［論文關鍵詞］非線性 教學改革 教學質量
［論文摘要］文章通過對非線性物理在理工科本科教學中的現狀及存在的問題進行了分析，探討了非線性物理的教學改革與實踐，以提高非線性物理的教學質量。
非線性物理是大學物理的一個重要組成部分，而大學物理是所有理工科學生必修的一門基礎課程。非線性物理作為非線性科學最基本、最重要的現代知識，它是自然界普遍存在的非線性現象和規律，是人們對世界認識的提高和發展。非線性物理知識點跨度大，而且由於我國人才培養目標和教學改革的需要，非線性物理內容在大學物中佔的比例呈增大趨勢。連續幾年的高校擴大招生計劃的實施，使得高校裡理工科學生的素質差距拉大，甚至出現整體基礎水平偏低的情況。總之，種種原因，致使學生們在學習非線性物理時倍感吃力，困難重重。為了適應我國教學改革的需要和高校學生現狀，有效地解決教學過程中出現的問題，需要對非線性物理的教學方法和教學手段進行改革，以及不斷探索與改進教材建設、課堂教學安排等。本文通過對目前非線性物理教學現狀的分析和探討，結合教學改革的實踐，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、非線性物理教學的現狀
為適應現代科技的發展，使理工科本科生具備深厚理論基礎和開拓創新能力，提高學生的科學素質，非線性物理作為大學物理學的重要內容，在大學物理學教學改革中，增加或體現非線性物理的內容已成為專家學者們的共識。為此，許多專家學者做了積極嘗試，促進了非線性物理教學的發展，但目前非線性物理教學仍然存在一些問題：
1.在教學安排上，出現“無”或“少”。目前，在新一輪課程內容改革中，為了體現實踐性與應用性，理工科專業的大學物理課，學時一減再減，而大學物理學所涉及的內容多，給非線性物理學和關於物理學前沿的講授帶來很大的衝擊。其結果是造成在教學實踐中有關非線性物理學和物理學前沿的知識少講或不講。
2.在內容介紹上，出現“一多、三少”。在許多教材中，介紹非線性物理現象多，這得益於自然界的本質和典型的特徵是非線性的。混沌作為非線性物理的一部分，則是一切對初值敏感的非線性系統共有的特徵和行為，費根鮑姆常數是混沌具有普適性的標誌。混沌運動作為自然界中一種典型的運動形式，有著自己的規律和特徵，有別於線性的規則運動和系統的隨機運動，有著自己的規律和特徵，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，在非線性物理內容講授上，有關非線性物理現象的介紹，特別是有關混沌的發現、發展以及混沌基本理論的部分多。
介紹非線性物理控制的內容少。非線性物理控制——混沌控制與同步，經過十幾年的研究與發展，建立了眾多的控制方法，其中一些在實際應用中已取得顯著的效果。但是，由於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，講授所用的時間多，學生難理解等，因此，在教學實踐中就出現了對於這部分內容講授少或避而不談的現象，使得一部分學生只知道自然界中存在非線性物理現象，而不瞭解非線性物理現象還可以控制與同步，形成“非線性就是無益”或“非線性等同於混亂”的不好理念。
介紹非線性物理的應用少。研究非線性物理的目的就是利用它為人類服務，但這些非線性物理應用技術還處於實驗室階段，沒有形成相應的產品，這就給介紹非線性物理應用帶來極大的困難，因此，出現少講授非線性物理應用或不講的現象。
非線性物理現象課堂教學的演示少。非線性物理控制理論研究的物件是非線性複雜系統，而描述非線性系統的數學工具是非線性方程，即研究非線性物理及高深的數學新概念。在非線性物理教學中，難以用實物實驗來進行教學演示，加上講授課時的限制，往往非線性物理現象課堂教學演示就被忽略了。
3.教材建設滯後。對眾多非線性物理教材研究分析後我們發現，當前很難找到一本較適合本科用的非線性物理教學專用的專門教材，更不用說理工科專用的教材了。目前，非線性物理內容往往只是作為一小部分編入大學物理學教材中，且居從屬地位。通過對理工科大學物理教材的學習和比較分析發現：一部分教材沒有把非線性物理作為大學物理學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的課後閱讀納入教材中。從目前非線性物理教材的建設看，不利於非線性物理的教學、普及，也不利於該學科的發展。
4.在非線性物理實驗教學中，出現“無”或“仿”。物理學是一門實驗科學，非線性物理實驗教學的目的不僅是讓學生掌握科學實驗的基本知識、方法和技能，更重要的是使學生可以觸控到這個非線性科學的重要分支，讓學生了解這一“確定性和不確定性統一”的現象，理解非線性物理等混沌的內涵，激發學生學習非線性物理的興趣，使之知非線性物理、知混沌，並使用它來解決工作生活中的問題。由於非線性物理實驗，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，一些本科院校大學物理實驗教學中，沒有非線性物理實驗，使學生無法驗證非線性物理存在的真偽，更談不上理解非線性物理的特徵。更多的院校是利用EDA軟體開出了模擬實驗，這雖有助於學生對非線性物理現象的瞭解，但這種瞭解也只是停留在顯示器上而已。
二、非線性物理教學的思考與實踐
為培養高階科學技術人才，參與國際競爭，適應新世紀對人才的需求，在大學物理中增加非線性物理內容，是已形成共識的符合學科發展需要的必然趨勢，更高層次地講授非線性物理是大學物理學課程應盡的義務和職責，也是大學生科學素質養成的客觀需要。但是，從以上非線性物理教學現狀分析來看，非線性物理教學仍是一個需要不斷完善與加強的過程。根據多年的教學經驗和研究結果，筆者認為，要改變當前非線性物理教學中存在的問題，要做到以下幾點：
1.重視非線性物理教材建設。非線性物理教學的開展，最基本的參考材料就是教材。教材是教學內容和教學方法的載體，是教學的基本工具，是培養人才的基礎和方向。課堂教學過程是一個互動的過程，是將教師傳授知識、思想、方法與學生的分析、歸納、抽象等各方面能力的訓練進行整合的過程。要把混沌的基本內容、基本規律、思想方法傳授給學生，沒有適合的教材做基礎，是難以實現的。同時，有了教材，基礎較好、能力強、感興趣的學生可以在課餘時間進行深入的學習和研究。因此，建設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物理學教材，是推動非線性物理學科教學與發展的關鍵，也是推動非線性物理在各方面應用的關鍵。