大學物理課教學方法淺議

馬朋月 蘇元敏

[摘 要]大學物理教學應改變舊的教學模式，突出物理學方法論，加強研究性學習，配合大學物理實驗，培養學生學習能力、創新能力。

[關鍵詞]大學物理教學;物理學方法;研究性學習;實驗

[中圖分類號]G642 [文獻標識碼]A

大學物理學是理工科非物理專業開設的一門課程，各專業課時略有不同。一般由物理系教師任課。對于這些非物理專業的學生來說，如何使他們通過課程的學習，掌握物理學的基本方法，開闊眼界，培養創新精神和能力，我認為應著重注意以下幾方面。

1 以知識為載體，突出物理學方法論

學習物理離不開概念和規律，概念和規律的產生不是憑空的，有著大量的事實根源和實際經驗，在教學中應當從實驗事實和物理發展史出發，使學生了解物理概念和規律的形成、發展和演變過程，對它的來龍去脈以及相互之間的聯系有較深入和全面的理解，如自由由落體運動規律的得出，就突出表現了研究物理問題的基本方法。關于自由落體問題，最早亞里士多德有過論斷，即物體下落的快慢與它的重量成正比，通俗地講，就是重物比輕物下落地快。伽利略在《關于兩門新科學的對話》中，運用落體佯謬的理論實驗作出邏輯反駁，他說如果這個論斷成立，那么將一輕一重兩個物體拴在一起下落，重的物體由于被輕的物體拖著而變慢，輕的物體由于被重的物體拖著而加快，因而此時它將比原先的重物下落得慢，但這兩個物體拴在一起，卻比原先的重物更重，因而此時它下落會更快。這樣從同一命題得出了兩個矛盾的結論，據此伽利略用理性的邏輯推理，推斷出了亞里士多德的錯誤。但是他并不滿足，繼續通過觀測與實驗的研究手段，把自由落體的運動規律正確地揭示了出來。從這個過程我們可以看出，研究物理學的基本方法，即有明確的研究目的，通過一般觀察，提出假設，建立理想模型，運用邏輯和數學的手段得出推論，再通過物理的或理想的實驗對推論進行檢驗，對假設進行修正和推廣，等等。愛因斯坦和英費爾德在《物理學的進化》中評論說，伽利略的發現以及他所應用的科學的推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端。在大學物理教學中突出物理學的方法論，授人以漁，才能啟迪智慧，培養創新能力。

2 重視研究性學習，注重解決問題的過程

研究性學習不一定是規范嚴謹的科學研究，是指學生按照科學研究的思維方式及方法，在教師的指導下自主地學習、探索，主動地獲取知識、應用知識去解決問題。大學物理的最終教學目就是培養學生的創新能力。從物理學史，我們可以知道物理學的每一次重大發現無不是掙脫舊的觀念的束縛，才得以發展的。如普朗克的能量子假設，突破了能量連續變化的傳統觀念;愛因斯坦的狹義相對論也是突破了牛頓的絕對時空觀的束縛，才得以建立。通過大學物理教學培養學生的創新精神和能力，是大學物理教學的一個優勢，應充分發揮。要加強學生研究性學習，教師必須首先要改變舊的教學模式。在舊的模式下，學生處于被動接受狀態，是以教師為中心的，這樣做的結果是學生的自主性、積極性受到壓抑，得不到支持與鼓勵，久而久之，其創新潛能得不得發展或發展空間極小。加強研究性學習沒有固定的模式，要根據課程教學內容以及學生的學習實際靈活運用并隨時進行調整。例如在大學物理力學部分慣性定律的教學，可以讓學生就伽利略、笛卡爾和牛頓等人對慣性定律的論述，發表自己的見解，討論哪種論述更為準確地描述了慣性這一客觀存在，哪種表述存在什么樣的缺陷，以及是否可以看成是合外力為零時牛頓第二定律的一個特例。要完成這一研究性學習，學生們必須到圖書館、資料室查閱資料，還要到實驗室以及自制實驗器具進行實驗。對實驗數據進行分析、想象、推理、判斷等得出結論，教師再引導學生對結果開展討論，補充和完善，在這一過程中教師要充分肯定學生的學習成果，鼓勵學生提高自信心，這樣學生能夠學會研究性學習，能夠與他人合作交流，體會到科學研究并不神秘，是人人可以嘗試的，這個過程的收獲也是普通課堂教學無可比擬的。教師在大學物理教學過程中可以布置長時間或短時間的課下研究題目，也可以是學生根據自己的愛好和興趣擬定的研究題目，這樣為學生提供更多的研究性學習機會，這就是研究性學習的主要目的，不在于學生記在腦子里多少具體的知識，而在于這些知識，不是一潭死水，不是字母數字的堆砌，不在于得出多少或多么高的學術價值的結論，而是鍛煉學生發現、提出、解決問題的能力乃至創新能力。

3 突出實驗在大學物理教學中的作用

物理學是一門實踐性很強的學科，物理概念的確立，物理規律的發現、建立和檢驗都是通過大量實驗結果概括得到的。物理實驗在物理學的發展中占有重要的地位。例如英國物理學家托馬斯·楊，他設計出楊氏雙孔實驗，說明光具有波動性，但是當時科學界有反對意見，菲涅爾又設計了雙面鏡干涉實驗，有力地支持了光的波動說;又如對于邁克爾遜-莫雷實驗的零結果，愛因斯坦曾說過，如果我們承認邁克爾遜實驗的零結果是事實，那么地球相對以于太運動的想法就是錯的，這是引導我走向狹義相對論的最早想法。在大學物理教學中，也應十分重視實驗教學。我們的教學不僅要使學生具備比較深廣的理論知識，更要具有較強的科學實驗能力。通過實驗使學生獲得物理實驗的基本知識，基本方法和基本技能，使學生具備從事科學實驗的基本素質、理論聯系實際和實事求是的科學態度，嚴肅認真的工作作風，不怕挫折、積極進取的探索精神等。比如我在一個非物理專業的大學物理實驗課中是這么嘗試的，選取大學物理實驗中的《電表的改裝與校正》實驗，實驗的目的是把微安表頭改裝成電流表和電壓表。這個實驗說難不難，說簡單也不是那么容易就能完成好的。之所以選這個實驗是因為它和同學們中學學習的內容聯系比較緊密，又在學習了大學物理理論的基礎上。除了能給學生設計實驗發揮的空間，它也能達到鍛煉學生動手能力的目的，包括電路的連接，各種儀表的使用和讀數。學生們有實驗講義，實驗講義內容很全，從實驗目的、實驗儀器、實驗步驟以及實驗數據的記錄表格等都很詳細。對這個試驗，我在實驗前一周，給同學們布置的實驗任務就是，拋開實驗講義，只要求實驗目的達到，可以自由發揮，他們的實驗講義可以作為參考。這樣為達到實驗目的，學生們必須思考利用什么樣的方法設計電路，設計實驗步驟，設計數據記錄表格，然后再動手實驗，動手實驗還要有如何連接電路，如何使用儀表，如何讀出實驗數據，以及實驗數據處理并分析誤差。最后的結果是，大約三分之一部分同學覺得實驗的形式很好，有難度，有挑戰性，非常好，很有意思，學習物理熱情空前高漲;另有約五分之一就覺得難，太難了，紛紛跟我說他們在中學也是只會做題，動手做實驗的機會非常少。對我來說，給同學們布置這樣的實驗任務。一部分同學發揮了自己的創造才能，鍛煉了思維，鍛煉了動手能力。而那一小部分同學，至少也認真預習了實驗內容，而不是像有的時候即便不預習實驗，按照詳細的實驗講義，“按圖索驥”，也能勉強完成實驗。培養學生基本的科學實驗能力、實驗設計能力、動手能力、分析判斷能力，閱讀理解實驗器材說明書的能力、書寫表達能力等。在大學物理實驗中，一方面重視基礎的驗證性實驗，另一方面對設計性綜合實驗應加大力度，以克服學生按照驗證性實驗的思路，根據實驗目的和既定的實驗步驟，機械化、按部就班地完成實驗的弊端。在設計性綜合實驗中，強調學生運用大學物理理論知識獨立設計實驗方法，并運用誤差理論對實驗結果進行分析。只有重視實驗，對學生有明確的要求，結合大學物理理論教學中的研究性學習，才能上好大學物理實驗課，收到較好的教學效果。

[參考文獻]

[1] 張淳民.大學物理課程體系、教學內容、教學方法改革的實踐探索[J].大學物理，2000（03）.

[2] 趙輝，趙洪亮，趙國斌，荀顯超，林萬峰.非物理專業大學物理教學改革實踐與探究[J].物理通報，2019（02）.