李爱云

（枣庄学院 光电工程学院，山东 枣庄 277160）

大学物理教学方法的几点探讨

李爱云

（枣庄学院 光电工程学院，山东 枣庄 277160）

为提高大学物理的教学效果提出了几点建议,重视微积分和矢量运算的作用,重视物理图景对理解公式定理的作用,重视近代物理对提高学习物理兴趣的作用,同时重视学生团队的作用.

大学物理教学；微积分和矢量运算；物理图景；近代物理

大学物理是理工科学生的一门专业必修课,更是一门科学素质课.物理学是自然科学的基础学科,是科学技术发展的先导,对人类未来的科技发展将起到重大作用.物理学中体现的科学思维方式以及认识论和方法论,对学生的文化修炼、素质及能力的培养已起到重要的推动作用.能否学习好大学物理,不仅关系到学生的专业发展,更关系到他们的视野和思维方法.本文根据大学物理的学科特点,就如何提高教学效果提出几点建议和方法.

1 微积分和矢量运算在大学物理中的应用

大学物理中许多定理规律在中学阶段接触过,但仍有很多同学反映这门课程很难.究其原因,不难发现这是由于中学物理中遇到的大都是常量和标量，而大学物理中则往往是变量和矢量,与中学物理处理问题的很大不同之处在于，大学物理中更多地需要运用到微积分和矢量运算[1].

1.1运用微积分思想解决实际复杂问题时,首先要帮助学生理解定积分的真正物理意义，例如要计算质点在做变速曲线运动的路程时，定积分符号的意义实质上就是极限与求和符号的缩写.处理实际问题时，要先化整为零,把它分割成无穷多个小的时间或空间的微元,然后再积零为整解决问题；其次在大学物理中会遇到许多微元,如空间上有线元,面元,体元,角元;物理过程中有时间元;物理量中有质点的元位移、元电荷产生的元电场、元电势；元电流产生的元磁场、元磁通量等.选择合适的微元,会起到事半功倍的效果.如计算半圆盘的质心rc=∫rdm/M，其中dm=σ·ds，σ为面密度，ds为面元.若半圆盘质量均匀ds有以下(A) -(F)六种常用的选择方法.若圆盘质量不均匀，则应根据面密度的分布特点选择适当的面元，如：σ=σ (y)时，应如(A)图或(B)图选择面元;σ=σ(x)时,应如(A)图或(C)图选择面元;σ=σ(θ)时,应如(D)图或(E)图选择面元;σ=σ(r)时,应如(D)图或(F)图选择面元.可见在大学物理中熟练掌握微元的选择技巧非常重要.

1.2 中学阶段就已掌握质点做匀速率圆周运动时具有向心加速度a=v2/r,大学时通过分析速度矢量的变化得到:质点做圆周运动时的加速度可以分解为由速度大小变化引起的切向加速度at=dv/dt和由速度方向变化引起的法向加速度an=v2/r.还有本文以下提到的万有引力做功和动能定理的推导,理解类似公式需要学生熟悉矢量的特点和运算方法,需要重点强调:矢量既有大小又有方向,矢量的变化包括大小和方向两方面的变化.

2 重视物理图景教学,理解物理意义

大学物理中的确有许多概念和公式,但大学物理绝不是这些概念和公式的集合.如果不理解这些公式所描绘的物理世界,头脑中没有清晰的物理图景,学生就不会对具体的物理现象和物理过程进行具体分析,学习物理变成了枯燥的推导公式、套用公式的过程.这会让学生感到学习物理是一件十分令人厌倦和艰难的事情[2].因此讲授大学物理关键是传授思路和方法,要尽量避免复杂的数学推导,着重突出物理本质,描绘清晰的物理图景.

又比如计算对称轴与匀强电场的场强平行的半球面的电通量,可以直接利用公式但结合电场强度通量的定义（通过电场中某一个面的电场线的数目）可以发现通过半球面的电通量和通过其底面的电通量相等,这就使问题得到了简化.还有:用旋转矢量法描述简谐振动时,可以很方便地找到质点的初相,判断振动速度的方向,比较两个同频简谐振动的步调,以及做振动的合成等.它形象直观,几乎不用数学计算,显然比公式法优越,应重点向学生推荐.

只要理解了公式和概念背后的物理本质,在头脑中形成清晰的物理图景,学生们就会发现物理学是一门与生产生活息息相关的趣味横生的学科,而不是抽象公式的叠加.

3 近代物理是了解科学前沿的重要途径

近年来,大学物理受重视程度逐渐降低,面对学时少、内容多的现状,再加上学生学习经典物理已经很吃力,很多老师逐渐减少甚至放弃了近代物理的教学.然而,近代物理学改变了人类的时空观,是高新技术的基础,许多前沿课题都与近代物理有联系.狭义相对论中基于洛伦兹变换的动尺变短,动钟变慢等结论会让学生感受到科学的神奇奥妙.广义相对论中光线偏折和透镜效应成为探索黑洞的途径之一,让学生感到宇宙星辰并非遥不可及.微观世界的法则量子力学,与我们的生活息息相关.波粒二象性让学生知道了电子也具有波动性,运动电子相应的物质波长比可见光的波长小三四个数量级,所以电子显微镜的分辨本领比普通光学显微镜要大数千倍.互补原理和对应理论是认识世界探索世界的方法,也是一种哲学观点.

讲授近代物理部分,本人认为要更多地渗透物理学史的知识,融入人文教育[3],以加深学生对物理概念和近代物理发展脉络的理解.另外要多定性描述,少定量运算,以减轻学生的学习负担,保护学习兴趣.总之,近代物理用时少,收效好,它可以开阔眼界,启迪思维,引发好奇心,激发学习兴趣,对提高学生的科学素质有不可替代的重要作用.

4 团结协作，调动学习积极性

在大学物理的教学过程中,应始终以学生为主体老师为主导.老师不应只追求对教学内容做详尽的解说,而更应创设探讨研究的学习氛围和问题情境,引导学生主动思考,充分发挥学生的主观能动性.老师可以将一些教学内容设计成各种形式的问题,供学生课外自学、思考和讨论,锻炼他们的自学能力;对一些还未完全定论或者有争议的学习内容,或物理背景知识要求学生课外查阅图书资料或者上网查阅.学习进展和结论可以小组为单位进行网络或课堂汇报.分组教学可以调动学习积极性,培养学生与人沟通、团结协作的能力,提高学生分析和解决问题的能力,促进全班学生的共同进步,值得广大老师尝试.

总之,大学物理课程在为学生系统地打好必要的专业基础,培养学生树立科学的世界观,增强学生分析问题和解决问题的能力等方面,起着其他课程不能替代的重要作用.所以,我们应不断探索提高教学质量的各种方法,让大学物理在学生的成长过程中更好地发挥应有的作用.

〔1〕罗兴垅,罗颖.独立学院大学物理教学研究[J].大学物理,2010,29(1):54-56.

〔2〕陈三平，谢钢，杨奇，高胜利.如何做好一个合格的高校教师[J].聊城大学学报（自然科学版），2010,23(2):78-85.

〔3〕吕致远.大学物理教学中融入人文教育的思路与实践[J].大学物理,2011,30(8):55-58.

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枣庄学院大学物理系列课程优秀教学团队资助项目(YTD11002)