李愛云

（棗莊學(xué)院 光電工程學(xué)院，山東 棗莊 277160）

大學(xué)物理教學(xué)方法的幾點探討

李愛云

（棗莊學(xué)院 光電工程學(xué)院，山東 棗莊 277160）

為提高大學(xué)物理的教學(xué)效果提出了幾點建議,重視微積分和矢量運(yùn)算的作用,重視物理圖景對理解公式定理的作用,重視近代物理對提高學(xué)習(xí)物理興趣的作用,同時重視學(xué)生團(tuán)隊的作用.

大學(xué)物理教學(xué)；微積分和矢量運(yùn)算；物理圖景；近代物理

大學(xué)物理是理工科學(xué)生的一門專業(yè)必修課,更是一門科學(xué)素質(zhì)課.物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科,是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo),對人類未來的科技發(fā)展將起到重大作用.物理學(xué)中體現(xiàn)的科學(xué)思維方式以及認(rèn)識論和方法論,對學(xué)生的文化修煉、素質(zhì)及能力的培養(yǎng)已起到重要的推動作用.能否學(xué)習(xí)好大學(xué)物理,不僅關(guān)系到學(xué)生的專業(yè)發(fā)展,更關(guān)系到他們的視野和思維方法.本文根據(jù)大學(xué)物理的學(xué)科特點,就如何提高教學(xué)效果提出幾點建議和方法.

1 微積分和矢量運(yùn)算在大學(xué)物理中的應(yīng)用

大學(xué)物理中許多定理規(guī)律在中學(xué)階段接觸過,但仍有很多同學(xué)反映這門課程很難.究其原因,不難發(fā)現(xiàn)這是由于中學(xué)物理中遇到的大都是常量和標(biāo)量，而大學(xué)物理中則往往是變量和矢量,與中學(xué)物理處理問題的很大不同之處在于，大學(xué)物理中更多地需要運(yùn)用到微積分和矢量運(yùn)算[1].

1.1運(yùn)用微積分思想解決實際復(fù)雜問題時,首先要幫助學(xué)生理解定積分的真正物理意義，例如要計算質(zhì)點在做變速曲線運(yùn)動的路程時，定積分符號的意義實質(zhì)上就是極限與求和符號的縮寫.處理實際問題時，要先化整為零,把它分割成無窮多個小的時間或空間的微元,然后再積零為整解決問題；其次在大學(xué)物理中會遇到許多微元,如空間上有線元,面元,體元,角元;物理過程中有時間元;物理量中有質(zhì)點的元位移、元電荷產(chǎn)生的元電場、元電勢；元電流產(chǎn)生的元磁場、元磁通量等.選擇合適的微元,會起到事半功倍的效果.如計算半圓盤的質(zhì)心rc=∫rdm/M，其中dm=σ·ds，σ為面密度，ds為面元.若半圓盤質(zhì)量均勻ds有以下(A) -(F)六種常用的選擇方法.若圓盤質(zhì)量不均勻，則應(yīng)根據(jù)面密度的分布特點選擇適當(dāng)?shù)拿嬖纾害?σ (y)時，應(yīng)如(A)圖或(B)圖選擇面元;σ=σ(x)時,應(yīng)如(A)圖或(C)圖選擇面元;σ=σ(θ)時,應(yīng)如(D)圖或(E)圖選擇面元;σ=σ(r)時,應(yīng)如(D)圖或(F)圖選擇面元.可見在大學(xué)物理中熟練掌握微元的選擇技巧非常重要.

1.2 中學(xué)階段就已掌握質(zhì)點做勻速率圓周運(yùn)動時具有向心加速度a=v2/r,大學(xué)時通過分析速度矢量的變化得到:質(zhì)點做圓周運(yùn)動時的加速度可以分解為由速度大小變化引起的切向加速度at=dv/dt和由速度方向變化引起的法向加速度an=v2/r.還有本文以下提到的萬有引力做功和動能定理的推導(dǎo),理解類似公式需要學(xué)生熟悉矢量的特點和運(yùn)算方法,需要重點強(qiáng)調(diào):矢量既有大小又有方向,矢量的變化包括大小和方向兩方面的變化.

2 重視物理圖景教學(xué),理解物理意義

大學(xué)物理中的確有許多概念和公式,但大學(xué)物理絕不是這些概念和公式的集合.如果不理解這些公式所描繪的物理世界,頭腦中沒有清晰的物理圖景,學(xué)生就不會對具體的物理現(xiàn)象和物理過程進(jìn)行具體分析,學(xué)習(xí)物理變成了枯燥的推導(dǎo)公式、套用公式的過程.這會讓學(xué)生感到學(xué)習(xí)物理是一件十分令人厭倦和艱難的事情[2].因此講授大學(xué)物理關(guān)鍵是傳授思路和方法,要盡量避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo),著重突出物理本質(zhì),描繪清晰的物理圖景.

又比如計算對稱軸與勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)平行的半球面的電通量,可以直接利用公式但結(jié)合電場強(qiáng)度通量的定義（通過電場中某一個面的電場線的數(shù)目）可以發(fā)現(xiàn)通過半球面的電通量和通過其底面的電通量相等,這就使問題得到了簡化.還有:用旋轉(zhuǎn)矢量法描述簡諧振動時,可以很方便地找到質(zhì)點的初相,判斷振動速度的方向,比較兩個同頻簡諧振動的步調(diào),以及做振動的合成等.它形象直觀,幾乎不用數(shù)學(xué)計算,顯然比公式法優(yōu)越,應(yīng)重點向?qū)W生推薦.

只要理解了公式和概念背后的物理本質(zhì),在頭腦中形成清晰的物理圖景,學(xué)生們就會發(fā)現(xiàn)物理學(xué)是一門與生產(chǎn)生活息息相關(guān)的趣味橫生的學(xué)科,而不是抽象公式的疊加.

3 近代物理是了解科學(xué)前沿的重要途徑

近年來,大學(xué)物理受重視程度逐漸降低,面對學(xué)時少、內(nèi)容多的現(xiàn)狀,再加上學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)典物理已經(jīng)很吃力,很多老師逐漸減少甚至放棄了近代物理的教學(xué).然而,近代物理學(xué)改變了人類的時空觀,是高新技術(shù)的基礎(chǔ),許多前沿課題都與近代物理有聯(lián)系.狹義相對論中基于洛倫茲變換的動尺變短,動鐘變慢等結(jié)論會讓學(xué)生感受到科學(xué)的神奇奧妙.廣義相對論中光線偏折和透鏡效應(yīng)成為探索黑洞的途徑之一,讓學(xué)生感到宇宙星辰并非遙不可及.微觀世界的法則量子力學(xué),與我們的生活息息相關(guān).波粒二象性讓學(xué)生知道了電子也具有波動性,運(yùn)動電子相應(yīng)的物質(zhì)波長比可見光的波長小三四個數(shù)量級,所以電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)比普通光學(xué)顯微鏡要大數(shù)千倍.互補(bǔ)原理和對應(yīng)理論是認(rèn)識世界探索世界的方法,也是一種哲學(xué)觀點.

講授近代物理部分,本人認(rèn)為要更多地滲透物理學(xué)史的知識,融入人文教育[3],以加深學(xué)生對物理概念和近代物理發(fā)展脈絡(luò)的理解.另外要多定性描述,少定量運(yùn)算,以減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān),保護(hù)學(xué)習(xí)興趣.總之,近代物理用時少,收效好,它可以開闊眼界,啟迪思維,引發(fā)好奇心,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,對提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)有不可替代的重要作用.

4 團(tuán)結(jié)協(xié)作，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性

在大學(xué)物理的教學(xué)過程中,應(yīng)始終以學(xué)生為主體老師為主導(dǎo).老師不應(yīng)只追求對教學(xué)內(nèi)容做詳盡的解說,而更應(yīng)創(chuàng)設(shè)探討研究的學(xué)習(xí)氛圍和問題情境,引導(dǎo)學(xué)生主動思考,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性.老師可以將一些教學(xué)內(nèi)容設(shè)計成各種形式的問題,供學(xué)生課外自學(xué)、思考和討論,鍛煉他們的自學(xué)能力;對一些還未完全定論或者有爭議的學(xué)習(xí)內(nèi)容,或物理背景知識要求學(xué)生課外查閱圖書資料或者上網(wǎng)查閱.學(xué)習(xí)進(jìn)展和結(jié)論可以小組為單位進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)或課堂匯報.分組教學(xué)可以調(diào)動學(xué)習(xí)積極性,培養(yǎng)學(xué)生與人溝通、團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力,提高學(xué)生分析和解決問題的能力,促進(jìn)全班學(xué)生的共同進(jìn)步,值得廣大老師嘗試.

總之,大學(xué)物理課程在為學(xué)生系統(tǒng)地打好必要的專業(yè)基礎(chǔ),培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀,增強(qiáng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力等方面,起著其他課程不能替代的重要作用.所以,我們應(yīng)不斷探索提高教學(xué)質(zhì)量的各種方法,讓大學(xué)物理在學(xué)生的成長過程中更好地發(fā)揮應(yīng)有的作用.

〔1〕羅興垅,羅穎.獨立學(xué)院大學(xué)物理教學(xué)研究[J].大學(xué)物理,2010,29(1):54-56.

〔2〕陳三平，謝鋼，楊奇，高勝利.如何做好一個合格的高校教師[J].聊城大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010,23(2):78-85.

〔3〕呂致遠(yuǎn).大學(xué)物理教學(xué)中融入人文教育的思路與實踐[J].大學(xué)物理,2011,30(8):55-58.

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：1673-260X（2013）01-0221-02

棗莊學(xué)院大學(xué)物理系列課程優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊資助項目(YTD11002)