1、省級教學成果獎推薦書附件成果名稱： 大學物理CCBP體系的研究與實踐目錄 1、大學物理CCBP體系的研究與實踐成果總結 2、成果支撐材料目錄網址： “大學物理CCBP體系的研究與實踐”成果總結“大學物理CCBP體系的研究與實踐”教學研究成果是以安徽省教育廳2005年批準的“大學物理CCBP體系的研究與實踐”項目為基礎，結合我校的實際情況，對大學物理的教學內容、教學方法、教學手段進行改革實踐?，F就本課題所取得的成果匯報如下:一、課題執行情況本課題自2005年開題以來，課題組一直緊緊圍繞主要建設內容開展工作，至2007年12月份已經圓滿完成了課題全部任務，具體情況如下：1、根據大學物理CCBP教學

2、體系的要求編寫了教學大綱和教學計劃。2、精選了華中科技大學李元杰教授編寫的大學物理（CCBP）的作為CCBP大學物理教材，并結合專業的特點編寫有特色的講稿和教案。3、考慮到我校專業特點和學生的情況，課題組從2005年開始遴選計算機專業作為CCBP大學物理課程教學改革試點專業，并選擇了相同專業的另外兩個班級作為參照。在試點班改變傳統的教學模式，將CCBP引入到大學物理課程教學中，打破傳統大學物理教材按照力、熱、電、光、原、近代物理的順序編排，突出物理本質、物理思想，特別是物理方法，引入計算機數值計算和模擬技術等研究工具，引導學生如何充分利用計算機的數值處理功能，將復雜的物理方程，特別是現代物理學

3、的微分、積分方程以及非線性問題的轉變為計算機處理，建立起一套完整的物理問題的計算機算法，引導學生自己獨立編寫求解物理方程的計算機程序，將物理方程的求解過程交給計算機進行處理。使得學生從純理論的推導轉變到利用計算機解決實際問題，得到了較好的鍛煉。經過兩年的試點，我們發現試點班的同學利用計算機處理實際問題的能力明顯比非試點班同學要強。從2007年開始推廣到電子信息科學技術和自動化專業，普遍受到學生的歡迎。4、建立了一支具有結構合理、教學經驗豐富的師資隊伍。本課題組現主要人員中碩士學歷以上比例達60%以上，具有高級技術職稱的人數達到50%。逐步建立起一支職稱分布合理、年齡結構適當，能滿足二十一世紀本

4、課程人才培養要求的高水平的教師隊伍。5、積極開展教學和科學研究，科研教學相互促進，課題組成員在教學過程中充分發揮計算機在物理教學過程中的作用，編制了大量的程序，建立了一套大學物理計算機程序處理系統，促進了教學質量的提高。6、將課題研究做為學生畢業論文選題，鍛煉了學生的科研能力。課題組成員從2005年開始將部分研究內容作為學生畢業論文選題，先后有30余人選了相關的研究課題作為畢業論文選題，其中有10余人的畢業論文獲得了校優秀畢業論文，有1人在國家級雜志發表論文。7、購置和開發了大量供學生研究性學習的資源。為學生提供了Java學件、Flash動畫、C學件、C+課件和avi數字化小電影，總數達千余種

5、，提供研究性學習的平臺學生用計算機模擬軟件平臺，編寫了100多道研究性學習習題，與傳統習題大不一樣，沒有統一答案，有較大的知識拓展與轉移空間，體現知識的整體結構。二、改革思路眾所周知，大學物理是理工科各專業學生必修基礎課程之一，但長期以來由于其內容多、課時少、學習難度大，因此大學物理教學過程中如何解決學時少內容多的矛盾？如何處理經典與近代的關系？如何從單一傳授知識向傳授知識、方法和思想三者并重的教育思想轉變？如何提高學生的素質與能力？如何在新教材上有所創新？這些問題一直困擾著廣大從事大學物理的教學人員，我們對這些問題的處理總體思路是：（1）改革原大學物理教材，便其內容適應跨世紀人材培養的要求，

6、創立一個全新的CCBP模式。（2）改變傳統的以傳授知識為中心的教材體系，建立一個傳授知識、思想、方法三者并重的新體系。（3）探討將計算機全面深入引進物理教學的方式及旨在提高素質能力的綜合訓練。（4）正確對待繼承與發展、正確處理好經典物理與現代物理的關系，經典重在提高，現代重在立穩。（5）勇于創新，開闊思路，力爭做到四個突破：即教學思想要有突破、方式要有突破、內容要有突破、體系要有突破。（6）既要有先進性，又要注重可行性，特別是學生的可接受性。三、幾點體會教學改革的中心問題是教學現代化，而教學現代化應包含教學內容的現代化、教學手段的現代化和教學思想與觀念的現代化。要真正實現教學現代化，教學思想和

7、觀念的轉變是首要的。教學思想與觀念的現代化涉及許多方面，下面是我們在本次課題研究過程中的幾點體會：1、要實現從單一傳授知識向傳授知識、思想、方法三者并重的觀念的轉變我國傳統的基礎物理教學都圍繞著傳授和學習知識這個中心，而在啟發學生思維及創新和培養學生處理實際問題的能力方面或重視不夠或落不到實處。一般教學中，教師們很少向學生系統介紹物理學的基本研究方法和基本思維方法，那些充滿理論物理中的大量光輝的物理思想在基礎物理中卻所見無幾。人們常講教學要授之以漁，不能只授之以魚，這個道理大家都容易接受，但具體如何去實現卻長期得不到解決。我們的體會是：教學中要授以學生必要的基礎知識，這是不容置疑的，但不能只強

8、調知識點的系統性、完整性、嚴密性，而忽視傳授那些重要的物理思想、方法及工具，忽視培養學生自己去獲取知識的能力，其實后者應該是教學中更為重要的目的。當今正處于信息時代，知識增長迅猛，嚴格地講教師不可能在百余學時的教學中，把所有的物理基礎知識毫不遺漏地都講完。我們在教學過程中始終貫徹以物理研究方法為主線，徹底改造傳統教學內容和教學順序，并將其建立在現代信息科學技術的平臺上。他把教師系統提要的講授， 和自己自主學習、問題研究、論文寫作等有機穿插在整個課程的教學過程之中。突出方法的應用，整體概念與整體思維，促使學生產生創新思想，并通過對具體問題的處理，訓練學生的科學綜合能力與素質，強化對學生探索未知能

9、力的訓練。2、要實現從重教輕學向以教為導以學為主的觀念的轉變我國傳統的教學模式有其自身的優點，但必須承認也有許多弱點。新中國成立半個多世紀，高等教育發展是十分迅速的，特別是改革開放以來，發展速度更是驚人，但為什么培養不出一個諾貝爾獎獲得者? 其中原因當然是多方面的，但是傳統的培養模式及教學觀念不利于學生的創新思維與能力的發展，應該是一個重要的原因。我們絕大多數的學生從小學到大學，都是老師手把手地教，基本訓練也是大量重復地做一些學院式的習題。一旦離開老師，在學生自己獨立地解決實際問題、獲取新知識、研究新問題時都會感到困難。因為在傳統的教學環節中，缺乏對學生這方面的系統訓練。因此，在制定教學現代化

10、的方案時，首先要實現教學思想和觀念的兩個轉變，否則教學改革只能停留在內容的增減或重組這一層面上。3、將基礎物理教學與創新教育相結合現行教學中，一些傳統的教學模式、教學方法只偏重書本知識的傳授，而忽視學生的思維訓練，顯然，這對學生創造性的培養是十分不利的。因此，我們將“在大學基礎物理教學中，如何培養學生的創新精神，啟迪學生的創新思維，開發學生的創新潛能”作為重點研究與實踐的課題，進行了一些探索和嘗試。(1)、結合基礎物理教學，介紹現代高新科技成果的創新思維及其物理基礎我們認為，將學生引入一個富于現代、前沿及創新氣息的學習天地中，對于開發學生的創新思維，激發學生的創新欲望，是十分有益的。因此，在教

11、材里，教學光盤中以及課堂教學時，我們介紹了多個獲諾貝爾獎的物理學成就以及一些現代高新技術成果。特別強調它們的創新內容及其與基礎物理知識的聯系。這些內容包括：Ø 金屬低溫超導的BCS理論(1972獲諾貝爾物理學獎)，創新思想是：電子通過晶格振動為媒介而產生成對機制，電子對的形成，完成了費密子（電子）向玻色子（電子對）的轉變，電子對是一個準粒子，其形成使電子的統計性質發生變化（產生相變）。Ø 原子囚禁(1997獲諾貝爾物理學獎)，創新思維是：MOT模型。磁光囚禁，非均勻磁場使塞曼分裂隨空間而異，形成囚禁優勢輻射壓環境。VSCPT模型。存在與光子無相互作用的原子與光子耦合的相干疊

12、加態。Ø 整數量子霍爾效應(1985獲諾貝爾物理學獎)，創新思維：參雜使分裂的簡并態能級構成二類: 一類是在原朗道能級處未移動的態,構成擴展態是一個可傳導電流的態；另一類則是偏離朗道能級的局域化態，它是一個絕緣態,與電流無關。結果導致電阻（電導）的臺階效應。Ø 量子隧道效應實驗與理論(1973獲諾貝爾物理學獎)，基礎物理知識：固體能帶；量子隧道。 創新思維：量子隧道效應器件、量子阱、超晶格、約瑟夫森結超導量子干涉儀SQUID。Ø 不需加油的全球航行飛機的設計。創新思想 動力與滑翔飛行交替進行、低空動力加速、高空慣性滑翔?；A物理：利用慣性。通過上述內容的介紹，使學

13、生們看到：世界上各種大大小小的創新無不與物理學的基本原理及對稱性、穩定性、等效性等基本思想有密切聯系。這樣學生不僅僅學到了書本上的理論知識，同時也了解到，偉大科學家們的智慧及創新思路的源泉就是基礎物理。創新便有了原動力。（2）加強素質能力的訓練基礎訓練：圍繞基礎，兼顧不同學校不同層次學生；提高訓練：重在提高，少直問直答式，多應用理解式；綜合訓練：(創新）專題綜合，方法綜合，思想綜合，每章后有綜合性總結。對每一章內容、方法、思想作綜合性總結，圖表式的總結。學生盡管學了許多物理定律、知識和概念，但遇上一些實際問題并不會去求解。學生做了不少的練習和習題，為什么遇到實際問題不會求解呢？因為傳統教材上的

14、練習與習題基本上與實際問題相差甚遠。傳統中的習題只是為了訓練學生的基本運算技能，并通過運算加深對物理定律及概念的理解。總之，歸結到一點，傳統教材是以傳授知識為主的。即便是習題訓練也是為傳授知識這一主要目標服務的，而忽視了培養學生處理實際問題的素質及能力。所以，我們認為大學物理改革首先就要實現從單一傳授知識向傳授知識、方法和思想三者并重的教育思想轉變。綜合訓練就是為了提高學生處理實際問題的能力。（3）物理學的基本理論與研究方法對科學思維的啟迪規則運動的研究方法：對稱性法；矢量空間法；能量法。通過擴展對稱性介紹分形物理。隨機運動的研究方法：統計平均法；二項式分布等?；煦邕\動的研究方法：通過典型問題

15、，在相空間分析、討論，用計算機進行處理。通過對這些物理研究方法的介紹，有利于加強學生科學思維能力的訓練。4、本科基礎課教學如何開展研究性教學，提倡研究式的學習方法，充分調動學生的思維本科基礎課的研究性教學，就是通過貫徹科研引入教學過程經典理念的以基于研究的教學方式。探索性是研究性教學的基礎，沒有探索性就沒有研究性教學。我們認為首先是科學研究方法的創新，在教學過程中我們以物理學的方法包括現代信息科學技術的方法重組教學內容，并在方法的運用中力圖培養學生的物理思想、科學研究的精神，促進學生從學習向研究過渡。在創新教育的理念中，一門課程的科學完整的教學過程應包括傳播知識、應用知識和探求未知三個環節及與

16、其配套的訓練與考核。建立科學規范的教學過程，扎扎實實實施，從根本上解決這一問題。尤其是教學資源的建設，要提供大量可供研究性教學的如課題庫、計算軟件等。同時還應該建立健全教學管理制度和考核標準、方法。例如：在教學中，我們介紹了能量法建模（哈密頓正則方程）及計算機編程求解和分析，并且講解了彈簧振子這一實例，然后，我們要求學生在此基礎上，研究更復雜系統的運動情況（見綜合題），學生們對這些問題很感興趣，查資料，分析，建模，編程，上機調試，積極性很高，很多同學不僅完成了我們所留的問題，還主動設計了一些復雜系統的情況加以分析討論。我們感到：通過這樣的訓練，不僅可以使學生在現有知識基礎上前進一步，也是引導他

17、們超越書本開辟新的視野的重要一步。5、將計算機數值計算引入物理課程CCBP大學物理模式最引人注目的是將計算機數值計算作為除高等數學外的另一工具引入大學物理教學。計算機編程進行數值計算處理物理問題這樣的訓練，過去由于計算技術和手段不具備，從來沒有進入大學物理的課堂?，F在隨著計算機技術的飛躍發展，讓學生在微機上作這類編程訓練進而開展一些研究活動不再是一個奢望。進行CCBP模式的物理教學，可以使學生對物理過程了解得更透徹、對物理概念把握得更確切，并且有可能對典型物理模型作拓展研究。更重要的是能激發起創造欲，迫使學生更多更好地查閱資料，思考問題，進行自學和交流，使學生更深切地體會科學研究方法，提高處理

18、實際問題的能力。要使學生能很快、很好地掌握計算機數值計算這件工具，學會一些用計算機研究問題的方法和形式以及各種表現手段，我們在教學上分了三個階段。第一階段編程基礎訓練。我們的宗旨是先干后學、邊干邊學，干中提高。我們只用兩學時課堂簡介C語言程序結構( 頭文件、發布主函數、變量命名、常量初始量賦值、圖形設備初始化、數值計算循環體、計算結果和圖形輸出、關閉圖形設備、程序結束 ) C程序編輯集成系統界面及程序編輯調試方法、數值計算中的疊代方法、觀看CCBP光盤所附的原程序及執行過程，然后就由學生上機實踐。第二階段：編程數值計算包括三種選題 編程繪圖強化對物理現象、過程的認識 利用圖形和數值分析對基本物

19、理模型作一些研究 對基本物理模型的擴展研究、動態模擬研究經過第二階段的訓練，使學生對已掌握的知識的深度和廣度都得到很大的擴充，還使學生學到了這樣一些方法循跡法、相空間法、參數空間法、微擾法、脈動周期擾動法、對比法、模擬法、不變分布法、李雅普諾夫指數分析法等等。第三階段作論文。這就要求學生運用已學到的物理學中的各種方法，對實際工程中的模型、經濟模型等問題進行研究。學生論文可以獨立作，但我們也鼓勵合作，提倡團隊協作精神，讓學生自由結成二、三人的小組，但最多為五人組。在這階段里，我們特別注重對學生研究過程的指導，可以分解為兩步第一步選題、查資料、閱讀文獻(看模型、看模型中的各物理量、看結果)、舉行開

20、題報告會；第二步修改模型、修改擾動方式、換一種研究方法、分析計算結果的物理意義及有無新結果、小論文報告會。并對優秀的論文就行點評，同時建議進行進一步修改投稿發表。已有2位同學的論文公開發表。數值計算方法的掌握和編程能力僅是CCBP精髓中的一方面。事實證明，更重要的是要有清晰的物理概念，在模型的建立過程中，要有很好非定性分析能力，又要有很好的解析計算功底，對計算結果的分析，還必須具備相當的洞察力。因此CCBP特有的這種綜合訓練，能充分發掘學生的智力和非智力因素，充分激發他們的興趣、創造力，調動他們的學習積極性，使他們學會學習、學會研究、學會合作與交流。只要看看我們的學生做的物理模型、經濟模型，看

21、看他們的論文，就可以得出結論，通過CCBP模式的物理教學，學生的科學素質和能力以及創新精神，確實有了顯著提高。有的學生說，如果沒有物理課的訓練，C語言課結束后，我只能做教材上給的純語言結構練習，不會用它來解決后序課程中的問題和各種實際問題。6、數字化技術是實現教學現代化的有力支撐有了現代化的教學思想和觀念，我們就能統一認識，就有了共同語言，明確了朝什么方向去改革。不過光有認識還不行，教學現代化沒有先進的技術支撐，還是一個空中樓閣。基礎物理教學內容必須要現代化是教師們的共識，但如何去具體實現卻不是一件容易的事。數學上的難度一直是基礎物理教學內容現代化的攔路虎。數字化技術的引入，可以使這一局面發生

22、根本的改變。我們多年的實踐證明，低年級學生不僅可以很快掌握數值計算、數字模擬、數字處理、數字動畫、數字作圖等技術，而且完全可以應用這些工具與技術去定量學習研究大量的量子論與非線性方面的知識和問題。我們認為：數字化技術對教學現代化的支撐具體體現在下面幾個重要方面:1）、能大大豐富基礎物理中許多可教可學的內容。在傳統的基礎物理教學內容中，許多問題過于理想化、簡單化，與科學研究和生產實踐中的實際問題相距甚遠，使不少非物理專業的學生認為學物理沒有用。 數字化技術的引入能在一定程度上拉近以上兩者之間的距離。 例如在力學的運動學部分，我們引入了小船過河的模型，河水的流速隨距岸邊距離而連續變化；在追蹤問題模

23、型中，逃跑目標的軌跡是任意設置的，追蹤的方案也是多種多樣的；在動力學部分我們指導學生處理了像彈簧連接體、耦合振子、耦合擺、彈簧擺等較復雜的動力學系統；在非線性教學中，討論了Duffing 模型和脈沖轉子隨機層結構等問題。2）、能把許多難教難學的內容變成易教易學的內容。 數字化技術通過數字模擬、數字動畫、數字作圖等形象化的表現，使學生對抽象的物理圖像與概念有了深入理解，并在形象理解的基礎上能極快地過渡到對物理公式或概念的抽象理解。3）、有利于營造素質教育和創新教育的學習環境。數字化技術的引入不僅能豐富教學內容， 同時帶來了新的教學模式，有利于營造素質教育和創新教育的學習環境。 例如:授之工具、傳

24、之方法，在教師指導下的學生自主學習模式，解析+數字化一條龍式的教學模式等等；這些新的模式能實實在在地提高學生的科學素質，培養創新思維和處理問題的實際能力。在實踐中，我們構建的解析+數字化一條龍式的教學模式有明顯的效果。 傳統教學模式在得到一個解析公式的結果后，問題就告完結。但在許多情況下，學生對這個解析結果包含的整體概念和內容細節并不清楚，特別是對一些較為復雜的解析式，有時連教師也未必真正全弄清楚了。尤其是在現代量子理論教學過程中學生可以自己編制程序研究粒子的傳播行為。通過一條龍教學模式，使學生不僅看到解析的又同時看到具體形象數字化的圖像，這無疑是數字化技術帶來的好處。在電磁學教材中，給出了一

25、個有限長直載流導線的磁場解析公式，而有限長直導線中不可能有持續電流，學生對此產生疑惑。我們利用數字化技術引導學生研究了一個載流正方形線圈的磁場分布，當學生們完成了這個作業后，才理解了有限長直導線解析公式的重要應用，在此基礎上，有的學生還獨立地求解了環形電流的磁場分布。引入各種新模式的教學，使學生的科學素質和創新能力有了極大的提高，學生用物理學中學到的思維與方法，獨立地研究了各種各樣的問題，諸如:通訊、控制、生物、化學、量子、非線性、空間物理、經濟等等。 這種局面是我們以往教學中從未出現過的。同學們異口同聲地說:物理學太重要了!盡管以上的介紹及論述只是我們本次課題研究所獲得的一些初步實踐與體會，但它足以展現數字化技術引入基礎物理教學后所產生的巨大而深刻的變化。希望能夠在教學改革和研究方面，尤其是在如何將數字化技術應用于高?；A課教學現代化方面起到一個推動作用。  成果支撐材料目錄序號成果名稱成果形式作者成果形式為教材的請注明出版社；成果形式為論文的請注明發表的期刊名稱等1CCBP教學大綱文檔張杰、江