通過合理引導打敗物理學習中的紙老虎

李轉(zhuǎn)　劉春梅

【摘 要】大學物理被學生認為是最難最頭疼的一門基礎課。本文建議在大學物理教學中，針對學生認為的難點，通過選擇合適的方法與例題，抽繭剝絲，解開這些難點紙老虎的神秘面紗，教會學生打敗紙老虎，克服物理學習中的畏難情緒。并進行舉例。

【關鍵詞】畢奧薩伐爾定律；大學物理；課堂教學；矢量叉積

大學物理是一門非常重要的基礎理論課，它既要傳授學生物理學基本知識，又能培養(yǎng)他們良好的思維習慣以及敢于突破傳統(tǒng)的創(chuàng)新精神和解決問題的能力。然而在十多年的教學中，聽到學生說的最多的就是大學物理難學。筆者曾經(jīng)做過問卷調(diào)查，51%的學員認為大學物理是讓他們最頭疼的基礎課程，他們甚至給出了千古絕對：提錫壺游西湖，錫壺掉西湖，惜乎錫壺；學物理如霧里，霧里看物理，勿理物理。

其實物理學中的很多問題、很多難點都不過是紙老虎，都是以最基本、最簡單的原理為基礎的，有一定的方法和規(guī)律可循的。但是如何讓學生認識到這一點，克服畏難情緒，打敗這些紙老虎，掌握方法樹立學習的信心呢？筆者希望通過本文的探討與舉例，結合課上課下幫助學員正確的看待物理學中的難點，解開紙老虎的神秘面紗，養(yǎng)成良好的學習習慣，盡快掌握大學學習方法，提高自主學習的能力。

1 原因分析

學生覺得大學物理難學，主要是因為以下三個原因：1）大學物理中要解決更復雜更實際的問題，引入新方法，增加新的定理公式，這讓學生用起來有些茫然。2）大學物理中大量用到微積分，尤其是多個變量情況下的積分是學生的一個難點。3）矢量的大量使用。

經(jīng)過一段時間的學習，他們基本能夠接受使用矢量描述，兩個矢量點積是標量，只有大小沒有方向，學生也還樂意接受，但是內(nèi)心很排斥矢量的叉積。如果叉積后還要積分且是多個變量的積分問題基本上被他們認為是最難的問題。但是引入微積分和矢量解決實際問題是大學物理與中學物理的最大區(qū)別，是大學物理學習中不可能避免和逃避的。那么叉積真的總是添亂的嗎？未必，實際上如果認真分析你會發(fā)現(xiàn)，叉積在一些特殊情況下也會帶給大家一些方便，體現(xiàn)出它的優(yōu)勢來的。

2 尋找方法

教學方法是影響老師執(zhí)教能力的關鍵，老師有義務綜合運用各種教學方法，有效地服務于課堂教學，充分調(diào)動課堂上老師和學生的情緒，并使教學內(nèi)容和形式上更具趣味性和針對性。目前流行的翻轉(zhuǎn)課堂、導學式教學等在軍校里都很難實施，因為這些方式都需要較多課外時間，而由于軍校管理的特殊性，學員可自主支配的時間很少，能很好地完成課前探索研究學習的學員并不是很多，實施起來還存在很大的困難。所以充分發(fā)揮好傳統(tǒng)教學的優(yōu)勢，適時、適度地補充現(xiàn)代化的、信息化的教學手段則才是比較符合實際的選擇。

如果學生在課前預習的過程中能夠及時反饋他們遇到的難點，比如可以建立微信群，學員可以對預習情況進行及時反饋，老師對反饋的信息進行梳理，找準學生的困難點，在課堂教學中就可以抽繭剝絲，教會學生打敗這些紙老虎，讓學生能夠不怕物理，好學物理，學好物理，愛上物理。

3 典型案例

電學和磁學是大學物理非常重要的兩個模塊，但是學生普遍覺得磁學比電學要難得多。學生說他們是被比奧薩法爾定律嚇倒了。比奧薩法爾定律簡稱比薩定律，是磁學部分的第一講，用它可以求載流導線周圍的磁感強度，地位等同于電學中的庫侖定律，是磁學中非常重要的基本定律，但在它的身上非常完美的聚結了以上的三個困難。通過學生的預習反饋可以看到學生的問題主要集中在：電流元的磁感應強度d■為什么是一個叉積的結果？叉積后的方向積分時如何處理？多變量積分時，要把多個變量換成同一個變量，換成哪個好呢？根據(jù)學生的反饋信息，老師課前要進行梳理，找出老虎。針對不同的問題，分別用不同的工具和方法，在授課過程中引導學生逐步解決這些困難，揭開老虎的面紗。

對于d■的方向是一個叉積的結果，可以采用模擬展示的方法，形象直觀的給出這一方向。比薩定律里的叉積和叉積后積分是最讓學生頭疼的，要選好例題，抽絲剝繭，對學生進行引導。通過合理的選擇例題可以看出在某些情況下，叉積反而使問題簡單化，體現(xiàn)叉積優(yōu)勢，并在計算過程中引導學生學會統(tǒng)一變量。由淺到深的學，樹立解決此類問題的信心。

在授課中，以直線電流的磁場為例。類比電場，先求電流元的磁場，由畢奧薩伐爾定律，電流元Id■在空間一點產(chǎn)生的磁感應強度為d■=■，然后根據(jù)場的疊加原理對d■進行矢量積分。這里有一個矢量的叉乘，該怎么積分呢？

圖1

先來看一下d■的方向，是d■×■的方向，根據(jù)右手螺旋法則，電流元Id■在p點的磁場方向是垂直于紙面向里的。改變電流元Id■的位置，你就發(fā)現(xiàn)，導線上任意一電流元在P點產(chǎn)生的磁場具有相同的方向，因此所有電流元在該點產(chǎn)生的磁感應強度的方向就是垂直于紙面向里的，對矢量d■積分時，只需要對d■的大小直接積分就好了。那么到這里你是不是有突然愛上叉乘的感覺呢？

這樣問題就變得簡單了。如果夾角用？茲表示，電流元Idl在p點產(chǎn)生的磁場大小為：

dB=■

然后對dB進行積分。該如何積分呢？這里是對dl積分，但是不同位置處的電流元對應不同的？茲角和不同的r，也就是說這一積分中l(wèi)、？茲、r都是變量，要積分首先就要利用幾何關系統(tǒng)一積分變量， l、？茲、r集中在一個直角三角形中，其中a是已知的，而l和r都很容易用a和？茲表示出來， 所以最后可以統(tǒng)一變量至？茲：

dB=■sin？茲d？茲

再往下的積分計算就很簡單了。至此，困擾學生的問題和困難就一一解決了。講課過程中要善于比較帶電導線的電場的求解，通過對比體現(xiàn)叉積計算的優(yōu)勢。

4 小結

再回頭看看我們都是怎樣克服這些困難的：第一、新概念老方法，類比電場先找電流元的磁場，再用場的疊加原理求磁場；第二、矢量叉乘并不可怕，在某些情況下反而可以利用叉乘優(yōu)勢使問題簡化，比如這里所有電流元在p點產(chǎn)生的磁場方向都相同；第三、當有多個積分變量時，尋找變量間的幾何關系，統(tǒng)一積分變量。可見只要用對了方法，這些所謂的難點都不過是些紙老虎而已。這種打敗紙老虎的方法可以有效地消除學生學習物理的為難情緒，使他們逐漸學會處理疑難問題的方法，還可以使學習者更快的適應新的挑戰(zhàn)。

【參考文獻】

[1]張三慧，編著.大學物理學（第三版）B版[M].北京：清華大學出版社，2009.

[2]張愛清，葉新榮，丁緒星.實例教學法在“電磁場與電磁波”教學中的應用[J].中國電力教育，2010，34.

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