大學物理與高中物理力學的教學銜接

周　政

(湖南工學院數理科學與能源工程學院，湖南　衡陽421002)

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理工科教學與應用

大學物理與高中物理力學的教學銜接

周政

(湖南工學院數理科學與能源工程學院，湖南衡陽421002)

文章通過一道力學題探討了大學物理與高中物理思維方式的不同，提出在大學物理力學部分的教學中要多與高中物理進行比較，并重視它們之間的教學銜接。這些觀點對于工科大學生物理興趣的提高具有一定的參考價值。

大學物理;教學銜接;物理興趣

力學作為大學物理學中的第一篇內容，是物理學的基礎，對它學習的好與壞直接影響了整個大學物理課程的質量。由于數學方法上的限制，高中物理一般處理恒定條件下接近理想狀態(tài)的物理問題，培養(yǎng)學生基本的物理思維能力，但是，這種思維方式并不能處理實際的生活問題[1]。大學物理作為高中物理的進一步延伸和擴展，處理的物理問題更加接近真實的世界。大學物理通常是在學習了高等數學的微積分后才開設的，使學生能站在更高的位置，更系統(tǒng)和全面的理解和處理更具普遍意義的變量問題[2]。這需要高等數學中最基本的積分求導、連續(xù)極限等思想方法，這種思維方式和高中物理培養(yǎng)的思維方式有很大的不同，因此需要老師在力學部分教學中積極的引導，使學生早日形成大學物理所需的思維方式，為后面的學習打下堅實的基礎。文章先簡單地以一道物理力學題為例，比較大學物理和高中物理解題思路上的區(qū)別與聯(lián)系。

例題：一人用繩子通過定滑輪拉著小車前進，小車位于高出繩端h的平臺上(如上圖所示)，人的速率已知并保持不變，求小車的速度大小[3]。

高中解法：人拉著繩的一端前進，會產生兩個運動效果，一個效果使繩子不斷伸長，另一個效果使繩端繞著定滑輪做圓周運動，把速度在這兩個方向進行分解，從而得到小車的速率等于人的速率乘以一個余弦函數，這個余弦函數與人離平臺的距離以及平臺的高度有關。

大學解法：首先建立坐標系，以小車前進的方向為x軸正方向，以定滑輪為坐標原點，小車的坐標設為x，人的坐標設為s，根據大學物理對瞬時速度的定義，小車和人的速度大小分別是上述坐標對時間的一階導數。由于平臺高度不變，l、s以及h三者存在一個幾何關系，把它兩邊對時間求導，再結合速度的表達式，即可得到小車的速度大小。

通過比較大學方法和高中方法對這道簡單力學題的求解思路之后，我們并不能得出哪種方法更簡單，因為其內在的原理是一致的。高中物理知識也能解決一些變速問題，但是要運用一些物理技巧或者深層次的物理內涵，比如我們要清楚這道力學題中人拉著繩子前進繩端的兩個運動效果。而大學物理是結合在高等數學基礎之上的，運用高等數學的微積分思想可以從一般的解題方法和思維方式去理解和解釋物理現象，挖掘出物理現象背后的本質問題，反而不需要更多的解題技巧。

大學物理課堂教學是目前教師向學生傳授物理知識的主要途徑，如何巧妙設計大學物理課堂教學內容和方法對于提高工科大學生的物理學習興趣起重要的作用。學生剛進入大學物理的學習時，解題方法和思維方式都還停留在高中物理的基礎之上，使得許多工科大學生剛接觸大學物理學習時，感覺其內容晦澀難懂，學習非常吃力，這將導致他們很難對大學物理后面知識的學習提起興趣、甚至厭學。而力學作為整個大學物理課程的基礎和首篇內容，扭轉他們的高中物理養(yǎng)成的定勢思維就顯得尤為重要。因此，在力學的學習中教師應該恰當地與高中物理的知識點及解題方法等多方面進行比較，并且注重它們之間的教學銜接[4]，這會極大地提高他們的物理學習興趣。下面分力學共同涉及知識點和新增知識點[5]，分析在大學物理教學中如何對它們與高中物理知識進行比較，以及它們之間如何進行教學銜接。

第一、共同涉及知識點的教學比較及其銜接；共同涉及的知識點主要包括以下幾點：質點運動學中幾個物理量的描述，質點動力學中三個牛頓運動定律及它們的應用、動量定理、動量守恒定律、動能定理、機械能守恒定律、能量守恒定律、功等，以及機械振動和機械波。高中階段所學的基本物理量的定義是恒量間的關系，而到了大學物理階段，由于高等數學運用到物理學中，這些物理量的定義也由簡單的恒量間的關系變成了變量間的函數關系，突出變量間的瞬時時和矢量性，從而更加貼近真實的世界。正是這些基本物理量定義的改變，質點運動學和質點動力學中的定律和定理的推導和理解也隨之發(fā)生了改變和升華。對于這些共同的知識點，恰當的在大學物理教學中進行教學上的比較，合理的進行大學物理和高中物理間的教學銜接，能加深學生們對相關知識點的理解，起到事半功倍的效果。例如：速度的定義，這是學生們碰到的第一個用高等數學中導數表示的物理量，速度等于位置矢量對時間的一階導數。而高中物理對速度的定義是：物體所發(fā)生的位移除以所需時間，當時間趨于無窮小時，即為物體在該時刻的瞬時速度。顯然，高中物理給出速度的定義是一個很模糊的概念，而大學物理運用高等數學知識揭示了瞬時速度的本質。再如，教學時還可以簡單比較大學物理和高中物理對勻加速直線運動中質點的位移公式的推導。大學物理教師在講授這些知識點時，如果能夠結合高中物理知識，并指出高中知識的不足，保證學生思維方式上的連貫性，不至糾結于數學符號上的枯燥，引起他們的好奇心，必定會激發(fā)學生對物理的興趣。

第二、新增知識點的教學比較及其銜接；大學物理新增的知識點主要是指剛體力學部分。剛體力學整個知識點在高中物理中沒有，那么對于這部分知識大學物理如何與高中物理進行教學上的比較呢？注意到剛體是一種特殊的質點系，可以認為剛體力學是質點運動學和質點動力學的基本原理在剛體中的應用。例如：剛體定軸轉動的轉動定律，它在剛體力學中的地位與牛頓第二定律在質點動力學中的地位就是等價的。轉動定律中的外力矩、轉動慣量、角加速度，分別可以與牛頓第二定律中的外力、質量、加速度類比，這樣進行教學比較，學生對轉動定律中的轉動慣量也有清晰的物理認識。剛體力學中的許多知識點與質點所遵循的動力學對應，因此在講完剛體力學新課時，大學教師最好再全面的、總結性的把它們相對應的知識點進行比較，學生們學習剛體力學不會過于吃力，也能使他們對所學知識有比較系統(tǒng)的掌握。

在大學物理力學教學中與高中物理相關知識點進行比較，并使它們有機的銜接，加深物理知識的起點，對于大學物理教師和大學學生都具有重要意義。對于大學物理教師而言，這需要他們進一步了解高中物理力學的知識結構，做到思維連貫的講解，為學生順利地、無障礙地進入深層次物理學習打下基礎，這有助于產生良好的教學效果，并高質量地完成教學任務，從而教師們的教學水平得到提高。對大學學生而言，力學中許多基本概念的定義和問題的理解與高中物理不同，研究的角度也不相同，使學生自己學會如何去思考，如何建立事物之間的聯(lián)系，這將有利于他們整體思維能力的提高。

那么，如何做好它們之間的比較，達到大學物理力學部分的教學要求，對于大學教師和大學學生，我有以下幾點建議：第一、大學物理教師應時刻關注高中物理教學改革。高中新課改正在如火如荼地進行，大學不能做世外桃源，應該主動了解學生已知的知識水平，在大學物理教學中才能做到有的放矢、重點突出。第二，大學物理教師應重視教學方法的改善。在大學物理力學教學中，多采用啟發(fā)式教學引導學生學習，通過教學上的比較，使學生對大學物理和高中物理的異同點有比較清晰的認識。第三，大學物理教師還應重視教學手段的提高。目前最主要的現代化教學手段就是把多媒體引入到傳統(tǒng)的課堂教學。在教學中，可以將一些難懂的物理現象和過程以動畫的形式演示出來，使學生直觀地獲取感性認識，再從感性認識上升到理性認識，提高課堂效率以及學生對物理問題的認識程度。第四，大學學生須盡快改變學習方法。與高中比較，大學物理每節(jié)課的內容多，總的課時少，這就要求學生加強自主學習能力，提前預習，及時完成老師布置的作業(yè)，并經常性的復習、總結。第五、大學學生須逐步改變物理思維方式。在高中物理中，注重物理定律或者定理與實驗相結合，而大學物理是以高等數學為基礎，基本脫離實驗，把理論完全抽象成純數學，這要求學生的思維方式也要發(fā)生根本性的變化。第六、大學學生須樹立正確的學習態(tài)度。高中階段老師和家長管的比較嚴，學生也有升學壓力，他們每天都在努力學習，吸取知識素養(yǎng)。但是，進入大學以后，許多大學生學習態(tài)度發(fā)生了很大變化。大學物理作為理論性比較強的學科，很難持續(xù)地吸引他們的興趣。因此，學生們樹立起正確的學習態(tài)度也是至關重要的。

總之，大學物理教學與高中物理教學有很大的不同，高中物理課堂內容少、節(jié)湊慢，一節(jié)課可能只講一到二個知識點，學生可以很快的消化，而大學物理課堂內容多、難度大，大學教師如能恰當的與高中物理相關知識點進行比較，利用學生的高中物理基礎知識，并注重講授內容的自然銜接，理順知識和思維的連貫性，激發(fā)學生對物理的學習興趣，就能起到良好的教學效果。

[1]賈君茹·如何實現學生從中學物理到大學物理學習的轉變[J].西安航空技術高等專科學校學報，2003(3).

[2]伍春燕·從中學物理到大學物理的過渡與升華——淺談大學物理的學習方法[J].中山大學學報論叢，2002(1).

[3]趙近芳·大學物理學(第四版)[M].北京：北京郵電大學出版社，2014.

[4]孟桂菊·加強大學和中學物理教學銜接[J].光明日報，2001(2).

[5]夏志廣·大學物理課程和中學物理課程力學部分的銜接研究[J].物理通報，2011(9).

(責任編輯：王德紅)

Comparison and Connection in the Mechanical Teaching of Both College Physics and Senior High School Physics

Zhou Zheng

(Mathematical Science and Energy Engineering College,Hunan Institute of Technogy,Hengyang 421002,Hunan,China)

This paper explains the difference of thinking method between the college physics and senior high school physics, based on a problem of mechanics. We present our views that comparison with the senior high school physics should be carried out frequently in mechanical part of the college physics, and pay attention to the teaching connection between them. These views may be of reference value for the improvement of engineering college students’ physical interesting.

college physics,teaching connection,physical interesting

2015-11-18

湖南省自然科學基金(2015JJ4020)中期成果。

周政(1983.05～)，男，湖南衡陽人，湖南工學院數理科學與能源工程學院講師，博士。研究方向：超冷原子氣體中多體量子物理。

G642

A

1673-9507(2016)01-0118-03