陳紅葉 劉協(xié)權(quán) 趙建君 馮蒙麗

(石家莊軍械工程學(xué)院基礎(chǔ)部 河北 石家莊 050003)

作為工科各專業(yè)的公共基礎(chǔ)課——大學(xué)物理是培養(yǎng)科技人才和各類工程技術(shù)人員的基礎(chǔ).培養(yǎng)學(xué)生的物理思想和物理研究方法對(duì)創(chuàng)新意識(shí)和開拓精神是不可或缺的.可以說，在教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力和處理解決問題的能力與學(xué)會(huì)知識(shí)內(nèi)容、規(guī)律、結(jié)論等同樣重要.課堂上，對(duì)理論內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程就是這種能力的養(yǎng)成過程.若教學(xué)過程中，教師能夠加以啟發(fā)引領(lǐng)，必然能夠達(dá)到更為理想的教學(xué)效果．將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間經(jīng)常進(jìn)行聯(lián)系與比較，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和把握會(huì)有很大的幫助．下面，我們就比較法在物理教學(xué)中的應(yīng)用作一簡(jiǎn)單介紹．

1 概念和規(guī)律的類比

教學(xué)過程中，我們注意了利用已有概念引出新概念，通過和已掌握的概念的對(duì)比，使得對(duì)新概念易于理解和接受，進(jìn)而能順利地應(yīng)用新概念解決問題．

1.1 力學(xué)部分

牛頓定律作為經(jīng)典力學(xué)的基石，決定了物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其后續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的預(yù)測(cè)．動(dòng)量、動(dòng)能、角動(dòng)量等概念和相關(guān)規(guī)律都可以視為該定律的引伸和擴(kuò)展．力學(xué)教學(xué)中，很多概念可以通過類比理解其內(nèi)涵．

例如：m表示質(zhì)量，對(duì)質(zhì)點(diǎn)即是慣性的量度，v則是速度，a是加速度；J是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，衡量物體轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性大小，ω是轉(zhuǎn)動(dòng)速度，β是轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度．

動(dòng)量p=mv用來衡量平動(dòng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度；角動(dòng)量L=Jω用以衡量轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度．

力F=ma是平動(dòng)慣性大小與(平動(dòng))加速度的乘積；力矩M=Jβ是轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大小與(轉(zhuǎn)動(dòng))加速度的乘積．

力學(xué)中，平動(dòng)與定軸轉(zhuǎn)動(dòng)可相比較的概念和規(guī)律還有很多．不難看出運(yùn)動(dòng)規(guī)律的外在表現(xiàn)形式雖有上述的平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)之分，但卻沒有本質(zhì)的差別．通過比較來學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)比較難以接受的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)容時(shí)，更容易理解問題的物理內(nèi)涵和本質(zhì)，從而使新的學(xué)習(xí)內(nèi)容更順利進(jìn)行．

1.2 電磁學(xué)部分

電學(xué)和磁學(xué)雖然關(guān)系密切，都以場(chǎng)的形式存在，都是空間和時(shí)間的函數(shù)，都具有可入性和疊加性，但由于靜電場(chǎng)的源是靜止的電荷元，而恒定磁場(chǎng)的源是運(yùn)動(dòng)的電荷或電流元，所以使得磁場(chǎng)的學(xué)習(xí)較電場(chǎng)不易理解．如果注意其相關(guān)的概念和規(guī)律之間的頗多相似之處，便可以對(duì)磁場(chǎng)內(nèi)容理解得更深入更透徹、掌握得更好，使教的過程和學(xué)的過程同步受益．

例如：介電常量描述材料本身性質(zhì)對(duì)電場(chǎng)影響，磁導(dǎo)率描述材料本身性質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)影響．

利用電場(chǎng)的疊加原理求電場(chǎng)分布的方法是

利用磁場(chǎng)的疊加原理求磁場(chǎng)分布的方法與之異曲同工，即

此外，電場(chǎng)的高斯定理、環(huán)路定理、能量密度、介質(zhì)中電場(chǎng)等概念無一不與磁場(chǎng)中的對(duì)應(yīng)概念十分形似．

2 比較不同模塊的內(nèi)容

大學(xué)物理的內(nèi)容包括：力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)和原子物理五個(gè)主要部分．其中力學(xué)部分處理了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的內(nèi)容；熱學(xué)則從宏觀和微觀兩個(gè)角度解釋了熱現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律；光學(xué)以光的電磁特性為起點(diǎn)，依據(jù)波的特性處理了波動(dòng)光學(xué)內(nèi)容；電磁學(xué)研究了電磁運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及場(chǎng)與物質(zhì)的相互作用．除去研究?jī)?nèi)容的不同，使用領(lǐng)域的差異，大學(xué)物理中的內(nèi)容還有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是基于其學(xué)科的基礎(chǔ)性，內(nèi)容安排主要是各部分的入門知識(shí)，研究?jī)?nèi)容大多是依據(jù)一些理想化的模型．這些理想的模型只突出主要特征而忽略了問題的次要矛盾，相對(duì)于真實(shí)具體的問題.若對(duì)理想模型的研究抓住了本質(zhì)規(guī)律便可降低學(xué)習(xí)難度．將這些理想模型在學(xué)習(xí)之初作橫向?qū)Ρ嚷?lián)系，有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)信心、提升學(xué)習(xí)興趣、從宏觀上把握知識(shí)體系、甚至提供研究的思路．下面給出大學(xué)物理各部分的理想化的模型．

質(zhì)點(diǎn)：只有質(zhì)量沒有大小，體積為數(shù)學(xué)上的點(diǎn)．

剛體：形狀永不發(fā)生變化的物體．

簡(jiǎn)諧振動(dòng)：理想化的運(yùn)動(dòng)方式，受線性恢復(fù)力作用，能量不發(fā)生衰減．

平面簡(jiǎn)諧波：最簡(jiǎn)單、最基本的行波，各質(zhì)點(diǎn)均做簡(jiǎn)諧振動(dòng)．

理想氣體模型：忽略氣體分子間的相互作用.

點(diǎn)電荷：只有電荷沒有大小和體積為數(shù)學(xué)上的點(diǎn).

3 數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用的比較

大學(xué)物理中，數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用最多的是矢量運(yùn)算與微積分知識(shí)．把握數(shù)學(xué)背后的物理意義含義，對(duì)各個(gè)物理量的認(rèn)識(shí)理解無疑有很大好處．

位移、速度、加速度、力、動(dòng)量、力矩、角動(dòng)量、沖量、電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感強(qiáng)度等都是矢量，都既有大小又有方向，可以在各個(gè)坐標(biāo)系中進(jìn)行合成與分解．使得教學(xué)中的難點(diǎn)，如簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成、波的干涉、電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感強(qiáng)度等的計(jì)算更易于理解和接受．

微積分是貫穿整個(gè)大學(xué)物理中的數(shù)學(xué)手段，在力學(xué)、熱學(xué)和電磁學(xué)中應(yīng)用比較多．尤其是在電磁學(xué)中，應(yīng)用電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理求電場(chǎng)強(qiáng)度和應(yīng)用磁感強(qiáng)度的疊加原理求磁感強(qiáng)度的思路方法非常相似．不僅解題思路的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相似，而且對(duì)微元的選取也有很好的一致性.在學(xué)習(xí)完靜電場(chǎng)后對(duì)恒定磁場(chǎng)的繼續(xù)學(xué)習(xí)有非常好的參考價(jià)值．

4 結(jié)論

物理教學(xué)不是對(duì)概念描述的文字堆砌，也不是枯燥乏味的公式方程.物理學(xué)理論是自然奧秘表現(xiàn)形式的一種，品味物理的樂趣，體現(xiàn)在對(duì)物理學(xué)美感的欣賞上.物理教學(xué)能夠出于簡(jiǎn)單而歸于深?yuàn)W，是物理學(xué)知識(shí)普及的一個(gè)更高的境界.對(duì)物理教學(xué)要達(dá)到的目標(biāo)與追求，比較的方法是一條捷徑．