淺談非線性物理教學(xué)改革探討

1、淺談非線性物理教學(xué)改革探討    論文關(guān)鍵詞非線性教學(xué)改革教學(xué)質(zhì)量 論文摘要文章通過對非線性物理在理工科本科教學(xué)中的現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行了分析，探討了非線性物理的教學(xué)改革與實踐，以提高非線性物理的教學(xué)質(zhì)量。 非線性物理是大學(xué)物理的一個重要組成部分，而大學(xué)物理是所有理工科學(xué)生必修的一門基礎(chǔ)課程。非線性物理作為非線性科學(xué)最基本、最重要的現(xiàn)代知識，它是自然界普遍存在的非線性現(xiàn)象和規(guī)律，是人們對世界認(rèn)識的提高和發(fā)展。非線性物理知識點跨度大，而且由于我國人才培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)改革的需要，非線性物理內(nèi)容在大學(xué)物中占的比例呈增大趨勢。連續(xù)幾年的高校擴(kuò)大招生計劃的實施，使得

2、高校里理工科學(xué)生的素質(zhì)差距拉大，甚至出現(xiàn)整體基礎(chǔ)水平偏低的情況?？傊?，種種原因，致使學(xué)生們在學(xué)習(xí)非線性物理時倍感吃力，困難重重。為了適應(yīng)我國教學(xué)改革的需要和高校學(xué)生現(xiàn)狀，有效地解決教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，需要對非線性物理的教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行改革，以及不斷探索與改進(jìn)教材建設(shè)、課堂教學(xué)安排等。本文通過對目前非線性物理教學(xué)現(xiàn)狀的分析和探討，結(jié)合教學(xué)改革的實踐，對其中一些問題形成了初步的看法，特此提出，與同行一起商榷。 一、非線性物理教學(xué)的現(xiàn)狀 為適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展，使理工科本科生具備深厚理論基礎(chǔ)和開拓創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，非線性物理作為大學(xué)物理學(xué)的重要內(nèi)容，在大學(xué)物理學(xué)教學(xué)改革中，增加或體

3、現(xiàn)非線性物理的內(nèi)容已成為專家學(xué)者們的共識。為此，許多專家學(xué)者做了積極嘗試，促進(jìn)了非線性物理教學(xué)的發(fā)展，但目前非線性物理教學(xué)仍然存在一些問題： 1.在教學(xué)安排上，出現(xiàn)“無”或“少”。目前，在新一輪課程內(nèi)容改革中，為了體現(xiàn)實踐性與應(yīng)用性，理工科專業(yè)的大學(xué)物理課，學(xué)時一減再減，而大學(xué)物理學(xué)所涉及的內(nèi)容多，給非線性物理學(xué)和關(guān)于物理學(xué)前沿的講授帶來很大的沖擊。其結(jié)果是造成在教學(xué)實踐中有關(guān)非線性物理學(xué)和物理學(xué)前沿的知識少講或不講。 2.在內(nèi)容介紹上，出現(xiàn)“一多、三少”。在許多教材中，介紹非線性物理現(xiàn)象多，這得益于自然界的本質(zhì)和典型的特征是非線性的?；煦缱鳛榉蔷€性物理的一部分，則是一切對初值敏感的非線性系統(tǒng)

4、共有的特征和行為，費(fèi)根鮑姆常數(shù)是混沌具有普適性的標(biāo)志?；煦邕\(yùn)動作為自然界中一種典型的運(yùn)動形式，有著自己的規(guī)律和特征，有別于線性的規(guī)則運(yùn)動和系統(tǒng)的隨機(jī)運(yùn)動，有著自己的規(guī)律和特征，非線性物理理論也因此具有一套獨立的、全新的思想、概念及方法。為此，目前，在非線性物理內(nèi)容講授上，有關(guān)非線性物理現(xiàn)象的介紹，特別是有關(guān)混沌的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展以及混沌基本理論的部分多。 介紹非線性物理控制的內(nèi)容少。非線性物理控制混沌控制與同步，經(jīng)過十幾年的研究與發(fā)展，建立了眾多的控制方法，其中一些在實際應(yīng)用中已取得顯著的效果。但是，由于它沒有典型控制理論的成熟理論體系和既定的方法與控制模式，再加上所需的工具深奧、繁雜，講授所用的時

5、間多，學(xué)生難理解等，因此，在教學(xué)實踐中就出現(xiàn)了對于這部分內(nèi)容講授少或避而不談的現(xiàn)象，使得一部分學(xué)生只知道自然界中存在非線性物理現(xiàn)象，而不了解非線性物理現(xiàn)象還可以控制與同步，形成“非線性就是無益”或“非線性等同于混亂”的不好理念。 介紹非線性物理的應(yīng)用少。研究非線性物理的目的就是利用它為人類服務(wù)，但這些非線性物理應(yīng)用技術(shù)還處于實驗室階段，沒有形成相應(yīng)的產(chǎn)品，這就給介紹非線性物理應(yīng)用帶來極大的困難，因此，出現(xiàn)少講授非線性物理應(yīng)用或不講的現(xiàn)象。 非線性物理現(xiàn)象課堂教學(xué)的演示少。非線性物理控制理論研究的對象是非線性復(fù)雜系統(tǒng)，而描述非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)工具是非線性方程，即研究非線性物理及高深的數(shù)學(xué)新概念。在

6、非線性物理教學(xué)中，難以用實物實驗來進(jìn)行教學(xué)演示，加上講授課時的限制，往往非線性物理現(xiàn)象課堂教學(xué)演示就被忽略了。 3.教材建設(shè)滯后。對眾多非線性物理教材研究分析后我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前很難找到一本較適合本科用的非線性物理教學(xué)專用的專門教材，更不用說理工科專用的教材了。目前，非線性物理內(nèi)容往往只是作為一小部分編入大學(xué)物理學(xué)教材中，且居從屬地位。通過對理工科大學(xué)物理教材的學(xué)習(xí)和比較分析發(fā)現(xiàn)：一部分教材沒有把非線性物理作為大學(xué)物理學(xué)的一部分放入教材中；另一部分教材，僅僅把非線性物理作為一種科普性質(zhì)的課后閱讀納入教材中。從目前非線性物理教材的建設(shè)看，不利于非線性物理的教學(xué)、普及，也不利于該學(xué)科的發(fā)展。 4.在非

7、線性物理實驗教學(xué)中，出現(xiàn)“無”或“仿”。物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，非線性物理實驗教學(xué)的目的不僅是讓學(xué)生掌握科學(xué)實驗的基本知識、方法和技能，更重要的是使學(xué)生可以觸摸到這個非線性科學(xué)的重要分支，讓學(xué)生了解這一“確定性和不確定性統(tǒng)一”的現(xiàn)象，理解非線性物理等混沌的內(nèi)涵，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)非線性物理的興趣，使之知非線性物理、知混沌，并使用它來解決工作生活中的問題。由于非線性物理實驗，特別是非線性物理實物實驗對實驗條件要求特別苛刻，而且上的非線性物理成套儀器較少，因此，一些本科院校大學(xué)物理實驗教學(xué)中，沒有非線性物理實驗，使學(xué)生無法驗證非線性物理存在的真?zhèn)?，更談不上理解非線性物理的特征。更多的院校是利用EDA軟件開

8、出了仿真實驗，這雖有助于學(xué)生對非線性物理現(xiàn)象的了解，但這種了解也只是停留在顯示器上而已。 二、非線性物理教學(xué)的思考與實踐 為培養(yǎng)高級科學(xué)技術(shù)人才，參與國際競爭，適應(yīng)新世紀(jì)對人才的需求，在大學(xué)物理中增加非線性物理內(nèi)容，是已形成共識的符合學(xué)科發(fā)展需要的必然趨勢，更高層次地講授非線性物理是大學(xué)物理學(xué)課程應(yīng)盡的義務(wù)和職責(zé)，也是大學(xué)生科學(xué)素質(zhì)養(yǎng)成的客觀需要。但是，從以上非線性物理教學(xué)現(xiàn)狀分析來看，非線性物理教學(xué)仍是一個需要不斷完善與加強(qiáng)的過程。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗和研究結(jié)果，筆者認(rèn)為，要改變當(dāng)前非線性物理教學(xué)中存在的問題，要做到以下幾點： 1.重視非線性物理教材建設(shè)。非線性物理教學(xué)的開展，最基本的參考材料就是教材。教材是教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的載體，是教學(xué)的基本工具，是培養(yǎng)人才的基礎(chǔ)和方向。課堂教學(xué)過程是一個互動的過程，是將教師傳授知識、思想、方法與學(xué)生的分析、歸納、抽象等各方面能力的訓(xùn)練進(jìn)行整合的過程。要把混沌的基本內(nèi)容、基本規(guī)律、思想方法傳授給學(xué)生，沒有適合的教材做基礎(chǔ)，是難以實現(xiàn)的。同時，有了教材，基礎(chǔ)較好、能力強(qiáng)、感興趣的學(xué)生可以在課余時間進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和研究。因此，建設(shè)一批適合各種層次需要，特別是適合理工科本科需要的非線性