科研与教学的融合在大学物理创新教学中的作用

陈建中 孙海波

教学和科研是高等学校所行使的两个重要的职能。这两个职能在为社会培养所需要的合格的创新性人才中发挥着重要作用。 大学物理是理工科高等院校所开设的一门公共基础学科。 它不仅为学生专业课学习提供所需的物理基础知识，而且还能培养学生的物理思想、逻辑思维和创新能力。 相对于计算机一些快速发展的新兴课程，《大学物理》是一门知识结构较为宽泛、系统完善而又内容陈旧的学科。在教学过程中如何将大學物理知识与具体的科研问题、实践问题和科学思想有机地融合起来，追根溯源，将直接影响到教学效果和学生创新思维的培养。

正确处理科研与教学的关系，首先要树立正确的思想观念。在国内一些大学，由于办学理念受传统教育观念的影响，将教学和科研相互割裂开来，彼此对立。某些国内大学认为教学是高校的主体，所有工作均以教学工作为核心并为其服务，过度追求教学成果，有些人甚至认为公共基础课老师根本不需要搞科研，只上好课就可以。与此相反，某些大学认为科研是高校的工作核心，没有科研的高校，不能称其为大学，过度追求科研成果，激励老师以科研为本而忽略教学，这失去高等学校培养人才的教育之根本。事实上，两种观念均只强调高校的一个职能，而忽略两种职能间的联系和相互促进的作用。教学是科研的潜在动力，缺乏对教学的认同，高校教师可能失去提高科研水平的契机。科研是教学创新的源泉，失去科研的大学也就使高校教学失去创新和灵魂。因此，正确处理科研与教学的关系，将有助于高校培养合格和创新性人才。本文将对科研与教学的融合在大学物理创新教学中的作用展开一定的讨论

以科研中应用的大学物理知识为界导，激发学生的学习兴趣和创新意识。物理知识本身就源自人们对自然界事物运行规律的探索、研究与认识。将大学物理知识与科学研究和实践活动融合起来意味着物理知识的返璞归真。物理知识在科学研究前沿中的应用能唤醒陈旧物理知识和内容的生命活力，赋予许多新的含义。 这种融合在大学物理教学中的体现与实施能激发学生学习物理的兴趣和热情，培养学生的创新思维，激励学生参加大学科技创新活动。

牛顿第二定律是建立在实验基础上发展起来的重要规律，也是研究物体运动等专业的大学物理教学，科研内容主要涉及原子分子物理和生物物理等相关领域。 将大学物动力学的核心规律，并为其他它动力学规律的学习奠定基础。 笔者主要负责机械工程和车辆理知识与机械、交通和车辆等实践问题结合是很自然的事情，学生并未从结合中感受到物理知识应用的创新性。 当我启发学生能否应用牛顿第二定律研究蛋白质运动，探索生命现象的运动规律以及研发药物时，学生先是感到惊愕，然后觉得这是不可思议。 在学生的头脑中闪过大大的问号，这怎么会呢？借此契机，我引导学生如何建立蛋白质分子中原子间的势能函数，通过对势能函数求导计算原子间的作用力，进而应用牛顿第二定律计算原子的加速度，利用数值积分获得原子的运动速度和原子的位置。 最后将自己在国际期刊上发表的文章及文章中描述的原子运动方向展现给大家，为此激发了学生对大学物理的学习热情和兴趣。 较多学生在课下主动查阅动力学模拟的相关知识，并积极与我探讨简单的模拟参数化和编程问题。 因此我对学生的热情和兴趣加以引导，成立课外分子模拟小组，使学生在科研实验室实现简单的模拟，增进学生对牛顿第二定律应用的理解，赋予其新的生命活力，培养了学生的科学思维和创新性的学习方法。

以大学物理知识的启发延伸培养科研思维为手段，激发学生的创新灵感和意识。大学物理学是一门研究物质的基本结构及物质运动普遍规律的严格而又精密的基础学科。使学生能够顺利地解决物理实验和工程实践呈现的问题，培养和训练分析解决问题的综合能力，加深学生对有关物理知识和专业学科的理解。作为任课教师如何通过大学物理的课堂教学激发学生的创新思维呢？通过物理知识的启发延伸而培养学生的科研思维将是一个重要手段。 笔者在大学物理教学过程中经常有意为之，给学生留有遐想的空间。学生为此很认可该种教学方式，认为能启迪他们的创新灵感。点滴做法，总结如下。

简谐运动是大学物理的一个重要内容，表示物理量随时间按余弦或正弦规律运动。讲课时明确指出位移、速度和加速度均随时间做简谐运动。为加深学生对简谐运动的理解，我从科学研究的角度简单地给学生提示到：简谐运动可以在两个空间描述：一个是速度描述的实质空间，另一个是相位空间，通过傅里叶变换可以实现两个空间的物理量转换。如果在实质空间找不到有效控制量，可尝试将其转化到相空间或许能探索到有效控制量。后来交通工程专业的一个毕业的学生给我打电话表示感谢，说我的这个延伸提示使他实现了小型发动机运转速度的智能化控制，得到他工作单位的嘉奖。而且他还说我在大学物理教学课堂中的许多延伸提示非常重要，启迪了他的创新思维、灵感和火花，从而导致了一些技术改进和发明，申请了十余项发明专利。为此在大学物理课堂教学中，我经常把科学研究结果与大学物理知识相结合，并拓展延伸，给学生留有充分的遐想空间，启迪学生的创新灵感，培养学生的创新思维。

简言之，高校教师和管理机构如果能正常处理科研与教学的关系，不仅有利于创新性教学模式养成和创造性学生的培养，而且也有利学校整体科研水平和教师科研能力的提高。因此无论是管理者，还是任教者和科研者均应正确处理教学与科研的关系，教学与科研的融合是高校发展的趋势。