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摘要：
大學(xué)物理課程是理工科專業(yè)重要的必修基礎(chǔ)課程，然而學(xué)生對(duì)于該課程的學(xué)習(xí)卻提不起興趣，通過(guò)引入科研前沿知識(shí)，介紹相關(guān)研究進(jìn)展，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開拓學(xué)生的思維方式，提高課堂教學(xué)效率。
關(guān)鍵詞：
大學(xué)物理；課堂教學(xué)；學(xué)習(xí)興趣
一、物理學(xué)的重要作用
眾所周知物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及物質(zhì)相互作用的一門基礎(chǔ)學(xué)科，因而物理學(xué)是各個(gè)自然科學(xué)門類和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。物理規(guī)律滲透到其他自然科學(xué)領(lǐng)域和工程技術(shù)領(lǐng)域，從而極大地促進(jìn)了這些學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展。現(xiàn)代工程學(xué)科大多起源于物理學(xué)的某一個(gè)分支，比如半導(dǎo)體的深入研究開創(chuàng)了微電子學(xué)學(xué)科。隨著物理學(xué)的發(fā)展，也必將派生出更多新的學(xué)科門類。此外，物理學(xué)還是科技創(chuàng)新的源泉。1895年倫琴教授發(fā)現(xiàn)X射線后不久，其就被應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)研究，目前X射線已被廣泛應(yīng)用于晶體結(jié)構(gòu)研究、地質(zhì)勘測(cè)、材料裂紋缺陷的無(wú)損探傷和醫(yī)學(xué)影像疾病監(jiān)測(cè)等。巨磁電阻現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)后，IBM公司將其應(yīng)用于計(jì)算機(jī)硬盤，極大地減小了磁存儲(chǔ)單元體積，進(jìn)而提高了磁存儲(chǔ)密度，縮小了硬盤體積。因此，物理學(xué)對(duì)于實(shí)現(xiàn)中國(guó)創(chuàng)造和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要作用。目前大學(xué)物理課程是國(guó)內(nèi)高等院校理工科專業(yè)學(xué)生的一門重要的必修基礎(chǔ)課，大學(xué)物理課程的開設(shè)對(duì)于后續(xù)其他課程的繼續(xù)學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生的分析和解決問題的能力、培養(yǎng)科學(xué)的思維模式等都起到了關(guān)鍵的作用。
二、大學(xué)物理教學(xué)存在的問題
筆者在這幾年的大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了較多問題。一是大量的教學(xué)內(nèi)容需要在較短時(shí)間內(nèi)講完，使學(xué)生只能被動(dòng)接受，學(xué)習(xí)也變得索然無(wú)味。二是教師方面，有些教學(xué)方法單一陳舊，致使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣較低；學(xué)生方面，眾多學(xué)生認(rèn)為物理規(guī)律和理論非常艱深晦澀，因而對(duì)課程不重視。這些問題歸根結(jié)底主要是源于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的低下。因此，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣將成為整個(gè)教學(xué)中最為關(guān)鍵的問題。針對(duì)如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)者們提出了多種方法，比如改進(jìn)教學(xué)方法與手段，課堂教學(xué)增加演示實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)等。這些方法都是重在將學(xué)生的被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，以提高他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣。除了以上方法外，筆者在教學(xué)中還嘗試將當(dāng)前國(guó)內(nèi)外科研前沿熱點(diǎn)引入課堂教學(xué)，收到良好的教學(xué)效果，現(xiàn)舉例進(jìn)行說(shuō)明。
三、科學(xué)前沿對(duì)于大學(xué)物理教學(xué)促進(jìn)作用的實(shí)例
1.引力波探測(cè)。2016年春季學(xué)期筆者開始講授光學(xué)部分，學(xué)期開始前恰逢LIGO（激光干涉引力波觀測(cè)站）科學(xué)合作組織召開新聞會(huì)，宣布LIGO首次直接探測(cè)到了13億光年之外兩個(gè)黑洞碰撞并合所引發(fā)的引力波，這是在宇宙尺度上對(duì)愛因斯坦廣義相對(duì)論進(jìn)行檢測(cè)與判斷的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)結(jié)果有助于對(duì)宇宙起源的理解，因而受到廣泛關(guān)注。引力波觀測(cè)儀器的核心正是大學(xué)物理光學(xué)部分中介紹的邁克爾遜干涉儀，光線在兩條真空管中返回探測(cè)器時(shí)會(huì)形成干涉條紋，引力波的出現(xiàn)將引起干涉條紋的變化。然而引力波引起的空間非常微小的壓縮或伸長(zhǎng)，為探測(cè)這一微小改變，要求LIGO激光干涉儀的兩臂長(zhǎng)度達(dá)到4000米。通過(guò)對(duì)LIGO激光干涉儀的介紹，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)光學(xué)干涉現(xiàn)象的興趣明顯提高，對(duì)干涉條紋明暗產(chǎn)生條件，干涉條紋的移動(dòng)與干涉儀臂長(zhǎng)的關(guān)系有了深刻的理解，也充分理解了為什么LIGO的兩臂長(zhǎng)需要達(dá)到4000米。該實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)是光學(xué)干涉效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的光學(xué)放大原理，進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生是否還有其他方法可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)發(fā)大，有學(xué)生能成功聯(lián)想到物理實(shí)驗(yàn)中關(guān)于測(cè)量鋼絲楊氏模量所用的光學(xué)杠桿原理，本質(zhì)上也是將微小形變放大后進(jìn)行測(cè)量。2.光學(xué)超材料。在筆者向?qū)W生講授幾何光學(xué)反射、折射現(xiàn)象時(shí)，多數(shù)學(xué)生在初中和高中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)并了解了這方面的知識(shí)，因而對(duì)于這部分知識(shí)興趣不高。鑒于此，筆者便向?qū)W生提問，現(xiàn)在所講的折射可以稱之為正常折射，那么有沒有可能存在負(fù)折射現(xiàn)象呢？科學(xué)家通過(guò)人工設(shè)計(jì)超材料使光線在其中傳播時(shí)改變方向，甚至出現(xiàn)負(fù)折率，即當(dāng)光線在這種超材料界面處折射將出現(xiàn)負(fù)折射現(xiàn)象，這一類材料也被稱為“左手材料”。此外，對(duì)人工制造的納米粒子進(jìn)行合理的組裝甚至可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)隱身現(xiàn)象。這些奇異的物理現(xiàn)象讓學(xué)生意識(shí)到自己所學(xué)的知識(shí)僅僅是開端，未來(lái)還有很多空間留給他們?nèi)ネ诰颉?/p>
四、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)引入最新的科學(xué)前沿知識(shí)，能讓學(xué)生理解目前所學(xué)的基本原理所蘊(yùn)含的巨大應(yīng)用價(jià)值，讓他們認(rèn)識(shí)到物理學(xué)不是空洞的脫離實(shí)際的學(xué)科，從而激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)也培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的科研素養(yǎng)。通過(guò)引入科學(xué)前沿知識(shí)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣僅僅是手段，歸根結(jié)底是教師需要對(duì)教學(xué)保持激情，對(duì)學(xué)生負(fù)責(zé)敬業(yè)，自身要不斷探索和學(xué)習(xí)新的知識(shí)和技能來(lái)提高教學(xué)質(zhì)量。
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作者:張婷婷 單位:淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院
