對大學(xué)物理教學(xué)的幾點新認(rèn)識

丁漢芹

摘 要： 大學(xué)物理是理工科一門公共基礎(chǔ)課程，在大學(xué)教育階段起著十分重要的作用。本文從做好大學(xué)物理與高等數(shù)學(xué)、科學(xué)思維方法和品質(zhì)教育的銜接等方面，介紹了大學(xué)物理教學(xué)的幾點認(rèn)識，探討如何讓大學(xué)生得到全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 大學(xué)物理教學(xué) 認(rèn)識 銜接

物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，人類的生活離不開物理學(xué)。大學(xué)物理是理工科類的一門物理學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，通過該課程的學(xué)習(xí)，能使學(xué)生了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、相互作用及其運動的基本規(guī)律，為其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定必要的物理基礎(chǔ)，在大學(xué)教育階段起著十分重要的作用。通過大學(xué)物理的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能掌握必要的物理基礎(chǔ)知識，而且能樹立科學(xué)的世界觀，培養(yǎng)創(chuàng)新思維、探索精神和科學(xué)研究方法。當(dāng)前，我國高等教育大眾化的步伐促進人才培養(yǎng)的模式發(fā)生了重大變化。因此，如何在新形勢下教好大學(xué)物理這門課程，培養(yǎng)高素質(zhì)人才，成為高校教師的一項重大挑戰(zhàn)。對此，作為一個長期從事大學(xué)物理教學(xué)的教師，我對此談?wù)勗诮虒W(xué)中的幾點認(rèn)識。

一、做好大學(xué)物理與高等數(shù)學(xué)的銜接

就知識體系而言，中學(xué)物理已經(jīng)介紹了力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等部分內(nèi)容。但是無論在廣度還是在深度上，大學(xué)物理內(nèi)容都有著顯著的提高，而且需要運用嶄新的數(shù)學(xué)工具，如導(dǎo)數(shù)、微積分和矢量計算，解決物理問題。大學(xué)物理是離不開高等數(shù)學(xué)的，盡管很多院校在第一學(xué)期就開設(shè)了高數(shù)課，但是很多學(xué)生還是不能運用數(shù)學(xué)知識解決具體物理問題。例如，在質(zhì)點運動學(xué)中，有兩類常見的求解質(zhì)點運動的問題：在某一初始條件下已知質(zhì)點加速度，學(xué)生不會運用積分求解運動方程；已知質(zhì)點運動方程，不會運用導(dǎo)數(shù)求解速度和加速度。因此，在平時教學(xué)過程中，如何在傳授物理知識的同時，又做好“兼職”數(shù)學(xué)老師，就成為大學(xué)物理教師的一項任務(wù)和技能。

局限于數(shù)學(xué)知識，中學(xué)物理研究的是恒量或均勻變化的問題，如恒力問題，勻變速直線運動，大學(xué)物理研究的是任意變化的量，如變力，任意曲線運動。這時，微元法方法起著橋梁作用，在dt時間內(nèi)（對應(yīng)微分）是恒量問題（中學(xué)階段），在整個時間t內(nèi)（對應(yīng)積分）是變量問題（大學(xué)階段）。由于大學(xué)物理是一門非物理專業(yè)的公共課程，我們應(yīng)當(dāng)突出物理思想與物理圖像的教學(xué)，而不應(yīng)把過多的精力和時間花在復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)與演算上。費因曼曾說：“對學(xué)物理的人來講，重要的不是如何正規(guī)嚴(yán)格地解微分方程，而是能猜出它們的解并理解物理意義。”能從物理角度說明問題，盡可能不用數(shù)學(xué)。例如，在講解“時間延緩”和“長度收縮”時，我們可以從狹義相對論的兩個基本原理出發(fā)，而不需要從繁瑣的洛倫茲數(shù)學(xué)變換關(guān)系式推導(dǎo)。這樣做的好處在于讓學(xué)生真正明白相對論時空的物理圖像，而不是純粹的數(shù)學(xué)演算。

二、做好物理知識與科學(xué)思維方法的銜接

很多學(xué)生都有一個錯誤的觀點，認(rèn)為自己根據(jù)物理知識會做題就行，甚至一些教師讓學(xué)生背知識點、進行題海戰(zhàn)術(shù)。誠然，掌握知識點，會解物理題肯定沒錯，但是大學(xué)物理教育不僅于此。更重要目的在于，通過大學(xué)物理課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握物理學(xué)研究問題的思想和方法；在獲取物理知識的同時，使學(xué)生擁有的建立物理模型、定性分析與定量計算的能力；開闊思路、激發(fā)探索和創(chuàng)新精神、增強適應(yīng)能力，提高科學(xué)技術(shù)和整體素養(yǎng)。通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法、養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，樹立辯證唯物主義的世界觀、人生觀和方法論。

無疑，物理知識很重要，但是對大學(xué)生來說，學(xué)會科學(xué)的思維和方法比掌握物理知識本身更重要。因此，教師平時要多收集一些對學(xué)生的科學(xué)思維和方法有啟迪的素材，在授課過程中，要盡可能講述一些科學(xué)家對某一問題的思想方法的典型內(nèi)容，讓學(xué)生知道物理學(xué)方法論中所用到的一些重要的基本方法和原理。例如，庫侖定律和牛頓萬有引力定律是如何發(fā)現(xiàn)的及二者的關(guān)聯(lián)？愛因斯坦是怎么創(chuàng)立相對論的及與經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系？量子物理與經(jīng)典物理的對應(yīng)關(guān)系？光的微粒性與波動性？等等。在講物理知識過程中，有機地融合這些素材，一方面能使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，加深對授課內(nèi)容的掌握和理解，另一方面能使學(xué)生對科學(xué)家的思維方式有所了解，增加對物理學(xué)中方法的認(rèn)識和運用。

三、做好物理概念與例題教學(xué)的銜接

概念教學(xué)在大學(xué)物理教學(xué)中具有關(guān)鍵作用。物理概念既是物理學(xué)的基石，又是物理學(xué)的支柱，占據(jù)舉足輕重的地位。任何一門物理學(xué)分支的發(fā)展都離不開物理概念，如質(zhì)點運動學(xué)離不開位矢、速度、加速度、動量等基本概念的支撐，熱力學(xué)的發(fā)展離不開溫度、內(nèi)能、熱量、熵等，電學(xué)的發(fā)展離不開電流、電壓、電阻、電場強度、電勢、電勢能等。物理概念是組成物理知識體系的基本單元，原理和公式就是反映概念之間的相互聯(lián)系和數(shù)量依存關(guān)系。由此可見，物理概念教學(xué)有利于學(xué)生對物理規(guī)律的掌握、對物理過程有準(zhǔn)確的理解。同時，通過概念教學(xué)，使學(xué)生建立完整的物理知識體系，對培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和提高物理教學(xué)質(zhì)量都有著積極的作用。

大學(xué)物理的概念多、理論性強，運用的高等數(shù)學(xué)知識較多，有些概念學(xué)生不容易掌握。要解決這個問題，除了分析理論知識外，講解適量的例題也是非常有必要的。實際上，講解例題是物理教學(xué)中一個不可缺少的環(huán)節(jié)。教師通過對例題的分析和演算，既教會學(xué)生分析問題的思路，又讓學(xué)生學(xué)會正確解題步驟和方法，更重要的是加深學(xué)生對概念和理論的理解，提高運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。由于大學(xué)物理課時數(shù)安排較少，完成教學(xué)任務(wù)的時間緊，選什么樣的題、選多少題就非常有講究，因此，所講例題要有典型性和多樣性的特點，典型性有利于學(xué)生對基本概念、規(guī)律的理解和消化，多樣性可以開闊學(xué)生的視野和增加知識廣度。同時課堂討論很有必要，爭論能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的思維能力。

四、做好知識傳授和品質(zhì)教育的銜接

除了傳授知識外，大學(xué)物理也是培養(yǎng)大學(xué)生優(yōu)秀品質(zhì)的一部好素材。物理學(xué)蘊藏著很多不同層次的美，如太陽系中八大行星共面的和諧美，雪花結(jié)構(gòu)的對稱美，原子中電子排布的有序美，等等。在課堂教學(xué)中，通過揭示物理之美，能強化學(xué)生的審美意識、陶冶學(xué)生審美情操、培養(yǎng)學(xué)生的優(yōu)秀品質(zhì)，從而產(chǎn)生科學(xué)靈感和火花。以“電磁場和電磁波”一章為例，物理學(xué)家麥克斯韋正是抓住電和磁的對稱美，在總結(jié)安培定律、庫侖定律、畢奧-薩伐爾定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等基礎(chǔ)上，大膽提出了“位移電流”和“感生電場”的概念，建立了經(jīng)典的電磁場理論，從而使得電、磁、光得到統(tǒng)一。

在平時教學(xué)中，要加強團隊精神、拼搏精神的品質(zhì)教育，啟發(fā)和激勵學(xué)生。在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展、科學(xué)水平不斷前進的當(dāng)今時代，很多科學(xué)任務(wù)必須依靠團結(jié)合作，單打獨斗是不能完成的。“團結(jié)就是力量”。例如，在講授“氫原子的波爾理論”時，我就介紹了玻爾和盧瑟福的故事：眾多學(xué)者共同生活、共同學(xué)習(xí)，通過爭論、質(zhì)疑和辯解，使思想相撞，知識互通；不同國籍、不同民族、不同領(lǐng)域的學(xué)者生活在同一實驗室里，團結(jié)合作，共同解決原子結(jié)構(gòu)難題。結(jié)合具體物理知識，通過適時的事例，向?qū)W生闡述頑強拼搏的重要性。愛因斯坦說：“上帝分送禮物時是毫不寬容的，他只給了我騾子般的頑強。”在講“電磁感應(yīng)定律”時，讓學(xué)生了解到，法拉第在實驗室奮斗了十年；在講“量子論”時，告知學(xué)生：普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象拼搏了六年。

總之，要使學(xué)生學(xué)好大學(xué)物理這門課程，廣大物理教師必須熱愛學(xué)生，熱愛教育，付出辛勤的勞動，熟悉教材內(nèi)容，掌握科學(xué)的教學(xué)方法，才能取得良好的效果。

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