大學(xué)物理緒論課教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

何偉巖

(天津大學(xué)仁愛學(xué)院 天津 301636)

大學(xué)物理緒論課教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

何偉巖

(天津大學(xué)仁愛學(xué)院 天津 301636)

大學(xué)物理課程是工科大學(xué)生的一門公共必修課，能否學(xué)好大學(xué)物理課程，緒論課是關(guān)鍵.因此從什么是物理、為什么學(xué)物理、物理學(xué)什么、怎樣學(xué)物理4個方面詳細(xì)論述了怎樣上好一堂大學(xué)物理緒論課．

大學(xué)物理 緒論課 教學(xué)

對于工科類的大學(xué)生而言，“大學(xué)物理”課程是其必須要上的公共必修課．該課程是在學(xué)生們學(xué)習(xí)了高等數(shù)學(xué)微積分之后的大一第二學(xué)期開設(shè)[1]．大學(xué)物理是在高中物理的基礎(chǔ)上，知識的深度、廣度都有所增加．大學(xué)物理是基礎(chǔ)課，學(xué)好了大學(xué)物理課程，才能在以后的專業(yè)課學(xué)習(xí)中如魚得水．大學(xué)物理的第一堂課是緒論課，緒論課的成功與否直接關(guān)系到學(xué)生對大學(xué)物理課的興趣和重視程度．

根據(jù)筆者數(shù)年的教學(xué)經(jīng)驗，認(rèn)為緒論課要解決這4個問題，什么是物理、為什么學(xué)物理、物理學(xué)什么、怎樣學(xué)物理．

1 什么是物理

在中學(xué)階段同學(xué)們都學(xué)過物理，對物理并不陌生．首先，以提問的形式問學(xué)生們物理是什么？可能大部分學(xué)生都回答不出來．可以再祥細(xì)一些問中學(xué)物理都學(xué)了些什么？力、熱、光、電等等，這些學(xué)生們都能回答出來．接著總結(jié)“物理學(xué)是關(guān)于自然界最基本形態(tài)的科學(xué)，它研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、相互作用及其運動規(guī)律”．力學(xué)中物體的運動規(guī)律、天體的運動規(guī)律是物理；熱學(xué)中的微觀分子的運動，大量分子運動的宏觀表現(xiàn)是物理；光學(xué)中光的反射、折射、光的干涉、衍射是物理．可以演示一些圖片，讓學(xué)生們了解到生活的方方面面都蘊含著物理的知識．

2 為什么學(xué)物理

這一部分也是說明了物理的重要性．筆者通過以下幾方面來說明.

2.1 物理學(xué)的發(fā)展及對人類社會的貢獻(xiàn)

圖1 物理學(xué)的發(fā)展

通過物理學(xué)史的講解，讓學(xué)生們知道物理學(xué)的發(fā)展對人類社會的貢獻(xiàn)．物理學(xué)一共經(jīng)歷了3個時期：萌芽時期、經(jīng)典物理時期和近代物理時期．萌芽時期的代表科學(xué)家有哥白尼、阿基米德、伽利略等等．他們的很多理論成果都寫成了小故事，比如阿基米德的浮力原理，杠桿原理．阿基米德還說過一句家喻戶曉的名言“給我一個支點，我可以翹起整個地球”．相信這些知識同學(xué)們都很熟悉．

到17世紀(jì)，牛頓在前人(伽利略，迪卡爾等)的研究基礎(chǔ)上，發(fā)表了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，這部巨著總結(jié)了力學(xué)的研究成果，標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)體系初步建成．與此同時邁爾、焦耳、克勞修斯等人建立了新的熱現(xiàn)象理論，創(chuàng)立了熱力學(xué)．建立在牛頓力學(xué)和熱力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，適應(yīng)工業(yè)原動力的要求，出現(xiàn)了機械工業(yè)和蒸汽機，從而引起了第一次工業(yè)革命．

19世紀(jì)，法拉第和麥克斯韋等創(chuàng)立了電磁學(xué)，把過去認(rèn)為互不相干的電、磁、光等現(xiàn)象統(tǒng)一起來．19世紀(jì)70年代在電磁理論推動下，人們成功制造了電機、電氣，導(dǎo)致工業(yè)電氣化，從而引起了第二次工業(yè)革命．

20世紀(jì)初，一些物理實驗揭示了經(jīng)典物理學(xué)所無法解釋的現(xiàn)象，導(dǎo)致了物理學(xué)發(fā)生了兩場偉大而深刻的革命，創(chuàng)立了相對論和量子力學(xué)．在此理論基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了核能，激光、半導(dǎo)體等新能源、新技術(shù)，掀起了第三次工業(yè)革命．

從物理學(xué)的發(fā)展史可以看到，物理學(xué)發(fā)展的重大突破，對社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響．因此，物理學(xué)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要源泉，對人類社會的發(fā)展有很大貢獻(xiàn)．

2.2 物理學(xué)是一門公共基礎(chǔ)課．

學(xué)好了物理知識，才能在以后專業(yè)課的學(xué)習(xí)中游刃有余．從物理課中分出來很多分支學(xué)科．比如，流體力學(xué)(力學(xué)的分支學(xué)科)：研究各種力的作用下，流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運動狀態(tài)以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動規(guī)律．水利水電專業(yè)、土木工程專業(yè)的學(xué)生在后續(xù)的課程中都要學(xué)到流體力學(xué)．

2.3 物理學(xué)是一門科學(xué)素質(zhì)課

在學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生會產(chǎn)生很多疑問,遇到很多問題,有的問題學(xué)生可以利用已知的知識解決,而有的則解決不了,需要學(xué)生開動腦筋,積極思考,尋找答案.對學(xué)生而言,發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力不僅會影響其學(xué)習(xí)的順利進行,而且還會影響其以后的成長和發(fā)展.因此,通過大學(xué)物理課程的學(xué)習(xí),不僅要將物理的知識傳遞給學(xué)生,更重要的是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的思維方式.

3 物理學(xué)什么

3.1 物理的知識

大學(xué)物理課程要學(xué)習(xí)的內(nèi)容包括：力、熱、電磁、波動、振動、光、相對論和量子力學(xué)等章節(jié)．中學(xué)物理是基礎(chǔ)，大學(xué)物理課程是在中學(xué)基礎(chǔ)上的提高．比如，中學(xué)學(xué)到恒力做功，大學(xué)求解變力做功[2]．

3.2 物理的方法

物理方法包括觀察法、實驗法、模擬法、演繹法、歸納法、分析法、理想化的方法等等[3]．

觀察法是牛頓時代較為常用的方法，一般是通過觀察現(xiàn)象，歸納總結(jié)出結(jié)論．自然科學(xué)中許多定理和公式都是先進行觀察找到規(guī)律,再進行歸納推理得出來的.比如伽利略在教堂做禮拜時,仔細(xì)觀察吊燈的擺動時間和角度大小,發(fā)現(xiàn)盡管吊燈擺動的角度越來越小,但其擺動的時間(周期)卻是固定不變的.伽利略回家后,又用不同質(zhì)量的擺捶做實驗,并改變擺長的長短進行了多次驗證,結(jié)果發(fā)現(xiàn)規(guī)律是一樣的,即單擺的周期與擺長的平方根成正比,與擺的質(zhì)量無關(guān),這就是單擺等時性定律.

分析法就是在思考問題時把要研究的問題分解為若干部分,然后對每部分進行研究,逐一解決,揭示其本質(zhì),并研究這些部分間的相互關(guān)系及其在整個問題中的地位作用.從未知到已知,最后實現(xiàn)對問題整體、全面的認(rèn)識和掌握.比如力學(xué)中在講解拋體(平拋、斜拋)運動時,將拋體運動分解為兩種運動.斜拋運動分解為水平方向上的勻速直線運動和豎直方向上的勻變速直線運動,這兩種運動都是已經(jīng)學(xué)過的簡單運動,很好分析.分析法將復(fù)雜的問題分解為一個個簡單的問題,方便逐一解決.

理想化的方法是抓住主要矛盾，摒棄次要矛盾，將研究對象進行簡化的方法．比如，理想模型：質(zhì)點(忽略物體的大小，形狀，看成有質(zhì)量的點)；剛體(物體的大小形狀不能忽略，可以忽略他的局部差異，忽略受力之后的形變)．能不能看成質(zhì)點或剛體，需要具體問題具體分析，研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)時，地球就可以當(dāng)成質(zhì)點來處理；研究地球的自轉(zhuǎn)時，它的大小形狀不能忽略，不能當(dāng)成質(zhì)點，但是仍可以簡化為剛體的模型．同一個物體研究的問題不同，可以簡化的模型也不同．

學(xué)好知識，可以為最后的考試做好準(zhǔn)備，取得良好的成績．但是比學(xué)知識更為重要的是學(xué)習(xí)物理的一些方法，解決問題的能力，這些方法和能力將會讓學(xué)生們一生受益．

4 怎樣學(xué)物理

4.1 興趣是最好的老師培養(yǎng)對物理的興趣．

興趣是學(xué)生最好的老師，只有對物理知識產(chǎn)生濃厚的興趣，學(xué)生才不會覺得大學(xué)物理課程枯燥無味，難以理解．可以通過一些演示實驗、多媒體課件讓學(xué)生觀察物理現(xiàn)象，當(dāng)學(xué)生對物理現(xiàn)象感到“好玩”“驚奇”時，激發(fā)學(xué)生強烈的求知欲，在內(nèi)心燃起對物理現(xiàn)象追根究底的強烈的探索欲，從而產(chǎn)生對物理的興趣．

4.2 勤于思考富于想象多問為什么

“為什么蘋果會落向地面，而月亮不會落地地面，蘋果和月亮有什么不同呢？”這個問題是偉大的物理學(xué)家牛頓曾問的．他通過觀察，發(fā)現(xiàn)問題，并認(rèn)真的思索研究，最終得到萬有引力定律．學(xué)生們遇到生活中的現(xiàn)象，也要多問為什么，積極思考，找到答案．

4.3 認(rèn)真聽講抓住重點課下獨立思考完成作業(yè)

良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣包括：聽課、閱讀、思考、作業(yè)．課上45 min很寶貴，要認(rèn)真聽講，抓住老師講的重點：概念，規(guī)律．學(xué)生在聽老師講課的同時也要進行思考，并做好筆記，每堂課結(jié)束后對筆記進行整理總結(jié).課下要通過閱讀，獨立思考，學(xué)會從不同的角度去思考問題，改變條件去發(fā)現(xiàn)新問題．作業(yè)要獨立完成，先思考，再動筆，做會一道題領(lǐng)會一類題．只有這樣腳踏實地，一步一個腳印，才能學(xué)好物理．

教師上課如同演員表演，教師的情緒對學(xué)生影響非常大，如果教師精神飽滿，風(fēng)趣幽默，學(xué)生們必定積極配合，課堂氣氛活躍[4]．良好的開端是成功的一半，一堂內(nèi)容豐富、涵蓋面廣、演示實驗與多媒體課件并用的緒論課，定能讓學(xué)生們對物理產(chǎn)生濃厚的興趣，為以后課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)．

1 林春艷，劉永軍.大學(xué)物理緒論課教學(xué)探討．物理通報，2007(9)：13～15

2 趙興華．大學(xué)物理和中學(xué)物理的區(qū)別．中國科技信息，2005(22)：144

3 吳宗漢，周雨青.物理學(xué)史與物理學(xué)思想方法論．北京：清華大學(xué)出版社，2007

4 殷勇.大學(xué)物理課教學(xué)的重要性及其設(shè)計方案.2010(32):345～346

*云南省教育廳科學(xué)研究基金項目，編號：2012Y274；滇西科技師范學(xué)院高層次人才引進科研啟動項目、滇西科技師范學(xué)院校級課題，編號：LCSZL2013004作者簡介：傅永平(1983- )，男，博士，副教授，研究方向：理論物理．

2016-09-20)