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应用型民办高校的大学物理教学改革

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发布日期:2018-07-19 17:27

摘要]为加强新建应用型本科高校大学物理课程的建设,推进大学物理课程的教学改革,提高课堂教学效果,结合新建应用型本科高校教学的特点,谈谈这几年大学物理教学的体会和对大学物理教学过程中几个问题的探索,提出了六条建议。

关键词]大学物理;教学;改革

物理学是自然科学的基础,是人类探索自然奥秘的过程中形成的一门学科。物理学对人类生活和科技发展发挥着重要的作用。该门课程是以培养学生的知识、能力、素质协调发展为目标的一门学科,是理工科各大学必修的一门基础课程之一。该门课程既可以为后期的专业课学习奠定坚实的基石,又可以培养学生观察、探索能力、逻辑思维能力、实践操作能力等各方面的综合素质。当前国内大学物理教学状况:(1)很多大学正在不断地缩减大学物理教学的课时,笔者认为这是不可取的。大学物理除了对于教材内基础知识和理论的学习之外,教师应引导学生对实验的探索和传授当代物理学科的最先进成果,以及引导学生对物理的思考和探索;(2)很多学生甚至教师本身对物理的认识不够,觉得大学物理与实际生活结合的不紧密,用处不是很大;(3)学生对物理的学习缺少兴趣,部分学生对物理学习抱着畏惧的心态;(4)教师的综合素质不高,缺乏对先进物理知识的了解和缺乏实践经验;(5)教学方法上存在着不足,国内很多大学的物理教学仍然是以教师为中心,教师缺乏引导和互动,学生的学习缺乏主动性和积极性;(6)我国国内的很多民办高校,学生入学门槛比较低,学生缺乏自信。针对当前国内大学物理教学存在的问题,笔者提出了以下观点,以期促进课堂教学效果的进一步提高,推动民办高校大学物理教学改革。

一、讲授物理学史

任何定理定律的发现过程都是曲折的,都可以说是科学家们集体智慧的结晶。通过物理发展史的讲授,让学生懂得任何定理、定律的发现都来之不易,也只有不畏艰难,勇往直前的人才能攀上科学的高峰。激励学生刻苦钻研,不怕艰难,勇于探索。比如说在讲到“动量定理的应用”时,可以介绍如下物理学史:14世纪末,中国明代有一位木匠叫万虎,在几个徒弟的帮助下,造了一只“飞天椅”,万虎让人把它绑在椅子上,并点着火箭,但不幸的是,火箭点完后,他坠地身亡,世界公认万虎是“真正的航天始祖”,20世纪60年代,国际天文学会将月球上的一座环形山命名为“万虎山”,以纪念这位勇士。比如在介绍磁场时,可以介绍奥斯特,他在一次给学生上课时,无意间发现通电导线周围小磁针发生了偏转。法拉第在评论奥斯特的实验时说:“它突然打开了科学领域中一扇黑暗的大门”。法拉第也因此深受启发,他深信自然力的统一,于1831年发现了电磁感应现象。比如说在教授光电效应、光的波粒二象性时,可以介绍人们对光的认识的发展阶段。早期的微粒说和波动说的争执,后在诸多物理学家的共同努力下,光的波动理论学说取得了很大的成功,19世纪中期,麦克斯韦和赫兹找到了光和电磁波之间的联系,奠定了光的电磁理论基础。但在光电效应等实验中,电磁说又遇到了困难。1905年爱因斯坦提出了光量子的概念,从而形成了一种具有崭新内涵的微粒学说。自此人们对光的本性的认识又迈进了一大步,承认了光具有波粒二象性。介绍这些物理曲折的发展过程,可以让学生更热爱物理,热爱科学。对科学家充满敬佩,对科学充满尊重之情。通过讲授物理学史,提高他们对物理学习的兴趣。

二、注重启发式教学

在教授角动量守恒定律时,可以播放芭蕾舞运动员跳芭蕾舞的影片,后提问:为什么刚开始的时候手脚尽量伸展开,当手脚并拢后为什么转速会增加?观看跳水运动员跳水过程的影片,后提问:跳水运动员为什么在空中的时候双手抱漆尽量蜷缩,快要入水的时候手脚又要舒展开?比如在讲系统内力和外力时,内力为系统内部各质点之间的相互作用力、外力为外界各质点对系统内质点作用的力。介绍完概念后,可以问一个问题:“重力是属于系统内力还是外力”,很多概念理解不深刻的同学便会回答:“内力”或者“外力”。这个时候,再告诉他们重力是系统内力还是外力,主要取决于系统,不能离开系统而盲目判断重力是内力或者外力?则会让同学们的理解更加深刻。比如说在讲授光电效应内容时,介绍完概念后可提问:“怎么能证明在光照条件下金属表面有电子逸出呢?”学生就会开动大脑思考,在已有的高中知识的基础上,他们马上就会想到验电器,接下去教师可演示实验或者播放动画进行实验模拟,让非常抽象的概念一下子生动具体起来。把同学说带入教学环节,接下去演示光电效应实验。比如在讲授磁场的高斯定理时,问:通过闭合曲面的磁通量为多少?学生可能无法一下子回答这个问题,这个时候教师就要进行引导学生思考三个问题:(1)磁通量的定义(通过某个面的磁感线的数目);(2)磁感线的特点:磁感线是无头无尾的闭合曲线(此时最好结合多媒体资源,放映一些磁感线穿过闭合曲面的图片);(3)磁感线正负值问题或者对于闭合曲面正法向单位矢量的规定:曲面上某电的法线矢量的方向是垂直指向曲面外侧的。通过以上问题的分解和引导,让学生自己得到结论:穿过任意闭合曲面的磁通量必为零。通过启发式教学,让学生以主人翁的态度主动探讨、动脑思考;通过问题式的引导,也提高了他们对物理学习的兴趣。

三、理论联系实际

例如,在讲内力不能改变质点系的动量时,可以举同学们最爱的溜冰运动为例,两个人静止地站在溜冰场上(假设溜冰场地面绝对光滑),两人互相推了一下,一个人的动量向前,一个人的动量向后,大小相等,故质点系的合动量为零,同时也可以启发同学思考,那么两个人互相推后,质点系的总动能呢?来帮助同学区分动量和动能之间的区别。在讲授光的干涉后,举阳光下的肥皂泡的例子,光入射到肥皂膜的上下表面,在肥皂膜上下表面反射的反射光进行干涉的结果。在讲到“平均冲力”概念时,可以举飞机与鸟相撞的新闻,一架以3.0×102m/s的速率水平飞行的飞机,与一只身长l=0.2m,质量为0.5kg的飞鸟相撞,设碰撞后飞鸟的尸体与飞机具有同样的速度,而原来飞鸟的速率甚小,可以忽略不计,碰撞时间用飞鸟身长除以飞机速率来估算,那么这只鸟对飞机的平均冲力可达2.25×105N,相当于一个22吨的物体所受的重力。通过具体的数据,同学们不禁会感叹原来鸟对飞机的平均冲力如此之大,对飞机飞行时怕与鸟相撞不再感到不可理解。通过理论联系实际,同学们对平均冲力的理解就会更加深刻。在介绍“纵波和横波”的时候可以介绍下地震波。地震是一个一直困扰着人们的大自然现象,讲授地震波的形成过程,会让学生感受到物理跟我们生活息息相关,学习和掌握物理知识是非常重要和有用的。在热学教学中讲述致冷机和致冷系数时,可以举空调的例子,联系生活实际,让同学们感受到物理与我们的生活息息相关。在讲授薄膜干涉的时候,可以举照相机的表面涂上一层薄膜的例子,使入射光在薄膜的上下表面反射,反射光相互干涉抵消,从而增加透射光。很多镜片上涂上一层薄膜的原因也是如此。介绍“增透膜”和“增反膜”。此时可以与当前的热点问题“薄膜太阳能电池”结合讲授薄膜在工程与工业生产中的应用。在介绍电容器的充放电后,一定要介绍静电除尘、静电分离在工业生产中的应用。让学生感受到物理与工程应用、工业生产紧密联系。很多教师往往是任务式地完成教学,把物理概念介绍完,举例,练习习题,却不介绍物理在当今社会的具体应用,这种教学方法和教学态度是不对的,往往会给学生造成一种假象———“物理应用的地方不多,与生活和生产联系不大。”

四、充分利用多媒体教学资源

在教学过程中,合理地利用flash动画,ppt,影视对物理教学中抽象、复杂的知识和过程进行辅助教学,反复播放过程的模拟,达到了图、文、声、像并用的情景教学效果,把很多抽象的物理过程清楚、逼真、形象地模拟出来。有效地帮助学生克服在形成表象过程所遇到的困难,丰富思维素材。把复杂、抽象难懂的物理现象借助多媒体的教学资源变成简单、具体形象的图、文、声像表达出来,激发学生们学习的兴趣,使学生的注意力特别集中,提高教学效率。采用计算机多媒体资源,比如在讲授力学速度这个概念时,速度的方向与在时的极限方向一致,这个表达很抽象,这个时候采用flash动画播放时间越来越小时,速度的方向趋于与一致,与轨道相切,虽然没办法完全表达出趋于0的画面,但是很接近,同学们对这个概念的把握已经深入很多了。再比如讲授到角动量守恒定律时,播放跳芭蕾舞的过程和跳水运动员跳水的过程,不仅可以引起同学们的兴趣,还可以帮助他们理解这个过程角动量守恒,转动惯量和角速度的变化情况。在讲授简谐振动时,用flash模拟播放旋转矢量,使得旋转矢量这个抽象的概念通过动画的播放模拟,让同学们可以非常形象地了解到它的概念和特征。形象地看到旋转矢量的运动情况———作圆周运动,旋转矢量末端投影的运动情况———作简谐振动。大脑对图形的印象是最深的,通过动画的播放让学生印象深刻,理解深入。

五、充分发挥演示实验在大学物理教学中的作用

演示实验是大学物理教学的重要教学辅助,主要是任课教师来演示,学生来观察现象、总结规律的表演示范性实验。教师在课前要准备好,课前要先演示,想好要提醒学生注意观察的实验现象和要提问的问题,引导学生通过观察实验现象,探讨教师提出来的问题从而进一步理解物理概念,物理定律,逐渐引导学生进入物理世界。比如在讲授光的圆孔衍射、单缝时,可以自制实验道具,通过简单的实验道具演示,让学生理解更加深刻。比如,光的偏振性问题,学生对这个概念完全抽象,通过演示实验:光分别通过一片偏振片,两片偏振片。学生通过实验观察非常清楚地了解到了光的偏振性。比如驻波,平时生活中对驻波接触的比较少,通过简单的实验演示可以让学生,非常清楚地了解到什么是驻波,驻波的特点,什么情况下会产生驻波,以及驻波的节点、波腹的概念。再比如说在讲到拍这个概念,由于概念比较抽象,如果用演示实验演示一下,不仅激发了学生们学习的兴趣,还可以让他们理解地更加深刻。通过演示实验,不使学生手、眼、脑并用,还加深了对物理知识、物理概念、物理方法的理解和掌握。

六、开展物理竞赛

由于国内很多民办高校的入学门槛比较低,学生的基础水平比较差,学生本身对学习缺乏自信心,尤其是对物理学习充满了畏惧心理。物理教学在国内很多名办高校效果都不如意。通过开展物理竞赛,让学生重拾学习物理的信心,提高学习的兴趣和热情。活动期间可以让学生自主研究、探讨,提高他们学习的主动性。笔者所在的民办高校自开展了物理竞赛,教学效果明显提高。开展物理竞赛要注意以下几个方面:(1)物理竞赛可以分成初赛、决赛、附加赛等多轮环节,由易到难;(2)物理竞赛内容覆盖面要广,涉及到各个专业各个领域的知识;(3)参赛人员的覆盖面一定要广,这样才能起到推动整个物理教学的作用;(4)比赛的形式一定要多样,可以分为选答环节、必答环节、抢答环节,这样才能激发学生的兴趣;(5)竞赛题目的形式要多样,可以有课内的和课外的,课内的内容覆盖到力、热、光、电、磁、原子物理、近代物理,课外的内容覆盖到生活常识、生活百科、生物,医学等;可以有理论计算的,动手实验的题目。在开展物理竞赛的同时推动物理竞赛题库的建设,同时建立一支物理竞赛导师队伍;(6)奖品和奖励的设置也不可缺少。

七、结语

我国当前大学物理教学改革还处于发展和摸索阶段,为了让大学物理课程教学与专业课教学、与工程应用结合得更加紧密,需要不断地改进教学,提高课堂教学效果。但笔者相信,如果在上述几个方面都做得日臻完善了,大学物理的教学质量肯定会明显提高。

参考文献:

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[4]王文好.演示实验在物理教学中的地位和作用[J].大学物理实验,2007(2).

[5]吴小林,赵克波.演示实验在物理教学中的作用及设计要求[J].物理教学探讨,2007(10).

作者:范丽琴 单位:厦门工学院

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