李 紅 楊新建

（中國石油大學(xué)（華東）理學(xué)院，山東 青島 266580）

1 研究型大學(xué)背景下，大學(xué)物理教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)

人才培養(yǎng)是大學(xué)的根本任務(wù)，科學(xué)研究是現(xiàn)代大學(xué)的重要職能[1].研究型大學(xué)具有雄厚的師資，完善的教學(xué)與科研設(shè)施，特色鮮明的優(yōu)勢學(xué)科，應(yīng)該成為培養(yǎng)學(xué)術(shù)型人才的搖籃和積極開展原創(chuàng)性科學(xué)研究的基地[2].然而“我國現(xiàn)有的傳統(tǒng)課堂教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力方面已經(jīng)顯現(xiàn)出越來越明顯的不足，為了適應(yīng)創(chuàng)造性人才培養(yǎng)的要求，勢必要對這種傳統(tǒng)教學(xué)方法進行改革.而現(xiàn)在看來，把本科生科研訓(xùn)練融入課堂教學(xué)體系，教授和培養(yǎng)本科生的基本科研素養(yǎng)，以此提升學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)，可以說是現(xiàn)實情況下高等教育最佳的選擇.”[3]因此，作為研究型大學(xué)一門重要的公共基礎(chǔ)課，大學(xué)物理教學(xué)不僅要充分展示物理知識本身在其他自然學(xué)科中的基礎(chǔ)性和生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用性，更要體現(xiàn)物理學(xué)家探索未知的方法和思想在科學(xué)研究中的指導(dǎo)性和通用性.授課過程不僅關(guān)心學(xué)生對知識的獲取和應(yīng)用，更關(guān)注學(xué)生對科學(xué)的研究方法和思想的領(lǐng)悟以及對物質(zhì)世界基本規(guī)律的感悟，注重學(xué)生科研素質(zhì)的培養(yǎng)和創(chuàng)新心靈的啟迪.

2 大學(xué)物理課應(yīng)如何適應(yīng)研究型人才的培養(yǎng)

科學(xué)研究需要足夠的細(xì)心和耐心，還需要一定的技巧和悟性，更需要扎實的基礎(chǔ)知識和深深的熱愛作支撐，所以，雖然每個人都有從事科學(xué)研究的權(quán)利，但并非人人都適合做科研.鑒于此，大學(xué)物理教師在教學(xué)中應(yīng)遵循先讓學(xué)生了解科研，懂得科研是怎么回事，引導(dǎo)學(xué)生理性地?zé)釔劭蒲?，掌握一定的研究方法，然后部分地、有選擇性地參與科研，將來有機會才可以從事科研，有所創(chuàng)造.具體做法如下。

2.1 改變教學(xué)觀念，引導(dǎo)學(xué)生感悟自然之美，熱愛物理，純粹“為學(xué)”

研究從熱愛開始.物理學(xué)是一門應(yīng)用性很強的學(xué)科，能夠有效地解決實際問題是很多人著迷于物理研究的原因之一.然而物理學(xué)更迷人的地方，筆者認(rèn)為是通過對物質(zhì)世界規(guī)律的探索，使人們意識到大自然本身的美妙和神奇.電荷到底是什么？光速為什么是個常量？不可逆性的起源……諸多未解決的問題折射出大自然的無窮奧妙，也深深地吸引著每一個物理愛好者.這種對自然界本身運行和演化規(guī)律的欣賞和好奇應(yīng)該成為學(xué)生學(xué)習(xí)的根本動力，而這種基于對自然界的熱愛和對自然現(xiàn)象本身的好奇而產(chǎn)生的學(xué)習(xí)興趣一旦形成，相信學(xué)生們也會如費曼般有著一種想知道為什么的強烈欲望，而發(fā)出“我想知道這是為什么，我想知道這是為什么我想知道為什么，我想知道為什么我想知道究竟為什么我非常想要知道為什么我想知道這是為什么”的感慨.

只想知道并探究到底是什么，到底為什么，而不是一味地或過多地關(guān)注知識本身及其應(yīng)用，這樣的學(xué)習(xí)可以說是一種純粹的“為學(xué)”.可見，純粹的“為學(xué)”是一種基于對自然之美的欣賞和對自然界萬物運行和演化規(guī)律的好奇，而產(chǎn)生的強烈探索未知欲望下的求知行為.這種對問題追根究底的強烈的探索興趣一經(jīng)養(yǎng)成，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程就成了一個積極主動“上下求索”的過程，并進一步成為學(xué)生進行科學(xué)研究不竭的動力.這樣的學(xué)習(xí)和研究，不僅能獲得現(xiàn)有的知識和技能，還能有效地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，使開拓新領(lǐng)域、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、創(chuàng)造新知識成為可能.

為了引導(dǎo)學(xué)生樹立純粹“為學(xué)”的理念，就要使學(xué)生意識到大自然的神奇，熱愛自然，熱愛解釋自然規(guī)律的物理科學(xué).然而我們現(xiàn)有的教材對理論的闡述和應(yīng)用舉例還是很抽象的；現(xiàn)在的大學(xué)物理教學(xué)目的也還處在由純粹的知識講解到注重應(yīng)用的轉(zhuǎn)型期.所以，我們應(yīng)該改變教學(xué)觀念，將費曼的教學(xué)目的“我講授的主要目的，不是為你們參加考試做準(zhǔn)備——甚至不是為你們服務(wù)于工業(yè)或軍事做準(zhǔn)備，我最想做的是給出對于這個奇妙世界的一些欣賞，以及物理學(xué)家看待這個世界的方式，我相信這是現(xiàn)今時代里真正文化的主要部分.也許你們將不僅對這種文化有欣賞，甚至也可能你們會加入到人類理智已經(jīng)開始的這場偉大的探險中去.”作為大學(xué)物理教學(xué)的更高目標(biāo).這就需要教師本人對物理知識有所感悟，只有教師真正體會到了大自然的美妙和神奇，他的講述才具有靈氣和魅力，才能真正開啟學(xué)生求知的心靈，在學(xué)生心間埋下熱愛和探索的種子.

2.2 改變教學(xué)思路，引導(dǎo)學(xué)生思考，鼓勵學(xué)生提出基本的科學(xué)問題

為了使學(xué)生將來有可能終身從事科研，大學(xué)物理教師應(yīng)該有意識地培養(yǎng)學(xué)生提出關(guān)于“是什么、怎么樣和為什么”等基本科學(xué)問題的能力.正如愛因斯坦所說：“提出一個問題比解決一個問題更重要，因為解決一個問題也許是一個數(shù)學(xué)上的或?qū)嶒炆系募寄芏?；而提出新的問題，新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要創(chuàng)造性的想象力.”

如何才能在課堂上有效地引導(dǎo)學(xué)生提出問題？筆者通常采用的方法包括以下幾種.

（1）面對新的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生提煉出關(guān)于“是什么、怎么樣”的基本科學(xué)問題.比如講完機械振動內(nèi)容后，就要展開機械波的講解.此時可以先演示機械波的形成過程，讓學(xué)生們意識到研究機械波與機械振動的不同之處在于：研究對象由過去的一個質(zhì)點轉(zhuǎn)換為現(xiàn)在的無窮多個質(zhì)元；相同之處在于：參與機械波傳播的每個質(zhì)元都做機械振動.有了這樣的認(rèn)識，學(xué)生就可以提出諸如：機械振動是怎樣由振源一個質(zhì)元的振動變成多個質(zhì)元的振動的？（即機械波是怎樣形成的？）各質(zhì)元的振動有什么樣的聯(lián)系？（即機械波是怎樣傳播的？）各質(zhì)元的周期、振幅和能量怎樣？（即機械波的特點）等關(guān)鍵問題.同時讓學(xué)生們意識到：問題提出的具體與否還關(guān)系到解決的難易.如上，“各質(zhì)元的振動有什么樣的聯(lián)系”與“機械波是怎樣傳播的”是等價的問題.但很明顯“各質(zhì)元的振動有什么樣的聯(lián)系”要更具體，這樣的發(fā)問實際上為解決“機械波是怎樣傳播的”提供了思路，即從研究各質(zhì)元振動之間的關(guān)系入手.

（2）在已有物理規(guī)律的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生提出關(guān)于“為什么”的科學(xué)問題.比如，在講解完熱力學(xué)第二定律的開爾文表述和克勞修斯表述之后，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)問：“既然一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程都是不可逆的，都具有方向性.那么它們之間是否具有一定的聯(lián)系？如果有，會是怎樣的呢？”進而提煉出待研究的問題：“一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程不可逆性間的關(guān)系？”通過探討得到：“一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程的不可逆性都是相互依存的.”有了這些規(guī)律，學(xué)生會自然地提出“為什么會是這樣的？微觀上到底發(fā)生了什么？”即熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)問題.在此基礎(chǔ)上，進一步告訴學(xué)生，現(xiàn)在有很多關(guān)于“是什么”和“為什么”的問題人類還沒有最終解決.正如愛因斯坦所說：“科學(xué)決不是也永遠(yuǎn)不會是一本寫完了的書.每一項重大成就都會帶來新的問題.任何一個發(fā)展隨著時間的推移都會出現(xiàn)新的嚴(yán)重的困難.”鼓勵學(xué)生敢于發(fā)問，勇于質(zhì)疑，善于思考和研究，為科學(xué)而奮斗！

（3）查漏補缺，提出待研究的問題.比如在講完質(zhì)點和質(zhì)點系的動力學(xué)及其在剛體轉(zhuǎn)動中的部分應(yīng)用之后，將其內(nèi)容總結(jié)如圖1和圖2所示.

圖1 質(zhì)點（系）動力學(xué)知識總結(jié)

讓學(xué)生仔細(xì)觀察兩部分內(nèi)容，然后思考遺漏的尚未研究的內(nèi)容.學(xué)生們會很快發(fā)現(xiàn)：無論質(zhì)點還是質(zhì)點系都討論了力對時間和空間的積累，而對于力矩只討論了對時間的積累，沒有討論對空間的積累效果.由此提出待研究的問題：以剛體的轉(zhuǎn)動為例討論力矩對空間的積累.在此基礎(chǔ)上，進一步給學(xué)生講解楊振寧和李政道發(fā)現(xiàn)弱相互作用宇稱不守恒的過程，讓他們深刻地意識到“查漏補缺，打破常規(guī)認(rèn)識”在科學(xué)研究中的重要性.經(jīng)過啟發(fā)，有的學(xué)生還提出：“為什么牛頓力學(xué)中關(guān)于力和力矩對時間和空間的作用效果是分開討論的，而不是同時討論力對時空的積累？是疏漏還是存在局限性？”并展開相關(guān)問題的學(xué)習(xí)和研究.可以看到，在鍛煉提出基本科學(xué)問題的過程中，學(xué)生的批判性思維也得到了鍛煉.

圖2 質(zhì)點（系）動力學(xué)知識總結(jié)

2.3 改變教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，運用科學(xué)的方法解決問題

“大學(xué)從來都不是靜態(tài)的，而是隨著環(huán)境改變和調(diào)整的機構(gòu).”[4]研究型大學(xué)背景下大學(xué)生的學(xué)習(xí)發(fā)生著改變，教師的教學(xué)也在發(fā)生著改變.正如密歇根大學(xué)第11任校長詹姆斯·杜德斯達所言：“大學(xué)教育正從一種建立在一個人早期的學(xué)位課程基礎(chǔ)上的‘以防萬一’式的教育，向一種在職業(yè)生涯中獲得知識與技能的‘隨時隨地’的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變，再向一種按照學(xué)生的需要定制的‘正適合你’式的教育服務(wù)轉(zhuǎn)變.……在新的教學(xué)模式下，教師的任務(wù)將不再是確認(rèn)和描述書本內(nèi)容，而是教育和引導(dǎo)學(xué)生積極地學(xué)習(xí).今天的大學(xué)生追求和需要一種不同的教育方式，互動和合作學(xué)習(xí)將逐漸取代被動、消極的講座和課堂學(xué)習(xí).學(xué)習(xí)不只是研究和認(rèn)真思考的過程，通過主動的發(fā)現(xiàn)和運用知識進行學(xué)習(xí)的效果會更好”.[5]可見，尋求一種啟發(fā)性、富有想象力的、影響深遠(yuǎn)的教學(xué)方法對研究型人才的培養(yǎng)是多么重要.“科研式”的教學(xué)模式就是這樣的一種教學(xué)方法.

“科研式”教學(xué)模式的基本思想為：針對某一自然現(xiàn)象或?qū)嶒灛F(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生提出明確的待研究的問題；通過分析討論，運用已有的知識給出解決問題的思路，包括如何建立合理的理想化模型或具有可操作性的實驗；通過合作討論進一步給出對現(xiàn)象的定性解釋和定量描述；在此基礎(chǔ)上，能夠解釋相關(guān)的實驗現(xiàn)象或者預(yù)言“新”的實驗現(xiàn)象，體驗創(chuàng)新；最后展開對現(xiàn)象本質(zhì)問題的研究，尋求對宇宙深層次的理解.

仍以機械波的教學(xué)為例.（1）引導(dǎo)學(xué)生具體化研究問題：如前面一節(jié)所討論的通過對行波的演示，引導(dǎo)學(xué)生提出待研究的問題.“波的形成”比較容易解決，而要解決波是怎樣傳播的，就要描述清楚參與波動的各質(zhì)元的運動情況，“而對于實際的波列，包含無窮多個質(zhì)元，如何研究？”學(xué)生們通過觀察和推理，得到：無窮多個質(zhì)元都作機械振動.要描述物體的機械振動，就要建立振動方程.要研究無窮多個質(zhì)元的振動情況，就是要建立各自的振動方程.經(jīng)過這樣的思考，學(xué)生們進一步明確提出待研究的問題：建立無窮多個質(zhì)元的振動方程.（2）提出合理的理想化模型：“如何建立無窮多個質(zhì)元的振動方程？”學(xué)生們經(jīng)過討論給出以下思路：已知的振動形式中最簡單、最基本的是簡諧振動，如果無窮多個質(zhì)元都作簡諧振動，問題便可以得到簡化；各質(zhì)元均重復(fù)振源的振動，所以振動頻率相同，若再找到各質(zhì)元振幅及相位間的關(guān)系，問題將進一步得到簡化.此時，教師可作如下引導(dǎo)：簡諧振動是否真實存在？什么情況下可把物體的振動看作簡諧振動？如果波在傳播過程中無能量損耗，各質(zhì)元振幅的關(guān)系怎樣？經(jīng)過這樣的點撥，學(xué)生們會很大膽地給出“簡諧波”的物理模型.為了建立各質(zhì)元的相位關(guān)系，可以由學(xué)生獨立或合作學(xué)習(xí)波面、波線等基本概念.有了這些概念，學(xué)生便可得到：同一波線上各質(zhì)元間相位差與波程差的關(guān)系并由此建立平面簡諧波的波函數(shù).（3）利用現(xiàn)有知識預(yù)言新的實驗現(xiàn)象，體驗創(chuàng)新：建立起平面簡諧波的波函數(shù)之后，教師給出題設(shè)“有兩列相干波，波函數(shù)的表達式分別為求合成波的波函數(shù).”學(xué)生們會很快給出合成波的波函數(shù)接著引導(dǎo)學(xué)生：“描述一下合成波中各質(zhì)元的振動情況；如何得到這樣的波列？”學(xué)生經(jīng)過討論預(yù)言了（駐波的）實驗現(xiàn)象并給出具體的實驗方法.接著教師做演示試驗并給出駐波的概念.“獲得答案很了不起，獲得能夠被實驗證實的答案就更了不起了.”[6]學(xué)生的創(chuàng)新體驗達到頂峰，他們開心極了，會迫不及待地自主完成駐波相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí).（4）整理回顧，進一步完善理論：通過對駐波的學(xué)習(xí)，學(xué)生們不僅掌握了行波與駐波的不同，而且給出關(guān)系式Δφ＝僅適用于行波.為了更深入地理解駐波，部分學(xué)生展開了對“半波損失”本質(zhì)問題的學(xué)習(xí)和研究.

3 研究型人才培養(yǎng)模式下大學(xué)物理考核應(yīng)夯實基礎(chǔ)知識，注重批判性思維，體現(xiàn)綜合素養(yǎng)

為了最大限度地督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)，盡可能公平地對學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程予以評價，同時鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，各高校大學(xué)物理考試改革相繼展開.考核方式已由過去的“一考定乾坤”變?yōu)楝F(xiàn)在的“期中、期末統(tǒng)考與平時測評相結(jié)合；統(tǒng)考與科技論文寫作相結(jié)合；或者統(tǒng)考、科技論文寫作與試驗測試相結(jié)合”等多種形式.改革成效雖然顯著，但也出現(xiàn)了一些新的問題.（1）抄襲現(xiàn)象有擴大化趨勢：不僅上交的各章節(jié)的習(xí)題作業(yè)、實驗報告存在明顯的抄襲現(xiàn)象，甚至撰寫的科技論文也存在普遍的抄襲和拼湊現(xiàn)象.（2）盲目追求能力提升，忽視基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)：隨著創(chuàng)新能力在各課程對學(xué)生的評價中所占比重的上升，以及學(xué)校各級對學(xué)生創(chuàng)新的高度重視，學(xué)生們逐漸意識到創(chuàng)新能力的重要性，紛紛投身創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)計劃，積極參加各類競賽和各種社團活動.真正靜下心來用心讀書的學(xué)生少了，很多學(xué)生甚至反映：太忙了，沒有時間學(xué)習(xí).導(dǎo)致學(xué)生普遍基礎(chǔ)薄弱，研究生階段科研失去后勁.（3）輕視科研：現(xiàn)在許多教師的科研都是借助于現(xiàn)成的軟件，如MS、Gauss等.這些軟件由不同的模塊組成，學(xué)生只要了解其中部分模塊的功能，就可以通過改變相應(yīng)的參數(shù)而獲得不同的結(jié)果.再對結(jié)果稍加分析，就可以發(fā)表文章了.部分學(xué)生天真地認(rèn)為這就是所謂的科研，從而形成“創(chuàng)新不過如此”的看法.

為了克服以上弊端，研究型人才培養(yǎng)模式下大學(xué)物理考核應(yīng)該有以下幾點作用.

1）要夯實學(xué)生的基礎(chǔ)知識

在閉卷統(tǒng)考中加大對基本概念、基本定理和定律的理解的考核力度，讓學(xué)生意識到：大學(xué)物理的學(xué)習(xí)遠(yuǎn)非他們心目中的“考前突擊，記記公式，會做題”那么簡單；真正意義上的創(chuàng)新也遠(yuǎn)非他們心目中的“換個研究對象，改改參數(shù)，再加以合理的分析”這么容易.新的理論和更為精準(zhǔn)的測量是科學(xué)進步的標(biāo)志，而這樣的進步又是建立在以前科學(xué)成就的基礎(chǔ)上.所以，只有靜下心來認(rèn)真研讀，才能做到像費曼所描述的那樣：在所有可能的層面上體驗生活、感知宇宙，而不是僅僅停留在那些恰好符合人類感知能力的層面上.唯有用心思考，才能真正理解物理，才能真正懂得科研；唯有打下夯實的理論基礎(chǔ)，才會在科學(xué)研究的道路上走得更遠(yuǎn)、更輕松.

2）要體現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)求實、不斷進取的精神

大學(xué)生初涉科研，一定要讓他們養(yǎng)成認(rèn)真扎實、實事求是的探究態(tài)度.懂得尊重他人的研究成果，堅決杜絕任何的造假行為.

3）要注重批判性思維和質(zhì)疑精神

平時測評或科技論文寫作中，鼓勵學(xué)生“以否定性思維去檢討各種結(jié)論性前提”[7]，敢于質(zhì)疑和批判已有的理論和現(xiàn)有的結(jié)論.盡量杜絕沒有任何創(chuàng)新，只是簡單的“復(fù)制、粘貼、拼湊或死記硬背”造就的“優(yōu)秀”.讓學(xué)生們意識到“科學(xué)是認(rèn)真的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、實事求是的，同時，科學(xué)又是創(chuàng)造的.科學(xué)的最基本態(tài)度之一就是疑問，科學(xué)的最基本精神之一就是批判.”[8]

[1]劉國瑜.大學(xué)學(xué)術(shù)發(fā)展的科學(xué)思考[J].中國高教研究，2009（3）：26-28.

[2]和飛.尊學(xué)與崇術(shù)：高校辦學(xué)理念的分野[J].高等教育研究，2005（6），26：17-21.

[3]鄔家瑛，錢輝.論本科生科研訓(xùn)練存在的問題及解決思路[J].中國高教研究，2009（1）：69-71.

[4]菲利普·G.阿特巴赫.21世紀(jì)美國高等教育——社會、政治、經(jīng)濟的挑戰(zhàn)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2005：78.

[5]詹姆斯·杜德斯達.美國公立大學(xué)的未來[M].北京：北京大學(xué)出版社，2006：19.

[6][8]布賴恩·格林.宇宙的結(jié)構(gòu)——空間、時間以及真實性的意義[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2013：55.

[7]展?jié)?我國研究型大學(xué)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的思考[J].高等教育研究，2011（1），32：7-13.