如何上好大學物理第一堂課

余龍寶

（合肥師范學院 物理與電子工程系，安徽 合肥 230601）

如何上好大學物理第一堂課

余龍寶

（合肥師范學院 物理與電子工程系，安徽 合肥 230601）

為實現大學物理課程“培養和提高學生的科學素質，提高學生對物理知識的應用能力”的教學目標，響應地方大學應用型人才培養的號召，我們以如何上好大學物理第一課為切入點，簡析如何通過激發學生的學習興趣，調動學生的學習主動性，來培養學生的創新思維和自主探究能力，從而切實提升學生的物理素養，最終實現應用型人才的培養目標。

大學物理；課堂教學；物理學發展史；應用型

大學物理是理工科類的一門必修的基礎課程［1－2］，通過本課程的學習，使大學生熟悉自然界物質的結構、性質、相互作用及其運動的基本規律，為后續基礎與專業課程的學習及進一步獲取相關知識奠定必要的物理基礎。近年來，以現代教育理念為指導，面向“應用型人才”的培養定位［3］，修訂了教學大綱，研究了課程體系、整合教學內容，進行了教學過程、教學方法與手段的改革與實踐，很大程度上給教學過程帶來了方便，也提高了教學效率和效果。然而，大學物理與中學物理有著很大的區別，主要在于應用高等數學的方法，從根本的假設出發，推導出物理的基本規律和原理。因此，這門學科的理論性強，邏輯思維嚴密，除了物理實驗之外，理論部分主要是物理分析和數學推導，這讓大多數同學感到枯燥而難懂，缺少趣味性。因此在大學物理的課堂上，對有經驗的教師來說，都不會照本宣科，需要準備大量的課外材料，如有關物理發展史［4］，積極培養大學生熱愛大學物理這門課程。

針對如何學好物理的困惑，這里我們將以大學物理第一堂課為例來看教學過程中教師所必備的新理念，首先，教師需要認識到大學物理的重要性，了解物理的發展歷程，在課堂上多講解物理學家的故事和物理的趣聞，增強學生的學習興趣。其次，教師還需要全面把握物理的學習內容，注重知識的更新，注重知識的整體性，讓學生清楚地認識到大學物理主要學習什么，激發他們主動地、自發性地探索物理本質，培養學生創新思維和意識［5］，這樣他們在學習過程中才能真正的感覺到學習的快樂，才能愿意主動地去學習。最后，我們教師需要培養學生的學習方法和技巧，讓他們明白如何去學習基本知識和原理，如何把握物理中的規律。下面將從這三個方面詳細地分析如何培養學生的學習興趣，特別是如何上好大學物理的第一堂課。

1 為什么學習大學物理

1．1 物理學是一切工程技術的重要支柱

眾所周知，科學是不斷發展、進步的，物理學也是不斷更新和完善的。到目前為止，物理學經歷了五次大的理論綜合。物理與工程發展是內在聯系的，是認識和改造自然世界的有力武器，實踐證明，對科學技術起著推動的作用，甚至使整個人類社會和文明發生了根本性的變革。古代人認為上帝創造了大自然，但隨著文明的進步，人類不斷糾正著過去錯誤的認識，人類發明現代化的工具，改變我們的世界，給人類社會帶來了極大地發展，也讓我們越來越清楚地認識到世界的本質。在探索物質本質的過程中，偉大的發現首先要歸功于數學的發展，通過數學符號歸納出規律和本質。這導致了物理是最早從自然哲學中劃分出來的一門獨立學科。整個物理學包括古代物理學、經典物理學、以及現代物理學，這條歷史長河在向前流淌的過程中已經完成了五次歷史大綜合，形成了瑰麗奪目的物理學思想和理論，造就了一批批杰出的物理學家。同時，物理學的五次大綜合也折射出了社會的發展歷程：

（1）第一次物理學史上的大綜合，誕生了牛頓的經典力學。牛頓在伽利略、開普勒等人的基礎上把物體運動規律歸結為三條基本的運動定律和一條萬有引力定律，把過去一向以為截然無關的地上物體和天體運動規律統一起來，并且運用自己發明的數學理論微積分創立了完整的經典力學體系，完成了物理學歷史上的第一次大綜合。1685年，43歲的牛頓出版了《自然哲學的數學原理》一書，將自己的研究成果在該書中進行了完整的闡述，建立了經典力學，從而開辟了經典物理學的先河。

（2）第二次物理學的大綜合，確立了能量轉化和守恒定律。通過焦耳、邁爾、亥姆霍茲、克勞修斯等一大批物理學家的共同努力，導致了熱力學第一、第二定律的發現，特別是能量轉化和守恒定律的建立，揭示了熱、機械、電化學等各種運動形式之間的相互聯系和相互轉化的關系，從而實現了物理學的第二次大綜合。這次大綜合不僅由第一次動力革命而來，而且還直接引起了18世紀的工業革命，帶來了生產力的巨大發展和社會領域的重大變革。

（3）第三次物理學的大綜合和統一電磁場理論的確立。19世紀60年代，麥克斯韋把從庫侖定律開始一直到法拉弟電磁感應定律等所有的電磁學理論系統進行系統的歸納和總結，在此基礎上提出了聯系電荷、電流、電場和磁場的4個偏微分方程組。他提出了位移電流的假設，認為不僅傳導電流產生磁場，而且空間電場的變化也會產生磁場；同樣，變化的磁場不僅在導體上產生感應電流，也會在空間產生電場。即變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場，電場和磁場的相互轉化產生電磁波。在這個理論的基礎上他推導出電磁波在真空中的速度與光在真空中的速度相等，在此啟發下，麥克斯韋又提出光的電磁場理論，即光是頻率介于某一范圍內的電磁波。在這個意義上，麥克斯韋把電磁、光現象的本質統一起來了，完成了物理學的第三次大綜合。應該說第三次物理學理論的大綜合對人類社會的影響是非常深遠的，它直接導致了第二次動力革命。

（4）第四次物理學理論大綜合與愛因斯坦的相對論。愛因斯坦提出了“一切物理定律在所有的慣性系中其形式保持不變的狹義相對性原理”和“引力場同參照系的相當的加速度在物理上完全等價”的廣義等效原理，把物質和運動、時間和空間進一步統一起來，把物體的物理本質和時空的幾何描述統一起來，完成了物理學的第四次大綜合。

（5）第五次物理學理論大綜合與量子力學。在普朗克量子學說的基礎上，以愛因斯坦光量子理論為先導，1924年法國物理學家德布羅意提出和發展了波粒二象性的思想，提出了物質波的假設，指出一切物質微粒都像光一樣，既有粒子性，又有波動性，從而建立了量子力學。自此，人們對物理學世界的認識實現了由宏觀領域到微觀領域的飛躍，描述宏觀現象的牛頓力學成了量子力學的一種極限情況，這是物理學理論的又一次大綜合，從而開辟了現代物理學的發展和現代技術的革新，給世界帶來了翻天覆地的變化。

1．2 物理學是自然科學和技術科學的理論基礎

隨著科學體系的不斷擴展，理論和方法不斷滲透，各種分支學科、邊緣學科和應用學科也應運而生。例如，力學分為：流體力學、固體力學、結構力學和空氣動力學等，熱學分為：熱動力學、傳導熱學和工程熱力學等，電磁學分為電機學、電子學、電力學和無線電學等，光學分為應用幾何光學、干涉計量學和非線性光學等，近代物理學分為：相對論、激光物理學、半導體物理、等離子體物理、超導物理、高能物理等學科。而且物理學更是滲透到其他學科，如天文學、宇宙學、化學和生物學等，形成了更多的交叉學科。這些學科都是源于物理學的五大綜合理論基礎，根據技術的需要向各自領域不斷發展和滲透，從而形成了現今強大的科學體系。因此，作為理工科的學生，在學習大學課程之中，大學物理是一門必修的基礎課，也只有在充分理解和掌握了一定的物理規律和基礎知識，學會處理問題的科學方法，才能學好后續的專業課程和技能。

1．3 物理學是創新思想的源泉

創新是以新思維、新發明和新描述為特征的一種概念化過程。由于物理學具有普遍性、基本性和科學性，所以物理學在自然科學中具有特殊的地位，特別是物理學研究過程中的創新思想。任何科學的發展都是來源于人類的不斷創新和嘗試，在現代社會的變革中，科技創新是社會生產力發展的動力源泉。我們常說的科技創新主要是在科學技術領域的創新，表現在自然科學知識的新發現、技術工藝的創新。然而任何的創新都需要基本的知識和原理，以及科學的思維方法。因此，大學物理不僅要求學生掌握物理學中的基本知識和根本原理，更是要培養學生提出問題、思考問題和解決問題的思維意識，培養學生應用新的方法、新的技術來處理科學中遇到的各種問題。

2 大學物理需要學些什么

物理學是研究物質結構及其相互作用的關系，除了學習必要的基本理論之外，大學生還需要掌握最基本的物理規律才是最終目標。以下是學生在學習物理過程中需認真對待的兩個個方面：

2．1 研究物質運動的最基本、最普遍的規律

物理學的研究對象是整個世界，而世界是物質的，實物和場都是客觀存在的物質。根據物質的空間尺度大小，我們可以將世界分為三個大層次：宇觀世界、宏觀世界和微觀世界。物理學研究的范圍非常之廣泛，在空間尺度上從宇觀的1027m到微觀的10－15m，在時間尺度上從宇宙的壽命1018s到微觀的射線壽命10－15s。大千世界，物質所表現的形態形形色色、千姿百態，而物理學正是要在這五彩斑斕的繽紛世界中尋找最基本、最普遍的規律，從牛頓的經典力學到愛因斯坦的廣義相對論，人類逐漸發掘更深層次、更基本的物質本質，也不斷更新了人們的認知形態，例如從地心說到現今的宇宙學，從絕對的時空論到相對的時空觀，最終建立時間與空間是相互聯系的統一理論。

2．2 學習辯證唯物主義的科學世界觀

通常，認識事物本質需要一個過程，從觀察事物的外在表現，到基本規律的發現，再到實踐論證理論的合理性。所以，物理體系的建立也是需要通過這樣嚴謹的認識過程，從基本現象的總結，到實驗室簡化的模擬，再到抽象規律的認識，從而做出基本假設，最后得出了基本原理和規律。因此所有理論都是有一定的局限性，來源于一定范圍內的事實，也只適用解釋這個范圍內的現象，而超出一定的范圍就可能成為謬論。然而，在尋找最普遍的物理規律時，必須應用辯證唯物主義的思維方法，從雜亂無章的實驗數據中提煉出根本的依據，才能歸納出最為基本的規律，特別要注意抓住事物之間內在聯系與相互關聯，如實驗中發現電磁波的速度為光速，從而認識到光就是電磁波的本質。

3 怎樣學好大學物理

3．1 提高認識能力，增強學習的積極性和主動性

興趣是最好的老師，在物理教學過程中，教師首先要掌握學生進入適宜的學習狀態，特別重要的是創設一個最佳的物理教學情景，使學生在心理上、生理上、情緒上產生積極的效應。其次，課堂上的教學內容需要有吸引學生注意力的亮點，主要是教師應用知識本身的魅力和探求真理的樂趣來吸引學生，培養他們的學習興趣。激發學生學習興趣之后，需要積極培養他們的學習方法，避免盲目地學習，設法提高學習效率，盡量在有限的時間內高效地掌握學習要領和重點知識。

3．2 弄清物理概念和物理量的準確含義

整體性是系統科學中的一個基本概念，是系統最基本的、最重要的性質。整體性表明，不僅應該發揮系統中各要素的功能，更重要的是要發揮各要素相互聯系形成結構的新的功能。學生在學習過程中要善于總結，善于提煉出重點內容，才能更系統地、更完整地掌握物理中的基本規律，才能真正領會到學習大學物理的意義。

3．3 學好數學，注意物理規律的數學表述

物理學思想與方法的教學比傳授物理學知識本身更為重要。大學物理主要應用到微積分與矢量分析法，是學生感覺最難的方法。為使學生能更好地掌握學習方法，我始終以一條主線——引導學生建立“微元”的概念，將“微元”融會貫通到整個大學物理課程的教學中，以注重物理模型的建立和數學思維的訓練。

3．4 認真做好實驗，獨立完成作業

大學物理實驗課是對大學物理的理論學習提供了一個重要的驗證平臺，是理工科學生進入大學后最先接觸的對其進行科學實驗基本訓練的一門基礎必修課。而實驗教學對于提高學生的綜合素質、培養學生的創新精神與實踐能力具有不可或缺的作用。在實驗學習的過程中要提高學生分析問題和解決問題的能力，做到理論與實踐相結合，主動地發現問題、提出問題和解決問題。此外，教師還需積極營造一個最佳的學習物理氛圍，課堂上學生能夠認真聽講，積極主動回答提問，課后能夠獨立完成作業。

總之，基于高等教育的“應用性”本科人才的培養目標，以及大學物理課程體系的教學改革，我們要努力創新大學物理課堂教學，培養學生創新意識和邏輯思維能力。身處其中的大學物理老師應從大學物理的第一堂課開始，在充分發揮正確引導作用的同時，要最大限度地激發學生的學習興趣，從而實現學生創新精神、創新思想和創新能力的培養與提高。

［1］ 廖旭，任學藻，周自剛．大學物理課程教學的改革與實踐［J］．西南科技大學《高教研究》，2007（1）：63-65．

［2］ 陳紅霞．大學物理教學的思考與改革［J］．林區教學，2011（5）：114-116．

［3］ 曾慶光，王憶，朱慧群．應用型人才培養模式下的大學物理教學改革［J］．時代教育，2011（5）：36-40．

［4］ 張曉森，孟影．大學物理教學中引入物理學史的研究［J］．物理通報，2011（1）：6-8．

［5］ 譚朝陽．創新大學物理課堂教學的新思路［J］．科技教育創新，2011（2）：208-209．

On Importance of the First Class of College Physics

YU Long-bao（Department of Physics and Electronic Engineering，Hefei Normal University，Hefei 230061，China）

In an attempt to achieve the teaching aims of College Physics：to cultivate and enhance students’scientific literacy，and to improve their practical ability to apply physical knowledge，and in an answer to the call that local universities need to train more and more application-oriented talents，we now take“how to teach at the first class of College Physics”as an example．We make a brief analysis of how to stimulate learning interest among students and waken their initiative so as to promote the innovative and inquiring ability of students，aiming at improving students’awareness of physics to reach at the training objective of application-oriented talents．

College Physics；classroom teaching；history of modern physics；application-oriented

04－3

A

1674-2273（2011）06-0049-04

2011－05－10

余龍寶（1979－），男，安徽安慶人，合肥師范學院物理與電子工程系教師，博士，主要研究方向：量子信息學。