大學(xué)物理教學(xué)方法的探索

付紅

摘要：針對(duì)大學(xué)物理教學(xué)效果不理想的問(wèn)題，從激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，采取靈活的教學(xué)手段，理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合四個(gè)方面出發(fā)進(jìn)行探索和研究。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理 教學(xué)方法 學(xué)習(xí)興趣

大學(xué)物理是理工科非物理專(zhuān)業(yè)的一門(mén)必修基礎(chǔ)課，這門(mén)課程的理論、研究方法和實(shí)驗(yàn)對(duì)理工科的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)都有幫助。從學(xué)生的反映來(lái)看，學(xué)習(xí)大學(xué)物理是比較難的，體現(xiàn)在概念不清晰，原理和公式不理解，做題不知如何下手；學(xué)習(xí)起來(lái)非常枯燥無(wú)味，沒(méi)有興趣。針對(duì)這些情況，我們可以從物理學(xué)對(duì)科學(xué)和技術(shù)的影響，物理學(xué)在交叉學(xué)科中的應(yīng)用和大學(xué)物理知識(shí)競(jìng)賽三個(gè)方面來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；在講授物理內(nèi)容之前講解并強(qiáng)化矢量和微積分?jǐn)?shù)學(xué)知識(shí)；在課堂上結(jié)合多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)；并把大學(xué)物理理論課和實(shí)驗(yàn)課結(jié)合起來(lái)。通過(guò)以上四個(gè)方面，解決學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理困難的問(wèn)題。

一、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師，學(xué)生如果有了學(xué)習(xí)物理知識(shí)的興趣，加上老師的授課，大學(xué)物理的學(xué)習(xí)將變得事半功倍。

1.物理學(xué)對(duì)科學(xué)和技術(shù)的影響

2004年6月10日，聯(lián)合國(guó)大會(huì)通過(guò)決議，規(guī)定2005年為“世界年”，決議確認(rèn)：物理學(xué)是認(rèn)識(shí)自然界的基礎(chǔ)；物理學(xué)是當(dāng)今眾多技術(shù)的發(fā)展基石；物理教育為培養(yǎng)人的發(fā)展提供了必要的科學(xué)基礎(chǔ)。我們教師可以通過(guò)講述物理學(xué)對(duì)科學(xué)和技術(shù)的影響，來(lái)激發(fā)學(xué)生的求知欲和對(duì)自然界的好奇心。例如，通過(guò)對(duì)地球、太陽(yáng)系、銀河系和河外星系的研究來(lái)揭示宇宙的奧秘；通過(guò)對(duì)分子、原子、核子和夸克的研究來(lái)認(rèn)識(shí)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)；通過(guò)對(duì)凝聚態(tài)、激光、等離子體和軟物質(zhì)的形態(tài)研究來(lái)發(fā)展新材料、新器件、新工藝和新方法，去獲得效益和成果，從而促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展。通過(guò)對(duì)混沌、分形、生命、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的研究來(lái)分析復(fù)雜系統(tǒng)。學(xué)生一旦對(duì)物理產(chǎn)生興趣，就會(huì)充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

2.物理學(xué)在交叉學(xué)科中的應(yīng)用

本人的專(zhuān)業(yè)涉及到交叉學(xué)科，就是用物理理論和計(jì)算機(jī)編程技術(shù)解決化學(xué)和生物的問(wèn)題。通過(guò)學(xué)科交叉，我們不僅能夠認(rèn)識(shí)到物理的重要性，而且可以更加深刻地理解和解決化學(xué)和生物問(wèn)題。大學(xué)物理的授課對(duì)象是理工科的學(xué)生，我們可以推行“課內(nèi)與課外結(jié)合、教學(xué)與科研結(jié)合”的教學(xué)機(jī)制。例如，對(duì)于化學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，我們可以讓學(xué)生嘗試學(xué)習(xí)Gaussian、Molpro和Turbomole等量子化學(xué)計(jì)算軟件；對(duì)于生物專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，我們可以讓他們嘗試學(xué)習(xí)Amber等分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件；讓他們理解物理理論和方法在化學(xué)和生物中的應(yīng)用。對(duì)于計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，我們可以讓他們嘗試編寫(xiě)物理方面的小程序，讓他們感受到計(jì)算機(jī)知識(shí)和物理知識(shí)的交融。對(duì)于電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，我們可以讓他們參加“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”“挑戰(zhàn)杯”等比賽，而這些比賽都要用到電磁學(xué)的知識(shí)；對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，我們可以讓他們參加“大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力大賽”“大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”“挑戰(zhàn)杯”等比賽，而這些比賽都要用到力學(xué)的知識(shí)。對(duì)于非物理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生我們還可以讓他們參加物理專(zhuān)業(yè)“大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽”，讓他們?cè)诒荣愔懈惺艿轿锢韺?shí)驗(yàn)創(chuàng)新的樂(lè)趣。

3.大學(xué)物理知識(shí)競(jìng)賽

教師可以在大學(xué)中給學(xué)生創(chuàng)造一種學(xué)習(xí)的氛圍，定期舉辦大學(xué)物理知識(shí)競(jìng)賽。分專(zhuān)業(yè)組建隊(duì)伍，競(jìng)賽中包括必答題和搶答題等環(huán)節(jié)，競(jìng)賽內(nèi)容涉及物理概念、物理現(xiàn)象、物理歷史人物、物理知識(shí)在生活和實(shí)際中的應(yīng)用、物理前沿等。通過(guò)這種活動(dòng)，可以讓學(xué)生比著學(xué)，競(jìng)爭(zhēng)著學(xué)，提高學(xué)習(xí)物理知識(shí)的積極性和興趣。

二、數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)中的作用

矢量和微積分?jǐn)?shù)學(xué)知識(shí)在大學(xué)物理中要用到，且貫穿學(xué)習(xí)始終。例如，位矢、位移、速度和加速度是描述運(yùn)動(dòng)的物理量，都是矢量；動(dòng)量、角動(dòng)量和力矩也是矢量；電場(chǎng)強(qiáng)度和電位移矢量是電學(xué)量，也是矢量。在描述速度和加速度時(shí)用到極限和導(dǎo)數(shù)的定義；在電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的微分關(guān)系中也用到了導(dǎo)數(shù)的知識(shí)；求變力的沖量和做功時(shí)用到積分的知識(shí)；用高斯定理求電場(chǎng)強(qiáng)度和靜電場(chǎng)力做功求電勢(shì)也要用到積分。從我教學(xué)經(jīng)驗(yàn)上來(lái)看，學(xué)生在數(shù)學(xué)知識(shí)的掌握上有所欠缺，教師在講物理概念和題目時(shí)，需要花一大部分時(shí)間講矢量和微積分，這導(dǎo)致用在物理知識(shí)講解上的時(shí)間較少，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果比較差。所以在講授物理內(nèi)容之前應(yīng)該對(duì)物理上要用到的矢量和微積分?jǐn)?shù)學(xué)知識(shí)加以講解并強(qiáng)化。講矢量時(shí)強(qiáng)調(diào)標(biāo)量和矢量的區(qū)別，矢量不僅有大小還有方向，運(yùn)算法則遵循平行四邊形法則或三角形法則；或者把矢量分解到坐標(biāo)系的各個(gè)軸上，轉(zhuǎn)化為標(biāo)量來(lái)計(jì)算，和中學(xué)學(xué)習(xí)的內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)。微分時(shí)強(qiáng)調(diào)導(dǎo)數(shù)的定義、幾何表示及運(yùn)算法則。講積分時(shí)同樣強(qiáng)調(diào)積分的定義、幾何表示及運(yùn)算法則。除此之外，適量的題目是必不可少的。我們?cè)谥v微積分時(shí)，要強(qiáng)調(diào)和中學(xué)的知識(shí)的區(qū)別，中學(xué)只講加速度是常數(shù)和恒力的情況，用微積分不僅能計(jì)算加速度不變和恒力的問(wèn)題；而且能計(jì)算變加速度和變力的情況。我們可以讓學(xué)生從微積分推導(dǎo)出中學(xué)常用的公式，加深理解。掌握好了矢量和微積分?jǐn)?shù)學(xué)知識(shí)，學(xué)習(xí)大學(xué)物理就容易了許多。

三、多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合

采用多媒體教學(xué)，可以使教師節(jié)約寶貴的課堂時(shí)間，并且可以使難以理解的知識(shí)變得容易學(xué)習(xí)。例如，真空中靜電場(chǎng)的電力線是抽象的、難以理解，我們可以在PPT中做出正負(fù)點(diǎn)電荷、一對(duì)等量異號(hào)或同號(hào)點(diǎn)電荷和一對(duì)不等量異號(hào)或同號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線，讓學(xué)生有一個(gè)直觀的了解；在講靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程時(shí)，我們可以做一個(gè)動(dòng)畫(huà)，展示無(wú)電場(chǎng)時(shí)導(dǎo)體中自由電子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，和加電場(chǎng)時(shí)電荷的運(yùn)動(dòng)情況，使學(xué)生對(duì)靜電感應(yīng)和靜電平衡有一個(gè)直觀清晰的認(rèn)識(shí)。在重要結(jié)論陳述、公式推導(dǎo)和例題演算中，板書(shū)更適合。通過(guò)在黑板上邊寫(xiě)邊分析，可以使學(xué)生加深印象，把握老師的思維痕跡和有更多的時(shí)間思考和記憶。多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的結(jié)合可以相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

四、大學(xué)物理理論課和實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合

許多物理理論和規(guī)律是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)而提出來(lái)的，最后又被新的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。大學(xué)物理包括理論和實(shí)驗(yàn)，我們可以增加與理論相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，這樣可以使學(xué)生對(duì)所學(xué)的理論概念、定律和定理有更加深刻的理解，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析判斷并做出合理的解釋。例如，在講到剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量章節(jié)，我們可以做三線擺測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量這個(gè)實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)圓環(huán)和圓柱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，驗(yàn)證理論公式和平行軸定理，并對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題做解答；在講到靜電場(chǎng)時(shí)，我們可以做模擬法測(cè)繪靜電場(chǎng)，使學(xué)生加深對(duì)靜電場(chǎng)強(qiáng)度、電位和電位差概念的理解。

綜上所述，教師通過(guò)各種方法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，重視數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，并采取靈活的教學(xué)手段，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的積極性。

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