導(dǎo)語：大學(xué)物理課程教學(xué)常見問題分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］“大學(xué)物理”作為國內(nèi)外理工科學(xué)生的必修基礎(chǔ)課，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實驗、抽象思維、分析解決問題的能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)?！按髮W(xué)物理”也是科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員的必需基礎(chǔ)知識。討論“大學(xué)物理”教學(xué)過程中，如何加強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維、獨立解決問題能力的訓(xùn)練，如何鼓勵學(xué)生運用新方法、數(shù)學(xué)工具解決物理問題，以及如何系統(tǒng)學(xué)習(xí)物理課程等問題。

［關(guān)鍵詞］大學(xué)物理；邏輯思維；數(shù)學(xué)工具；物理模型

“大學(xué)物理”是大學(xué)理工科學(xué)生的一門公共基礎(chǔ)課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以熟悉自然界物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、相互作用及其運動的基本規(guī)律，為后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)與專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定必要的物理知識基礎(chǔ)。例如，“大學(xué)物理”課程中涉及運動學(xué)、動力學(xué)、動量能量守恒以及剛體力學(xué)等力學(xué)部分的基礎(chǔ)知識，這是與機(jī)械相關(guān)專業(yè)學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)“理論力學(xué)”“流體力學(xué)”等專業(yè)的基礎(chǔ)?！按髮W(xué)物理”課程中的熱學(xué)部分是化工及材料專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課的重要基礎(chǔ)之一，因此，理工科學(xué)生有必要把“大學(xué)物理”課程學(xué)通、學(xué)精，為專業(yè)課奠定堅實的基礎(chǔ)。筆者總結(jié)了在“大學(xué)物理”課程的教學(xué)過程中遇見的一些問題及相應(yīng)的解決辦法，這里與讀者朋友們分享。

一、加強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維訓(xùn)練

“大學(xué)物理”課程本身具備較強(qiáng)的邏輯性，邏輯思維方法是分析和解決物理問題的關(guān)鍵。將邏輯關(guān)系、邏輯思維蘊于“大學(xué)物理”教學(xué)之中，是培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力的主要途徑之一。例如，教師在知識點講解過程中，會詳細(xì)介紹相關(guān)公式的推導(dǎo)過程，同時闡述公式的來源及其應(yīng)用范圍，這對學(xué)生對相關(guān)知識點的理解非常重要。如果學(xué)生對公式的推導(dǎo)過程不夠了解，對公式的理解不夠透徹，這將大大增加相關(guān)物理知識點及公式運用的難度。在解決物理問題中，也需要具有較強(qiáng)的邏輯性，不然會造成思路混亂，無從下手的局面。因此，在“大學(xué)物理”教學(xué)過程中，加強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維訓(xùn)練，在例題及習(xí)題的講解過程中，幫助學(xué)生總結(jié)解決問題的思路是極其必要的，對學(xué)生其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)也是有幫助的。培養(yǎng)邏輯思維的方法有很多，例如比較歸類法、歸納演繹法、假說法等。這里以比較歸類法為例，闡述其在“大學(xué)物理”教學(xué)過程中的運用。通過比較不同研究對象運動狀態(tài)的特征，歸納出這些研究對象共同的運動規(guī)律；或者改變某一物理條件，分析比較其對研究對象運動狀態(tài)的影響，歸納出物體運動狀態(tài)對物理條件的響應(yīng)規(guī)律，進(jìn)而可以對研究對象的運動規(guī)律進(jìn)行深層次的分析和認(rèn)識。這種比較歸類法是培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力的常用方法之一。

二、加強(qiáng)數(shù)學(xué)工具的運用

縱觀物理學(xué)發(fā)展史，物理學(xué)的每一次重大革命，往往伴隨著新數(shù)學(xué)理論的引入。力學(xué)革命稱得上是第一次物理革命，需要研究天體運動這一物理現(xiàn)象。牛頓提出了萬有引力理論，而且還提出微積分這套新的數(shù)學(xué)方法來描寫萬有引力理論；電磁革命是第二次物理革命，麥克斯韋發(fā)現(xiàn)了一種新的物質(zhì)形態(tài)———場形態(tài)物質(zhì)；愛因斯坦的廣義相對論是第三次物理革命，這些都需要數(shù)學(xué)理論的支撐。量子革命作為第四次物理革命，揭示了世界中真實存在的既不是粒子也不是波，但又是粒子又是波的物質(zhì)，這需要建立在數(shù)學(xué)中的線性代數(shù)理論基礎(chǔ)之上的量子力學(xué)來解釋。當(dāng)然，數(shù)學(xué)的發(fā)展也常常得益于物理學(xué)問題的提出，數(shù)學(xué)與物理之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系。高等數(shù)學(xué)是“大學(xué)物理”的基礎(chǔ)，是解決物理問題的基本工具，因此，一般理工科院校需要先開高等數(shù)學(xué)課程，再開大學(xué)物理課程。但一些學(xué)生在高等數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，忽略了數(shù)學(xué)的應(yīng)用價值，而僅僅當(dāng)作公式來記憶。例如，學(xué)生會記住一些常見的微積分公式，但在“大學(xué)物理”中很難運用這些公式來解決問題，積分上下限對應(yīng)的物理意義不夠清楚，積分上下限的設(shè)定存在一定的困難，根本原因在于對微積分所表示的含義不夠清楚。在課時允許的條件下，筆者會在緒論課中歸納總結(jié)在“大學(xué)物理”課程中經(jīng)常用到的微積分、三角函數(shù)、矢量點乘、矢量叉乘等數(shù)學(xué)公式。在“大學(xué)物理”課程的學(xué)習(xí)過程中，很少用到特別復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式。將物理問題轉(zhuǎn)化為一般的數(shù)學(xué)問題，是有規(guī)律可循的，因此對解決物理問題中常用的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行總結(jié)歸納，對于物理問題的解決是極其必要的。鼓勵那些對物理中的數(shù)學(xué)有興趣的同學(xué)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)在物理學(xué)中的應(yīng)用，可以借助一些書籍，例如《物理世界的數(shù)學(xué)奇跡》《數(shù)學(xué)物理方法》[1,2]。將物理問題提煉成數(shù)學(xué)表達(dá)式，這一過程需要以物理模型、物理概念、物理及數(shù)學(xué)公式為基礎(chǔ)，例如，真空中一個帶電球體，其電荷分布具有球?qū)ΨQ性，利用靜電場高斯定理可以求解其電場的分布規(guī)律，這一過程需要用到電荷均勻分布的球殼模型、電通量概念、靜電場高斯定理的公式、體積分?jǐn)?shù)學(xué)公式等。但難點在于，電荷呈球?qū)ΨQ分布，即同一半徑的球面上電荷分布情況相同，要準(zhǔn)確表達(dá)出某一高斯面內(nèi)的電荷量。柱殼模型與球殼模型相似，也是電磁學(xué)部分經(jīng)常用到的物理模型，通過對比分析，熟練掌握這些重要的物理模型，對解決電磁學(xué)相關(guān)問題是十分必要的。

三、培養(yǎng)學(xué)生建立和使用物理模型

“大學(xué)物理”課程涉及的很多問題都是建立在理想條件和理想模型基礎(chǔ)之上的，例如，自由落體運動，忽略空氣阻力；彈簧振子的簡諧振動，忽略摩擦和阻力，彈簧視為輕彈簧；簡諧平面波傳播過程中，忽略介質(zhì)對能量的吸收等。在學(xué)習(xí)電磁學(xué)部分時，經(jīng)常需要用到電荷均勻分布的球面、球體、均勻帶電的無限長直導(dǎo)線、無限長圓柱體、無線大均勻帶電平面等理想的物理模型。運用這些物理模型可以方便解決問題，學(xué)生自己建立這些模型是非常不容易的，需要教師的引導(dǎo)和詳細(xì)講解這些模型的建立方法、使用條件等。這些模型在使用過程中，也往往需要用到微積分、面積分和體積分。部分學(xué)生對積分的物理意義不夠了解，根本原因在于對物理模型理解得不夠透徹，因此，積分的上下限很難與物理量相對應(yīng)，難以用數(shù)學(xué)語言表達(dá)物理問題。但“大學(xué)物理”課程中涉及的理想條件與模型并不是特別多，也并不復(fù)雜，通過例題的講解可以幫助學(xué)生認(rèn)識到理想條件和模型是有利于簡化問題、易于理解的。并且在這些物理模型使用過程中，需要的數(shù)學(xué)表述方式也是比較固定的、有規(guī)律的。通過例題和習(xí)題的講解，大學(xué)生是有能力完全掌握和運用“大學(xué)物理”課程中所涉及的理想條件和物理模型的。

四、培養(yǎng)學(xué)生獨立解決問題的能力

目前，多數(shù)教師使用多媒體教學(xué)，課上講授內(nèi)容豐富，學(xué)生看得比較清楚；但一堂課下來，學(xué)生動筆的機(jī)會很少。這需要學(xué)生本身具有較強(qiáng)的主動性，課下能夠自己動筆解決問題，鞏固課上所學(xué)知識內(nèi)容。中學(xué)階段很多學(xué)生都經(jīng)歷了題海的訓(xùn)練，而大學(xué)階段學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容較多，很少有學(xué)生還有時間做大量的課外題，但這并不意味著“大學(xué)物理”只聽課就好，畢竟大學(xué)的知識內(nèi)容繁多，如果沒有及時消化吸收，久而久之，會影響后續(xù)的學(xué)習(xí)效果。例如，在課程講授過程中，教師會強(qiáng)調(diào)電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量性，因此積分時需要用到矢量積分，但學(xué)生在學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)時，未涉及矢量性，因此電場和磁場的矢量性很容易被忽略。有的學(xué)生課上覺得聽懂了，要考慮電場和磁場強(qiáng)度的矢量性，但課下沒有及時進(jìn)行練習(xí)鞏固，沒有及時消化所學(xué)知識，對重要的知識點會越來越生疏，遇到實際問題時，電場和磁場強(qiáng)度的矢量性很容易被忽略，最終很難獨立解決相關(guān)的物理問題，這給后期相關(guān)專業(yè)課的學(xué)習(xí)造成障礙。在中學(xué)階段，有的學(xué)生是在家長和老師的督促下完成功課的，也經(jīng)歷了大量習(xí)題的高強(qiáng)度訓(xùn)練。但大學(xué)階段主要靠學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，獨立完成課后作業(yè)，這就需要學(xué)生具有較強(qiáng)的主動性。大學(xué)階段，學(xué)生課后及時完成作業(yè)仍然是十分必要的，通過完成作業(yè)可以發(fā)現(xiàn)、解決學(xué)習(xí)過程中存在的問題。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)也是一個值得推薦的學(xué)習(xí)方式。目前網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的機(jī)會較多，教師可以引導(dǎo)學(xué)生有效利用網(wǎng)絡(luò)資源補充鞏固課堂所學(xué)內(nèi)容。無論是通過完成作業(yè)、借助網(wǎng)絡(luò)課程,還是學(xué)生自行搜索習(xí)題，都需要認(rèn)真的歸納總結(jié)重要的知識點、解題思路，這樣才能達(dá)到舉一反三的目的。系統(tǒng)的歸納總結(jié)可以節(jié)省很多做題庫的時間；歸納總結(jié)可以幫助學(xué)生解決同一類型的若干問題；歸納總結(jié)是提升學(xué)習(xí)能力的一個重要途徑。學(xué)生主動學(xué)習(xí)需要興趣的支撐，課下才能去探索、解決物理問題，幫助消化和理解重要的理論知識。筆者會適當(dāng)?shù)貙⒁恍┡c物理課程內(nèi)容相關(guān)的生活常識融入課程之中，學(xué)生感覺到大學(xué)物理知識是非常有用的，無處不在的，這樣有利于提高學(xué)生對“大學(xué)物理”課程的學(xué)習(xí)興趣。另外，教師也可以向?qū)W生推薦一些課外閱讀材料[3，4]，讓學(xué)生了解物理在工程技術(shù)中的應(yīng)用，這樣可以擴(kuò)展學(xué)生的知識面，也可以有效地激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)問題的興趣。興趣是學(xué)生自覺、獨立解決實際問題的源動力。

五、鼓勵學(xué)生運用新方法

中學(xué)階段的物理課程是“大學(xué)物理”的重要基礎(chǔ)，如果清楚學(xué)生在中學(xué)階段的基礎(chǔ)，明確哪些解決問題的方法對于學(xué)生來講是新方法，這樣教師可以有針對性的指導(dǎo)學(xué)生對新理論新方法的理解和運用。部分學(xué)生覺得自己已經(jīng)熟練掌握了中學(xué)階段的解決問題方法，對“大學(xué)物理”中的新方法比較陌生，因此更愿意選擇自己較熟悉的方法。但是，我們都知道,中學(xué)階段所接觸到的物理問題多為特殊條件下的物理現(xiàn)象，例如，速度恒定的直線運動、加速度恒定的勻加速直線運動、勻速圓周運動、勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場等特殊條件下的物理問題。而“大學(xué)物理”中解決的問題更具有一般性，例如，速度、加速度的大小方向都可以隨時間、運動軌跡改變而發(fā)生變化，而不僅僅局限于直線和圓周兩種情況，可以是一般的曲線形式；電磁場作為點函數(shù)，場的強(qiáng)弱和方向都可以是變化的。因此，相對中學(xué)階段的物理，“大學(xué)物理”中的新方法新理論是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，學(xué)生只有理解了才能接受和運用。教師教學(xué)過程需要側(cè)重講解學(xué)生未接觸過的新方法新理論。有的學(xué)生遇到運動學(xué)問題，經(jīng)常忽略速度及加速度的矢量性，忽略物理量大小隨時間的變化規(guī)律，而直接作為常量處理；在動力學(xué)中，牛頓第二定律的矢量性也經(jīng)常被忽略。在學(xué)習(xí)振動及波動理論中，需要求解振子的初始相位，中學(xué)階段利用初始位移和初始速度兩個方程聯(lián)立的方法可以進(jìn)行求解初始相位。但“大學(xué)物理”中講授了旋轉(zhuǎn)矢量法，該方法用于求解振子的初始相位既方便又直觀，大大提高了求解速度。然而，一部分學(xué)生固守于中學(xué)階段的解題方法，認(rèn)為自己已經(jīng)熟練掌握了中學(xué)階段的代數(shù)法，對于旋轉(zhuǎn)矢量法比較陌生，有的學(xué)生甚至排斥新方法，不愿意接受新方法新理論。這時需要教師舉實例，幫助學(xué)生比較旋轉(zhuǎn)矢量法與代數(shù)法的不同，幫助學(xué)生了解旋轉(zhuǎn)矢量法的優(yōu)勢，這樣可以有效鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)使用新方法新理論。

六、鼓勵學(xué)生勤學(xué)好問

學(xué)生為了高考，寒窗苦讀十余年，把未來的大學(xué)生活想象得很輕松自由。然而，大學(xué)階段學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)較重，尤其是低年級階段，每一學(xué)年都開設(shè)多門課程，這與學(xué)生曾經(jīng)所期待的大學(xué)學(xué)習(xí)生活明顯不同。因此，一些學(xué)生心理出現(xiàn)明顯落差，上課聽課不夠?qū)Ｐ?，課后不積極復(fù)習(xí)，這直接影響了學(xué)習(xí)效果。這時，學(xué)生需要家長和老師的鼓勵和引導(dǎo)，不然學(xué)生的后期學(xué)習(xí)容易脫軌，甚至影響學(xué)業(yè)的完成。目前，我國不同省份不同地區(qū)對中學(xué)階段物理要求程度不同，甚至中學(xué)階段所講授的物理課程范圍存在較大差別。學(xué)生在中學(xué)階段普遍學(xué)習(xí)力學(xué)基礎(chǔ)知識，但有的學(xué)生在中學(xué)階段沒有接觸過磁學(xué)，有的沒有接觸過光學(xué)或者熱學(xué)。如果學(xué)生不了解某些章節(jié)的基本概念，學(xué)習(xí)“大學(xué)物理”課程會更加困難，因此，在講授電磁學(xué)、光學(xué)及熱學(xué)部分時，筆者會先了解學(xué)生在中學(xué)階段的學(xué)習(xí)程度及范圍，在課堂上相應(yīng)的介紹相關(guān)的基本概念。大學(xué)的學(xué)生來自五湖四海，學(xué)生基礎(chǔ)、學(xué)生接受能力存在較大差異?！按髮W(xué)物理”課程有時還會合班上課，學(xué)生較多，這加大了教師講授課程的難度，因此教師應(yīng)鼓勵學(xué)生課下與教師、同學(xué)共同探討問題。但由于各種原因，有的學(xué)生遇到不懂的問題不肯請教別人，自己又沒能找到正確解決問題的方法，這樣積累下來，后面的章節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)起來愈發(fā)困難，因為很多章節(jié)之間是具有關(guān)聯(lián)性的。有的學(xué)生學(xué)習(xí)看似很努力，也很辛苦，花了很多時間，但由于方法不當(dāng)學(xué)習(xí)效率較低，這樣會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)習(xí)成績好壞可能是一時的，掌握高效的學(xué)習(xí)方法會讓學(xué)生終身受益。因此，教師在講授課程的過程中，可以鼓勵學(xué)生課后多交流，共同探討高效的學(xué)習(xí)方法。

七、鼓勵學(xué)生進(jìn)行專業(yè)化的學(xué)習(xí)

“大學(xué)物理”課程中涉及的知識面較廣，包括力、熱、電、磁、光等內(nèi)容，部分學(xué)生對“大學(xué)物理”課程中某一章節(jié)具有較為濃厚的興趣，針對這類學(xué)生筆者會建議學(xué)生查閱力學(xué)[5]、光學(xué)[6]、電磁學(xué)[7]，熱學(xué)[8]等物理專業(yè)的相關(guān)書籍，或建議他們?nèi)ノ锢韺I(yè)課堂聽課學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生專業(yè)系統(tǒng)的物理課程學(xué)習(xí)。有學(xué)生對光學(xué)部分興趣濃厚，隨后進(jìn)行光學(xué)專業(yè)課、晶體光學(xué)專業(yè)課的學(xué)習(xí)，這對后面從事晶體等材料科學(xué)方面的研究工作是十分有利的。通過“大學(xué)物理”中熱學(xué)部分基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，后續(xù)可以學(xué)習(xí)熱學(xué)及熱力學(xué)統(tǒng)計物理等專業(yè)課，對于化工和材料等專業(yè)學(xué)生來講，這是拓展其相關(guān)專業(yè)知識的一個有效途徑。系統(tǒng)的學(xué)習(xí)某些物理專業(yè)課無論是對打算考研究生的學(xué)生還是就業(yè)的學(xué)生，都是非常有利的。

八、總結(jié)

“大學(xué)物理”課程作為國際通用的自然科學(xué)基礎(chǔ)課，包括的知識模塊較多，不同模塊的研究對象差異較大，這給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來一定的困難。中學(xué)階段學(xué)生對經(jīng)典力學(xué)部分進(jìn)行了大量的練習(xí)，但中學(xué)階段處理經(jīng)典力學(xué)問題的方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到“大學(xué)物理”中力學(xué)部分所要求的深度，“大學(xué)物理”學(xué)習(xí)過程中必須系統(tǒng)掌握新方法來分析解釋一般的物理規(guī)律。然而中學(xué)階段的高強(qiáng)度訓(xùn)練給學(xué)生造成了一些“固有”的思維和方法，這給“大學(xué)物理”課程中新方法的學(xué)習(xí)帶來一定困難。例如，運用高等數(shù)學(xué)中的微積分來處理物理問題，是“大學(xué)物理”學(xué)習(xí)過程中的一大難點，這需要學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。但通過師生的共同努力，這些問題是可以解決的，注重邏輯思維的訓(xùn)練，敢于接受和運用新的理論和方法，通過數(shù)學(xué)公式厘清物理本質(zhì)，勤思考勇探討多動筆，可以逐步提高獨立解決物理問題的能力。相信每次問題的解決，都是自身科學(xué)素養(yǎng)的提升、開創(chuàng)精神的升華。

參考文獻(xiàn)

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作者：項陽 單位：華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院