通過力學教學實現中學物理到大學物理的良好過渡

李海英 郭 欣 倪牟翠 張金寶 李 玉

(吉林大學物理學院物理教學與研究中心,吉林 長春 130000)

物理學是自然科學的重要組成部分，在培養學生科學素質及創造力上有著其他學科不可替代的作用。作為基礎教育課程，我國從初中二年級開始對學生開設物理課程，對于理科生，高中還要再學習3年。在長達5年的中學基礎物理教育中，學生在物理基本知識與技能、過程與方法以及情感態度與價值觀3個方面獲得培養[1]，也給步入高校的理工科學生繼續學習大學物理提供了堅實的理論基礎。但由于我國中學物理與大學物理知識體系的相似性(螺旋式上升結構)，必然出現部分內容重復，導致學生覺得大學物理與中學物理差不多，沒有新意，不感興趣。此外中學養成的依賴性學習方式與大學教育提倡的自主性學習不適應，導致學生不會學習，隨著學習內容的快速深化，感到大學物理難學，甚至厭學。這些問題嚴重影響大學物理的教學質量及培養目標的實現。因此如何完成由中學物理到大學物理的過渡性教學，就成了每位大學物理教師必須思考的問題。筆者認為解決這個問題的關鍵是要充分認識大學物理教學目標，并圍繞該目標，實施大學物理教學過程。

作為高等學校理工科學生通識教育必修課的大學物理，其教育目標是：使學生系統掌握物理知識和方法的同時，還要注重培養學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的探索精神和創新意識，努力實現學生在知識、能力、素質3個方面的協調發展[1]。可見，大學物理教學強調知識和方法的系統性，即通過教學讓學生對物理學概念、定理、定律乃至方法之間的關聯性、邏輯性搞清楚，形成體系；同時在這個過程中要注重能力和素質培養。這也就給由中學物理向大學物理教學的過渡提出了有效途徑，即大學物理教學要在系統性和方法論教學上下工夫。

力學是物理學的重要部分，又是各個物理教學階段的開篇章，同時也是大、中物理教學內容重復最多的部分。如果通過力學部分的教學調動起學生的學習熱情，讓學生學會學習，掌握分析問題和處理問題的方法，即能實現由中學物理向大學物理的良好過渡。下面結合力學教學實踐，談幾點體會。

1 抓住中學生掌握物理知識的局限性弱點，適時提出問題，讓學生感受到自己在知識和能力上的不足，認識大學物理的教學目標

通過教學發現，中學生對力學部分的知識內容掌握的相對比較扎實，特別是對描述物體運動的物理量和牛頓三定律記憶深刻，十分熟悉。而大學物理開篇還是講解這些內容，如果按部就班地講授，學生就會感覺與中學物理重復、差不多，沒有新鮮感，于是輕視大物的學習。但筆者也發現，中學生對力學知識的了解多半還是離散的，很少建立起對力學系統的整體認識。比如，他們絕大多數學生不知道質點力學包括運動學和動力學兩部分，更不知道什么是運動學，什么是動力學。他們知道牛頓運動定律適用的條件是質點和慣性系，但對于慣性系的理解卻很模糊。他們能很熟練地用牛頓第二定律、動量定理、動能定理解決單個、最多兩個質點運動的問題，但對質點系乃至剛體運動問題則束手無策。對動量定理、動能定理和牛頓第二定律之間的關系則更不清楚。如果在上第一堂課時，老師就提出諸如此類的，學生感覺應該能回答，但又不能確切回答的問題，就會有效地觸動他們，讓他們認識到自己的不足，打消其對大學物理的不重視心理。同時告訴他們回答不出這些問題的原因是，他們還沒有系統地掌握物理學的力學體系，而要系統地掌握力學體系又需要用到與中學截然不同的解決問題的方法。也就是說大學物理的學習要在知識的系統性和解決問題的方法上下工夫。這樣使他們既及早地了解大學物理的教學目標，又激發了他們的求知欲望。

2 對力學知識的教學要站在系統性的高度上進行，注意講清物理知識的結構和聯系。使學生形成物理學的整體圖像，理解物理學的發展性，乃至遷移性

從物理學的知識體系角度，大學物理課程與中學物理課程在知識內容、層次和研究方法等方面是一種螺旋式攀升結構，因此必然出現重復。力學部分尤為突出。所以對重復內容，筆者在教學時采取讓學生回顧中學所學到的知識點及其概念和規律，教師主要講解物理思想和知識的整體結構。比如著重介紹力學概念、定理、定律之間的聯系及其知識體系，回答上課伊始時提出的各種學生回答的似是而非的問題。使學生建立完整的力學體系圖像。同時注意物理知識的發展性教學，讓學生們理解初中、高中、大學都講過的概念、定理、定律會有階段性的含義，但其知識層次在不斷提高。比如對質量概念的認識要從初中的密度與體積的乘積，發展為高中的慣性質量與引力質量，進而再發展為對二者的本質區別與聯系的認識。使學生不斷從新的角度審視和理解物理概念和規律，關注其內涵的豐富性、應用的擴展性及相互關系的變化。確實感受到大學物理比高中物理更勝一籌。此外還要在物理知識的遷移性上下工夫，盡量將所講的知識聯系到實際問題，讓學生感受到物理知識的實用性及對科技發展的指導性。這樣不僅使學生感興趣于物理，而且還提高了學生應用物理知識，理解、解決實際問題的能力。實現物理知識的良好遷移。

3 注意方法論教學，使學生學會方法，逐步具備科學研究的指導思想和能力，實現學生在知識、方法、素質3個方面的協調發展

大學物理力學所學內容大部分是中學物理的深入、提高和拓展[2]。具體體現為，中學物理常常是在相對恒定情況下討論物體的運動情況，而大學物理則是在各種變化情況下研究物體的運動，更貼近于實際問題，比如物體的運動由勻速變為變速，恒力做功變為變力做功等。這就要求解決物理問題的數學方法不能等同于中學。因此高等數學的極限、導數、積分等方法將被應用于物理問題的解決。這種解決問題的方法在物理學方法論中被稱為數學法。此法的應用正是大多數學生學習大學物理的難點。通過教學筆者意識到之所以學生感到難是因為他們沒有將抽象的數學概念、方法和實際的物理概念、物理量之間建立起聯系[2]，因此遇到問題無從下手。所以在教學中講清抽象的數學算符、公式含義與實際的物理概念、物理量之間的對應關系很重要。比如，數學中的平均值取極限即微分，正與物理問題中由某物理量在某間隔內的平均值求瞬時值相對應，因此求導的方法也就成了求解運動學第一類問題的方法。而取微元和積分的數學思想則對應著求解物理學中某個隨時間或位置變化的可疊加的物理量的和的計算方法，即將問題的整體過程劃分成若干微元，取任意微元，視該微元上原本變化的量為不變，得到微元上的待求物理量，最后將各微元上的待求量相加求和，即為積分運算。積分方法也是運動學第二類問題的求解方法。通過力學教學使學生掌握了微積分方法后，在之后的熱學、電磁學中均有應用。此外，在力學教學中還有理想模型法、觀察實驗法等多種物理學研究方法。理想模型法能夠鍛煉學生簡化、純化，抓住主要矛盾，摒棄次要因素的能力，觀察實驗法有助于提高學生的觀察能力等。大學物理的方法論教學是實現學生由中學物理到大學物理的不變到變、由宏觀到微觀、由整體到局部、由理想狀態到實際狀態過渡的關鍵[2]；是培養學生的學習能力、科學研究能力和創新能力的重要教學內容。

4 結語

以工科大學物理教學目標為指導，抓住學生的知識弱點，在教授知識的系統性和解決問題的方法論上下工夫；讓學生真正體會到大學物理與中學物理在知識內容、層次及處理解決問題的方法上均有不同；才能有效地提高學生們的學習積極性，讓他們逐漸學會學習，并能將所學知識遷移到實際問題的解決之中。既實現了大學物理的教學目標，也完成了由中學物理向大學物理的良好過渡。

[1] 宋國利，梁紅，蘇春艷.大學物理課程與中學物理課程有效銜接方式的研究[J].物理與工程，2012，22(1)：56-58.

Song Guoli, Liang Hong， Su Chunyan. The effective way to make the connection between the college physics and the high-school physics[J]. Physics and Engineering, 2012，22(1)： 56-58. (in Chinese)

[2] 張章.論從中學物理到大學物理學習轉變的引導策略[J].湘潭師范學院學報(自然科學版),2005,27(4):128-130.

Zhang Zhang. The effective strategy of transformation from the high-school physics to the college physics[J]. Journal of Xiangtan Normal University(Nature Science), 2005, 27(4): 128-130. (in Chinese)