介紹一種大學(xué)物理的創(chuàng)新教育與研究式學(xué)習(xí)模式

1、大學(xué)物理理創(chuàng)新教教育與研研究式學(xué)學(xué)習(xí)模式式的研究究與實踐踐華中科技技大學(xué) 李元元杰 清華大學(xué)學(xué)（20004年年客聘）北京理理工大學(xué)學(xué) 北京京交通大大學(xué)（220044年客聘聘）北京航空空航天大大學(xué)（220055年客聘聘）北京京科技大大學(xué)（220055年客聘聘）上海華東東理工大大學(xué)（220066年客聘聘）一、落實實創(chuàng)新教教育的三三個重要要舉措二、建立立科學(xué)規(guī)規(guī)范的課課程教學(xué)學(xué)過程三、全面面培養(yǎng)學(xué)學(xué)生的科科學(xué)素質(zhì)質(zhì)四、構(gòu)建建研究式式學(xué)習(xí)模模式五、學(xué)生生成果舉舉例展示示六、創(chuàng)新新教育與與研究式式學(xué)習(xí)是是一項綜綜合教育育工程創(chuàng)新教育育與研究究式學(xué)習(xí)習(xí)模式的的探索與與實踐一、落實實創(chuàng)新教教育的三三個重要要

2、舉措基本思路路創(chuàng) 新基礎(chǔ)知識有效方法科學(xué)思維掌握知識獲取能力授之 工具傳之 方法研究式學(xué)習(xí)大物理與小物理整體知識結(jié)構(gòu)能量與整體結(jié)構(gòu)物理空間與圖象介紹平臺與訓(xùn)練題如何講授大物理（1）講講知識、講思想想、講方方法三者者并重；（教材材體系內(nèi)內(nèi)容的改改革）（2）授授之工具具、傳之之方法，在在教師指指導(dǎo)下學(xué)學(xué)生自主主與研究究式學(xué)習(xí)習(xí)； （學(xué)學(xué)習(xí)模式式、訓(xùn)練練方式與與考試方方法的改改革）（3）加加強大物物理的教教學(xué)，加加強物理理空間與與圖像的的教學(xué)，加強能能量觀點的教教學(xué)，注注重知識識的整體體結(jié)構(gòu)。（教學(xué)學(xué)方法的的改革）具體落實實：抓“生成元元”基礎(chǔ)，抓素質(zhì)質(zhì)能力的的培養(yǎng)，抓知識識的拓展展與轉(zhuǎn)移移，抓研研

3、究式學(xué)學(xué)習(xí)。講思想：九個原原理二十十性穩(wěn)定性原原理、對對稱性原原理、（哈密頓頓原理、相對性性原理、等效原原理、等等概率原原理）疊疊加原理理、普適適性原理理、對應(yīng)應(yīng)原理；（1）對對稱性（2）穩(wěn)穩(wěn)定性（3）等等效性（4）對對偶性（5）不不定性（6）方方向性（7）臨臨界性（8）相相干性（9）非非定域性性（100）退相相干性（11）二象性性（122）對易易性（113）疊疊加性（14）普適性性（15）不可預(yù)預(yù)見性（16）手征性性（177）隨機機性（118）相相對性（19）因果性性（200）正交交歸一完完備性講方法 介紹基基本研究究方法440種力學(xué)（77）：對對稱性方方法（守守恒律）、穩(wěn)定定性方法法（能量

4、量建模）、動力力學(xué)方法法（連續(xù)續(xù)性、相相對性）、等效效性方法法（引入入慣性力力）、矢矢量空間間法（微微分 合合成 分分解 展展開）、相空間間法（能能動量-坐標(biāo) 參數(shù)空空間）、科學(xué)計計算與模模擬法（振動與與波）；相對論論（4）：公式式法（洛洛侖茲變變換）、不變量量法（時時空效應(yīng)應(yīng)）、實實例法、幾何法法；電磁磁學(xué)（55）：疊疊加原理理與實驗驗定律（庫侖定定律 畢畢-沙定定律）結(jié)結(jié)合法、疊加原原理與邊邊界確定定內(nèi)部整整體性質(zhì)質(zhì)定律（高斯定定理 安安培環(huán)路路定理）結(jié)合法法、標(biāo)勢疊疊加求場場法、計算機機作圖與與模擬法法（場線線與等勢勢線面繪繪制 偶偶極輻射射）、動動力學(xué)法法（矢量量場微分分）；光光學(xué)（6

5、6）：光光程差法法（等厚厚與等傾傾薄膜干干涉）、半波帶帶法（夫夫瑯和費費單縫與與菲涅耳耳圓孔衍衍射）、矢量法法（光柵柵衍射）、數(shù)值值積分法法（夫瑯瑯和費圓圓孔衍射射與愛里里斑）、計算模模擬法（圓振動動與線振振動的合合成分解解）、惠惠更斯菲菲涅耳原原理與波波前作圖圖法（雙雙折射）；量子子論（88）：半半經(jīng)典半半量子方方法、測測不準(zhǔn)關(guān)關(guān)系與索索末菲量量子化條條件法、矢量空空間法（態(tài)矢量量 本征征態(tài)與疊疊加態(tài)）、矩陣陣法（波波函數(shù)與與力學(xué)量量 本征征方程）、微擾擾法、作圖法法（等概概率密度度面）、動力學(xué)學(xué)法（解解薛定方方程）、統(tǒng)計平平均法（平均值值）；熱熱物理（7）：唯象法法（熱力力學(xué)四定定律）、相

6、空間間法（PP-V-T相圖圖，空間間， 空空間）、狀態(tài)量量與過程程量的計計算法（內(nèi)能 熵，熱熱容量 功）、函數(shù)積積分法、分布函函數(shù)法、分子動動力學(xué)方方法、計計算模擬擬法；非非線性現(xiàn)現(xiàn)象（55）：相相空間微微擾法（單擺）、線性性微擾法法（布魯魯塞爾振振子）、李亞普普諾夫指指數(shù)法、混沌同同步控制制法、不不變分布布法。二、建立立科學(xué)規(guī)規(guī)范的課課程教學(xué)學(xué)過程在創(chuàng)新教教育的理理念中，一門課課程的科科學(xué)完整整的教學(xué)學(xué)過程應(yīng)應(yīng)包括傳傳授知識識、應(yīng)用用知識和和探求未未知三個個環(huán)節(jié)及及與其配配套的訓(xùn)訓(xùn)練與考考核。在在我國現(xiàn)現(xiàn)行的課課程教學(xué)學(xué)體系中中，傳授授知識成成為主體體或全部部，應(yīng)用用知識方方面主要要表現(xiàn)為為

7、簡單直直接應(yīng)用用或知識識性、技技巧性應(yīng)應(yīng)用，并并且大多多采用學(xué)學(xué)院式的的習(xí)題訓(xùn)訓(xùn)練來完完成，缺缺少研究究型、綜綜合型與與實用性性的應(yīng)用用，缺少少對知識識的拓展展與轉(zhuǎn)移移能力的的訓(xùn)練，至于探探求未知知就顯得得更加薄薄弱。這這是我國國高等基基礎(chǔ)教育育存在的的一個問問題，如如何在教教學(xué)理念念與方法法上改變變這一現(xiàn)現(xiàn)狀，近近年來許許多教師師都做出出了不少少努力。例如，南京大大學(xué)盧德德馨教授授，他在在引導(dǎo)學(xué)學(xué)生研究究式學(xué)習(xí)習(xí)方面取取得了突突出的成成果和寶寶貴經(jīng)驗驗，然而而要從根根本上徹徹底解決決這一問問題，必必須在課課程教學(xué)學(xué)中建立立一個科科學(xué)規(guī)范范的教學(xué)學(xué)過程，使更多多的基礎(chǔ)礎(chǔ)課教師師在課程程教學(xué)中中

8、切實認(rèn)認(rèn)真完成成傳授知知識、應(yīng)應(yīng)用知識識和探求求未知三三個教學(xué)學(xué)環(huán)節(jié)。要通過過具體措措施落實實：（1）授授課教案案體現(xiàn)三三個環(huán)節(jié)節(jié)：傳授知識識、應(yīng)用用知識、探究知識識；（2）教教學(xué)實施施體現(xiàn)三個個原則：教學(xué)方方法多樣樣化，學(xué)學(xué)習(xí)模式式（干、學(xué)組合合）多樣樣化，交交互方式式（師、生、機機（網(wǎng)）互動）多樣化化。三、全面面培養(yǎng)學(xué)學(xué)生的科科學(xué)素質(zhì)質(zhì)（1）現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)學(xué)素質(zhì)三三要素：理論思思維、實實踐技能能、科學(xué)學(xué)計算與與模擬；（2）高高度重視視解析與與數(shù)值計計算模擬擬的現(xiàn)代代綜合訓(xùn)訓(xùn)練。具體落實實：與解解析方法法結(jié)合，引入計計算機的的數(shù)值計計算與模模擬功能能，系統(tǒng)訓(xùn)練練與嚴(yán)格格要求。提供研究究式學(xué)習(xí)習(xí)平

9、臺-學(xué)生用用計算模模擬軟件件平臺；（VC+與OOpennGL結(jié)結(jié)合，適適于理工工類多學(xué)學(xué)科）（2）新新編寫1120多多道研究究式學(xué)習(xí)習(xí)訓(xùn)練題題，與傳傳統(tǒng)習(xí)題題大不一一樣，沒沒有統(tǒng)一一答案，沒有最最好的答答案，有有較大的的知識拓拓展與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移空間間，體現(xiàn)現(xiàn)知識的的整體結(jié)結(jié)構(gòu)；（3）把把研究式式學(xué)習(xí)納納入開卷卷考試的的教學(xué)環(huán)環(huán)節(jié)，提提出三個個超越：超越教教材、超超越教師師、超越越自己，以保證證教學(xué)意意圖的實實現(xiàn)。四、研究究式學(xué)習(xí)習(xí)模式我們9年年來的多多次反復(fù)復(fù)實踐，已收到到較顯著著的效果果。學(xué)生自主研究式的學(xué)習(xí)多樣化的教學(xué)方法與學(xué)、干結(jié)合方式科學(xué)規(guī)范的課程教學(xué)過程，教材與習(xí)題建設(shè)提供研究式學(xué)習(xí)的專題

10、與工具教師指導(dǎo)實現(xiàn)知識的拓展轉(zhuǎn)移與創(chuàng)新網(wǎng)上教學(xué)媒體資源及網(wǎng)上交互與管理規(guī)范化 多樣化 平臺化 網(wǎng)絡(luò)化五、學(xué)生生成果舉舉例展示示 多年積積累學(xué)生生完成研研究模型型數(shù)萬個個，論文文萬余篇篇，大大大豐富了了基礎(chǔ)物物理教學(xué)學(xué)的內(nèi)容容，成為為我們推推動物理理教學(xué)改改革的巨巨大動力力。我們們在力學(xué)學(xué)、熱統(tǒng)統(tǒng)學(xué)、電電磁學(xué)、光學(xué)、量子論論和非線線性教學(xué)學(xué)內(nèi)容中中都有重重要的突突破，都都是來自自于學(xué)生生的創(chuàng)新新成果，而且與與時俱進進地持續(xù)續(xù)發(fā)展。20000年湖北北省大學(xué)學(xué)生優(yōu)秀秀科研論論文評獎獎賽，華華中科技技大5名一等等獎中有有三名是是CCBBP班的的學(xué)生陳陳恒、袁袁浚菘（聲音保保密）和和何軍(光學(xué)混混沌同步

11、步控制);20022年CCBBP班學(xué)學(xué)生孫翊翊、賈文文川的模模擬機器器人獲省省二等獎獎，20003年年獲全國國大學(xué)生生挑戰(zhàn)杯杯二等獎獎；20033年CCBBP班學(xué)學(xué)生李春春輝的論論文Fouur-pphotton,fivve-ddimeensiionaal eentaangllemeent forr quuanttum commmunnicaatioon獲獲省一等等獎20055年清華華大學(xué)有有一批學(xué)學(xué)生的優(yōu)優(yōu)秀論文文將陸續(xù)續(xù)整理發(fā)發(fā)表吳雪兵、柳玉倩倩、李青青山、李李長城、孫之杰杰等大多數(shù)學(xué)學(xué)生能做做到基于于基礎(chǔ)知知識的創(chuàng)創(chuàng)新：知知識的拓拓展與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移，知知識的拓拓展與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移是最最基本的的創(chuàng)新能能力

12、六、創(chuàng)新新教育與與研究式式學(xué)習(xí)是是一個綜綜合教育育工程，它需需要領(lǐng)導(dǎo)導(dǎo)及管理理層教育育理念的的轉(zhuǎn)變和和政策導(dǎo)導(dǎo)向的落落實，需需要各學(xué)學(xué)科的協(xié)協(xié)調(diào)與合合作，需需要整個個教育思思想、教教學(xué)計劃劃的科學(xué)學(xué)化，這這是高等等基礎(chǔ)教教育落實實黨中央央的科學(xué)學(xué)發(fā)展觀觀思想的的重要體體現(xiàn)，教教育、管管理、政政治都要要為科學(xué)學(xué)發(fā)展服服務(wù)，用用鄧小平平的話講講：這是是一個硬硬道理。高等教教育的科科學(xué)發(fā)展展在目前前有三個個急需解解決的問問題：11、正確確認(rèn)識人人才的差差異性與與人才難難得；22、抓住住機遇，全面引引入計算算機的計計算、模模擬、智智能判斷斷功能與與技術(shù)，從根本本上推動動高?；A(chǔ)教育育的發(fā)展展；3、希

13、望我我們的高高校能多多留給學(xué)學(xué)生一些些思考問問題的時時間，不不要把課課程排得得太多太太滿！目目前的狀狀況令人人擔(dān)憂！長此此下去，對人才才成長極極為不利利！謝謝各位位！一、項目目的背景景情況前期工作作1編寫寫了一套套具有現(xiàn)現(xiàn)代感和和信息化化的新型型基礎(chǔ)物物理教材材大學(xué)學(xué)物理學(xué)學(xué)CCBBP，該教材材是與北北京大學(xué)學(xué)陸果教教授合作作編著的的，20002年年列入國國家十五五規(guī)劃教教材并由由高等教教育出版版社20003年年十月出出版；2研制制了一整整套內(nèi)容容豐富、形式多多樣、設(shè)設(shè)計創(chuàng)新新的提供供學(xué)生自自主式，研究式式學(xué)習(xí)的的教學(xué)資資源，包包括：大學(xué)物物理CCCBP教教學(xué)光盤盤、JAVVA學(xué)件件180例、

14、基基礎(chǔ)物理理典型模模型三百百例及及C+語言物物理模型型2000例（大大部分已已正式出出版）；3研制制設(shè)計了了一套網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)電子子版的基基礎(chǔ)物理理教材（也是國國家新世世紀(jì)工程程項目，包括FFlassh動畫畫1200個），已通過過國家驗驗收，即即將出版版。4.創(chuàng)造造了一套套系統(tǒng)的的培養(yǎng)學(xué)學(xué)生創(chuàng)新新能力的的教學(xué)方方法和訓(xùn)訓(xùn)練模式式，發(fā)表表了教學(xué)學(xué)研究論論文十多多篇，其其中一篇篇獲全國國首屆大大學(xué)物理理優(yōu)秀教教學(xué)研究究論文一一等獎。520001年年在華中中科技大大學(xué)成立立了大大學(xué)物理理CCBBP課程程組，20001-220033年每學(xué)學(xué)年在華華中科技技大學(xué)五五個院系系15000名學(xué)學(xué)生中進進行規(guī)模?；慕?/p>

15、教學(xué)實踐踐并取得得了豐碩碩的成果果，學(xué)生生的優(yōu)秀秀作品和和論文有有的獲得得省大學(xué)學(xué)生優(yōu)秀秀論文一一、二等等獎。有的在國國外SCCI重要要物理期期刊上發(fā)發(fā)表。教育部教教材發(fā)展展研究所所資助立立項20044-20005年年我在北北京五所所高校各各辦了一一個試點點班，學(xué)學(xué)生總?cè)巳藬?shù)達(dá)到到9000多名，在高等等教育出出版社劉劉志鵬社社長親自自關(guān)心和和教育部部教材發(fā)發(fā)展研究究所直接接資助下下，我和和清華大大學(xué)吳念念樂教授授、王懷懷玉教授授聯(lián)合申申請立項項，重點點研究與與探索如如何把研研究式學(xué)學(xué)習(xí)模式式科學(xué)化化、規(guī)范范化和實實用化。經(jīng)過一一年多努努力，已已取得較較顯著的的效果，項目合合同的三三項指標(biāo)標(biāo)已完成成兩項，數(shù)字化化媒體光光盤也可可如期整整理完成成，這次次報告會會是向各各位領(lǐng)導(dǎo)導(dǎo)和專家家匯報我我們的工工作及主主要的觀觀點與做做法，同同時舉辦辦清華大大學(xué)與華華中科技技大學(xué)試試點班學(xué)學(xué)生的工工作成果果作品展展，希望望得到各各位的批批評指正正。六、創(chuàng)新新教育平平臺介紹紹（辦班班培訓(xùn)教教師3-5天）1、VCC+與與OpeenGLL（三維維、透視視、光照照、材質(zhì)質(zhì)）結(jié)合合；2、使用用加減法法與掌握握