学物理中最重要的基础。问题是我们如何用现代的视角去重新组织教学内容，如何正确的，颇有新意的讲授传统经典物理内容的重要性和意义。因此教学中我们尽可能采用前沿科技成果的发现和应用的思路讲解。比如讲述运动学方程时，我们可以适当提及运动学方程的重要性。可以简单给他们介绍牛顿力学外的其他运动学方程，如拉格朗日方程，薛定谔方程等。教学中还要适当的教学需求引入现代物理的概念，比如，讲述热力学时，引入量子统计的概念，这样可以深入地展示一些金属中的自由电子气、白矮星与中子星等前沿课题。又比如讲述能量守恒及转化定律时，我们可以讲述能源的重要性，谈论新能源开发和应用的意义。讲述相对论时，相对论在GPS（全球定位系统）中的应用。这些不仅可以扩展学生的知识面，而且促使他们学习的积极性和新知识的渴望。总之，教师在教学过程中主动去把近现代前沿科技成果与大学物理的内容联系在一起，在讲清概念，打好基础的条件下，向现代跨一步，可以有许多前沿课题的窗口呈现在眼前。在此过程中，目的不是为了将深刻或让学生觉得多么深奥，而是让学生从中获得新的知识，开阔他们的眼界，启迪他们的思维。毕竟大学物理这样的基础课的任务不仅是为后面的专业课的需求，更重要的是培养大学生科学素养。[2]
二、让大学生接触前沿科研和精密实验设备，提高学生对科研的积极性和自信心
通过开放高校研究所或重点实验室的方式，不仅培养大学生的前沿科研的理解，提高科研素养，并且为他们进一步深造打好基础。近年来，通过开放实验室的方式，我们重点实验室为一部分动手能强，对科研浓厚的兴趣的学生开放我们的实验室，让他们接触前沿科研设备，通过引导，示范，让他们熟悉说明书，再示范，最后让他们充分掌握实验仪器操作，使他们建立足够的自信心。在我们实验室，首先，教师的指导下，让学生先去参观实验室，介绍主要仪器，并说明仪器的结构以及用途。之后，让学生看仪器使用说明书。等看完说明书，再次回到实验室老师给他们现场操作操作，示范，要求学生记笔记。最后，让学生结合老师的具体操作和仪器说明书，写出仪器使用手册或仪器操作步骤。这过程不仅培养了学生严谨的科学素养，并且避免仪器由于误操作而引起的不必要的损坏。在以上培养过程中，我们将选择一些具备独立思考能力，对科研浓厚兴趣的学生，让他们加入到教师的科研项目，系统训练学生的科研能力。
三、让学生知道要看的远，先要“站在巨人的肩膀上”，前沿科技成果也是如此
有时候老师可以从历史的背景和时间的顺序来讲，让他们知道电场，磁场，电子等物理书上常见的名词，其实一代一代科学家艰苦的努力，从无到有的努力钻研，坚持不懈的发现过程。比如，第二次工业革命的一系列发明，到1866年德国制成第一个发电机到70年代的实际应用，都离不开一代一代科学家的坚持不懈的努力。这些发明和重大发现让人类进入到 “电气时代”。因此我们在讲述电磁学的交流发电机和电动机的原理之前，我们可以给学生讲述在1820年前，人们一直认为电与磁是分开的两个领域，是单独孤立的。而奥斯特的实验，把电和磁统一起来，使人类第一次认识到电和磁的联系。之后法拉第，安培等科学家继续发展电磁学，最终到交流发电机，电动机的原理。讲述现代交流发电机的发明是一个个科学家不断地努力的成果。看似简单的奥斯特实验，花了奥斯特10几年的时间。法拉第又花10多年时间提出电磁感应定律。因此，我们想掌握交流发电机原理，必须从最基本的知识开始，这就是我们站在巨人的肩膀上的真正意义。讲述相对论和量子力学同样讲述历史背影，20世纪这两个伟大的物理学理论产生的必然性。在这样的教学中，学生不仅学会了人文知识，还体会到科学思路，培养了学生提出问题，解决问题的能力，最终潜移默化的提高学生的科学素养。让学生明白你觉得枯燥，辛苦的学习过程，就是爬山的经历。爬山不容易，需要坚持，耐得住寂寞。但当你爬到高出能看到原来山脚下看不到的美景。爬的越高越艰难，一起爬山的人也越来越少，但是你坚持爬到另一个高处，又看到另一个美景。[3]
四、通过其它多种有效途径培养学生的科学素养
1.积极开展学术讲座
大学是人才的培养基地，而讲座则是学生获得多方面信息的重要途径之一。学术讲座使大学生开拓视野，发掘科学兴趣，并能够广泛涉及各种前沿学科领域，对提升大学生知识面，提升他们的科学素养具有不可替代的作用。
2.培养学生通过数据库主动找问题和答案的能力
带领本科学生尽早接触Scopus，Web of science等数据库，使他们有机会接触第一手资料，教會他们跟踪一个研究领域的能力。通过数据库的简介，可以提高学生主动探索提问，寻找答案的能力，树立科研意识，加强学生的科学素养教育。学生通过查询、了解最新的自己专业相关的研究进展，运用领域。学生还可以了解该领域发展现状、和存在的问题。
3.积极发展大学生创意创业科技项目
为了培养和提高大学生科技创新意识和能力需要发展大学生创意创业科技项目。鼓励大学生积极参创意创业科技项目，这不但可以帮助大学生加深对课堂知识的理解，而且更有助于培养大学生创新意识，进而提高科学素养。对选题合理、可行的大学生创意创业科技项目予以资助，鼓励学生创建科研团队，指导大学学生将创意落到实处，积极提高他们对创意创业科技项目的积极性，这对大学学生形成初步的科学素养尤为重要。
4.教学实验仪器与本科课程设计
在大学物理实验教学往往遇到，为了使仪器更便于使用，需要改进或优化。因此完全可以把本科课程设计中加入大学物理实验仪器优化或演示实验仪器的设计等内容。如：在我们实验室老式的三线扭摆的周期通过秒表来测量，这不仅麻烦，而且误差较大。后来，我们通过指导学生改进仪器，加入红外线自动计数器电路，大大提高了测量精度。在这过程中，学生不仅完全掌握了仪器的结构和原理，而且提高了学生敢于创新，主动思考的科学素养。
综上所述，本文概略介绍了关于将前沿科技成果引入大学物理教学，促进应用型人才的科学素养的一些想法，作为抛砖引玉。大学物理不仅服务于专业课学习的需要，更重要的是培养大学生科学素质，推动应用型人才的培养。我们希望在大学时期，大学物理教学能在培养学生的科学素养，研究问题的能力方面有一个良好的开端。
参考文献
[1]罗蔚茵，郑庆璋.基础物理教学问题选讲[M].北京：高等教育出版社，2018.
[2]郑庆璋，罗蔚茵.GPS的相对论修正[J].物理通报，2011（8）：6-8.
[3]人民教育出版社历史室.世界近代现代史[M].河南省：人民教育出版社，2002.
作者简介
塔力哈尔·夏依木拉提（1981.10—），理学博士，副教授，硕士生导师，主要从事敏感材料与器件研究和物理学教学工作。
通讯作者
尚志勇（1980.12—），工学博士，副教授，主要从事力学与材料强度和物理学教学工作。
