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大学物理系通识课种类研究

发表时间:2018/4/15 7:54:26 文章来源:必赢亚洲教育网

摘要:通识教育是一种通过课程设置传播教育思想、教育理念,体现教育境界的一种人才培养模式,目的是培养学生自由、和谐、全面的发展。高等教育不能仅强调专业教育,应该做到与通识教育相结合,提供适应于社会发展的教育模式。新加坡国立大学致力于成为立足亚洲、影响世界的大学。先进的教学理念为学生提供全方位的综合性教育,使其一跃成为亚洲排名第一的高等学府。

关键词:通识课程;高等教育;新加坡

国立大学新加坡独立于1965年,从一个贫穷落后的小岛一跃成为人均收入超过5万美元的新兴发达国家。新加坡以政局稳定,政府廉洁高效,城市干净整洁,国民素质高尚而著称,而新加坡的高等教育是决定以上因素的根本原因。作为新加坡最著名的高等学府,新加坡国立大学的办学模式代表新加坡高等教育的发展趋势。政府的高度重视、充足的教育经费、一流的师资力量、国际化的发展战略、科研与教学并重、问责制度的实施等一系列举措使新加坡国立大学在2014年的QS全球大学排名中雄踞亚洲榜首,位列世界第22名。笔者有幸在2013年8月-2014年8月访问新加坡国立大学,期间对于它在人才培养模式方面深有感触。一个优秀的大学不仅要培养具有高素质的专业人才,还要让学生具备独立思考且对不同的学科有所认识以至能将不同的知识融会贯通的能力。下面介绍新加坡国立大学物理系开设的通识课程,以便我们及时了解国外的先进教学理念。

一、新加坡国立大学关于通识课的定位

与其他类型的课程相比,通识课主要有两个显著特征。一方面,通识课中获得的知识或能力不是满足于某个特殊领域或专业的需求,而是保证凡是受过教育的人都可以获得的通用的知识和能力。另一方面,通识课的目的在于向学生输送更高品质的心智教育,而不是有助于事业成功的实用性的知识和能力。我们虽然希望训练有素的科学家、医生、历史学家、工程师和律师在专业领域表现优秀,但我们更希望受过专业教育的科学家、医生、历史学家、工程师和律师能够关注大众讨论的问题,有学术素养地阅读《经济学》《科学美国人》《泰晤士报文学副刊》,与来自不同文化背景的人积极讨论并能够评估报纸上文章的言论。通识课既强调知识的拓展又强调培养学生批判的创造性思维。渊博知识的获取能够让学生发现不同领域之间的关联。知识的获取过程以及在各自领域的作用将有助于培养学生具有批判地分析从未预料到的问题的能力,创造性地提出解决这些问题的方案。

二、开设通识课种类

新加坡国立大学开设的通选课大致可以分为四类:第一类是普及物理思想,向学生展示物理原理的伟大之处;第二类是探讨物理与其他学科之间的联系,发现各种现象背后隐藏的物理原理;第三类是以科学的角度介绍最新发展的科技以及新材料的运用;第四类是让学生以全球化的视角了解世界目前面临的一系列问题,提出潜在的解决方案。下面是对这四类课程的简要介绍。1.普及物理思想(1)Einstein’sUniverseandQuantumWeirdness(爱因斯坦的宇宙与神秘的量子世界)课程简要介绍现代物理学中两个最重要的进展:相对论与量子理论,涉及内容包括绝对时空与相对时空的概念、孪生佯谬、黑洞与虫洞、物质的波粒二象性、海森堡不确定性原理、薛定谔猫、构成物质的最基本粒子、大统一理论与超弦理论以及如何将这些理论运用到未来的科技中。该课程只面向非物理专业的学生,通过与熟悉的事物做类比和对比强调物理概念而忽略具体技术细节。(2)GreatIdeasinContemporaryPhysics(当代伟大的物理思想)开设此类课程的目的在于使学生了解当代伟大的物理思想并会说明这些思想的由来以及如何帮助我们了解自然界的本质、如何改变了我们的世界。涉及主题包括:光的量子理论,物质波,波粒二象性,不确定性原理,量子力学的进展,爱因斯坦狭义相对论和广义相对论,四大基本力学,统一场,亚核粒子,裂变和聚变,宇宙大爆炸理论,星系的演化,黑洞和基于物理学的一些现代技术,如激光、半导体和超导体。物理学专业学生以外的学生可以选择该课程。(3)ABriefHistoryofScience(科学简史)我们现在很容易认为一些基本的科学法则和理论是理所当然的,如牛顿的万有引力定律。正因为如此,许多在当时看来具有突破性的理论对社会产生的影响常常被忽略掉,甚至学生不清楚现代物理概念是如何被提出的,不明白这些概念对当时产生的影响以及他们是如何改变了世界。本课程的目的是解释科学发展的历史以及科学对社会产生的意义,同时还会说明世界为何会发展为我们今天看到的样子。(4)PhysicalQuestionsfromEverydayLife(日常遇到的物理问题)课程主要目的是激发学生的想象力,让他们意识到大自然中存在的许多奇迹,要认真地对待日常生活中看似平凡的事件。该课程首先从学生日常生活遇到的问题开始,在回答这些问题的过程中直观地发现一些自然界的本质规律。涉及内容包括:太阳光是什么,乐为什么动听,什么钢很硬、璃却很脆,是波还是粒子。课程只针对具有优秀物理成绩的学生开设。2.探索物理与其他学科的关系(1)ScienceofMusic(音乐中的科学)课程向学生介绍音乐中蕴含的科学原理,内容包括声学、音调与音乐、震动、频率与音高、音程与数学比率、震动的弦与音程、音阶的构建、音乐器件及他们的波形、谐波、音质、弦乐器与管乐器、钢琴及其技术、平台式钢琴和立式钢琴、电子琴、电子音乐、MIDI系统、MIDI信号、音乐和调频的合成、数字化与采样、数字音乐的制作。(2)PhysicsinLifeSciences(生命科学中的物理)课程开设目的是建立人类生命活动和基本的物理知识之间的联系,涉及内容包括:在我们的生态系统中能量是怎样转换的,我们身体里的材料如何运送,我们的眼睛是如何工作的,我们为何需要确定蛋白质的结构,物膜是怎样形成的,骼和牙齿是怎么形成的,为什么发生龋齿,为什么有些植物、昆虫和鱼类能够在寒冷的冬季生存。课程的授课对象为所有对生命科学物理原理感兴趣的非物理专业学生。(3)TheArtofScience,TheScienceofArt(科学与艺术)人们通常认为科学世界与艺术世界是无关的,一个代表逻辑的真理,一个代表情感的想象。然而科学与艺术确有许多共同之处。科学引起了艺术表现形式的转变,同时艺术被用于工程设计和传播科学知识。该课程使学生了解到与雕塑、绘画、摄影、摄像有关的材料和技术的使用;利用颜色、光线和透视呈现三维图像;利用技术确定艺术品的年代及归属;利用视觉艺术进行科学设计,目的在于能够为阐述科学概念和工程设计提供一些艺术手法。3.介绍新材料与新技术(1)IntroductiontotheNanoworld(纳米科学导论)纳米科学与技术的本质是能够做到在分子尺度上对物质进行观测并对其操纵。当物体的尺度处于一纳米到几百纳米之间时,它们会体现崭新的力学、电学、光学、化学以及生物学的属性。纳米科学是整合物理学、化学、材料科学、生物学和工程学的全新科学领域。该课程旨在让学生熟悉纳米技术并对人们感到好奇的问题进行解答,如纳米尺度的重要性是什么,用什么技术测量以及如何制造纳米尺度的物体,纳米仪器与纳米材料如何改变我们未来的生活。只要对纳米科学与纳米技术感兴趣,所有学院的学生都可以选择该课程。(2)ComputationandMachine:AncienttoModern(计算与机器:从远古到现代)为什么电脑无处不在?在科学探索过程中电脑起到了怎样的作用?在数字电子计算机发明之前世界是如何运转的?该课程展示从古代的直尺和圆规、算盘、机械计算器时代,一直到现代电子数字计算机的发展历程。学生将会了解古希腊、罗马时代、中国和阿拉伯文化关于计算的方法。对于现代的数码时代,我们会探讨计算机的计算原理、算法以及采用二进制的原因,最后我们会展望未来量子计算机所要扮演的角色。4.关注全球化问题(1)HowtheOceanWorks(海洋的作用)地球表面的71%由水覆盖。这对人类的进化产生深远影响并将继续塑造我们的未来。海啸和飓风、全球变暖、气候变化、碳循环等一系列问题迫使人们意识到了解海洋在全球范围的作用是十分必要的。通过此课程,学生将会了解各种与海洋有关的现象和特征,如海啸、潮汐、海流、风暴等;海洋是如何影响我们生活的(天气,气候,食物源等);过去几十年发展的关于探索海洋机制的科学理论以及控制并开发海洋的一些尝试(如能源保护,海事工程)。除了使学生了解海洋的作用外,该课程更重要的目的是为脆弱的环境和宝贵的水资源提供可持续发展的决策。(2)CleanEnergyandStorage(清洁能源与存储)现代文明一方面吹嘘已掌握亚原子的行为,另一方面却面临能源紧缺与全球变暖的问题。如何应对这些挑战已迫在眉睫。本课程将介绍目前面临的全球能源危机以及清洁能源和能源存储设备的作用。除了各种能量处理法则,强调科学界所做的贡献。内容包括:目前的能源情况、太阳能、光伏电池、核能源、海洋能、潮汐能、海洋热能转换、风能、生物质能、燃料电池、氢的世界、锂离子电池。

三、通识课程在本科教育中的地位

新加坡国立大学规定本科生取得学士学位最低要获得120学分,其中包括两门通识课程8学分(每门4学分),即通识课程在学生整个本科教育过程中所占比重为1/15。我们不能由此轻易地认为通识教育不重要,首先,一门通识课程的学分与一门专业课程是相同的,它们具有相同地位;其次,通识课程能够帮助学生开阔视野,加强学科间交流,有助于学生的多方面发展。目前,通识课程并不是培养人才的唯一途径,但至少我们可以看到它的作用是积极的。见微知著,单单物理系就为通识教育开设十余门课程,我们不得不对新加坡国立大学用心的课程设置表示赞叹,同时希望对我校物理系开设的通识课程具有借鉴作用。

参考文献:

[1]沙红.新加坡高等教育:经验与借鉴[J].教育发展研究,2006

[2]牛欣欣,洪成文.“入世”后新加坡高等教育发展的实践探索[J].比较教育研究,2005

[3]王喜娟.新加坡高等教育问责制研究[J].高教探索,2013

作者:邵晓强 单位:东北师范大学物理学院


       
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