淺談大學(xué)物理教學(xué)中的比較法

陳紅葉 劉協(xié)權(quán) 趙建君 馮蒙麗

(石家莊軍械工程學(xué)院基礎(chǔ)部 河北 石家莊 050003)

作為工科各專業(yè)的公共基礎(chǔ)課——大學(xué)物理是培養(yǎng)科技人才和各類工程技術(shù)人員的基礎(chǔ).培養(yǎng)學(xué)生的物理思想和物理研究方法對創(chuàng)新意識和開拓精神是不可或缺的.可以說，在教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力和處理解決問題的能力與學(xué)會知識內(nèi)容、規(guī)律、結(jié)論等同樣重要.課堂上，對理論內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程就是這種能力的養(yǎng)成過程.若教學(xué)過程中，教師能夠加以啟發(fā)引領(lǐng)，必然能夠達到更為理想的教學(xué)效果．將各個知識點之間經(jīng)常進行聯(lián)系與比較，對教學(xué)內(nèi)容的理解和把握會有很大的幫助．下面，我們就比較法在物理教學(xué)中的應(yīng)用作一簡單介紹．

1 概念和規(guī)律的類比

教學(xué)過程中，我們注意了利用已有概念引出新概念，通過和已掌握的概念的對比，使得對新概念易于理解和接受，進而能順利地應(yīng)用新概念解決問題．

1.1 力學(xué)部分

牛頓定律作為經(jīng)典力學(xué)的基石，決定了物體運動狀態(tài)及其后續(xù)運動狀態(tài)的預(yù)測．動量、動能、角動量等概念和相關(guān)規(guī)律都可以視為該定律的引伸和擴展．力學(xué)教學(xué)中，很多概念可以通過類比理解其內(nèi)涵．

例如：m表示質(zhì)量，對質(zhì)點即是慣性的量度，v則是速度，a是加速度；J是轉(zhuǎn)動慣量，衡量物體轉(zhuǎn)動的慣性大小，ω是轉(zhuǎn)動速度，β是轉(zhuǎn)動的加速度．

動量p=mv用來衡量平動運動強度；角動量L=Jω用以衡量轉(zhuǎn)動運動的強度．

力F=ma是平動慣性大小與(平動)加速度的乘積；力矩M=Jβ是轉(zhuǎn)動慣性大小與(轉(zhuǎn)動)加速度的乘積．

力學(xué)中，平動與定軸轉(zhuǎn)動可相比較的概念和規(guī)律還有很多．不難看出運動規(guī)律的外在表現(xiàn)形式雖有上述的平動與轉(zhuǎn)動之分，但卻沒有本質(zhì)的差別．通過比較來學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)比較難以接受的轉(zhuǎn)動運動的內(nèi)容時，更容易理解問題的物理內(nèi)涵和本質(zhì)，從而使新的學(xué)習(xí)內(nèi)容更順利進行．

1.2 電磁學(xué)部分

電學(xué)和磁學(xué)雖然關(guān)系密切，都以場的形式存在，都是空間和時間的函數(shù)，都具有可入性和疊加性，但由于靜電場的源是靜止的電荷元，而恒定磁場的源是運動的電荷或電流元，所以使得磁場的學(xué)習(xí)較電場不易理解．如果注意其相關(guān)的概念和規(guī)律之間的頗多相似之處，便可以對磁場內(nèi)容理解得更深入更透徹、掌握得更好，使教的過程和學(xué)的過程同步受益．

例如：介電常量描述材料本身性質(zhì)對電場影響，磁導(dǎo)率描述材料本身性質(zhì)對磁場影響．

利用電場的疊加原理求電場分布的方法是

利用磁場的疊加原理求磁場分布的方法與之異曲同工，即

此外，電場的高斯定理、環(huán)路定理、能量密度、介質(zhì)中電場等概念無一不與磁場中的對應(yīng)概念十分形似．

2 比較不同模塊的內(nèi)容

大學(xué)物理的內(nèi)容包括：力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)和原子物理五個主要部分．其中力學(xué)部分處理了機械運動的內(nèi)容；熱學(xué)則從宏觀和微觀兩個角度解釋了熱現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律；光學(xué)以光的電磁特性為起點，依據(jù)波的特性處理了波動光學(xué)內(nèi)容；電磁學(xué)研究了電磁運動的規(guī)律及場與物質(zhì)的相互作用．除去研究內(nèi)容的不同，使用領(lǐng)域的差異，大學(xué)物理中的內(nèi)容還有一個共同的特點就是基于其學(xué)科的基礎(chǔ)性，內(nèi)容安排主要是各部分的入門知識，研究內(nèi)容大多是依據(jù)一些理想化的模型．這些理想的模型只突出主要特征而忽略了問題的次要矛盾，相對于真實具體的問題.若對理想模型的研究抓住了本質(zhì)規(guī)律便可降低學(xué)習(xí)難度．將這些理想模型在學(xué)習(xí)之初作橫向?qū)Ρ嚷?lián)系，有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)信心、提升學(xué)習(xí)興趣、從宏觀上把握知識體系、甚至提供研究的思路．下面給出大學(xué)物理各部分的理想化的模型．

質(zhì)點：只有質(zhì)量沒有大小，體積為數(shù)學(xué)上的點．

剛體：形狀永不發(fā)生變化的物體．

簡諧振動：理想化的運動方式，受線性恢復(fù)力作用，能量不發(fā)生衰減．

平面簡諧波：最簡單、最基本的行波，各質(zhì)點均做簡諧振動．

理想氣體模型：忽略氣體分子間的相互作用.

點電荷：只有電荷沒有大小和體積為數(shù)學(xué)上的點.

3 數(shù)學(xué)知識應(yīng)用的比較

大學(xué)物理中，數(shù)學(xué)知識應(yīng)用最多的是矢量運算與微積分知識．把握數(shù)學(xué)背后的物理意義含義，對各個物理量的認識理解無疑有很大好處．

位移、速度、加速度、力、動量、力矩、角動量、沖量、電場強度、磁感強度等都是矢量，都既有大小又有方向，可以在各個坐標(biāo)系中進行合成與分解．使得教學(xué)中的難點，如簡諧振動的合成、波的干涉、電場強度、磁感強度等的計算更易于理解和接受．

微積分是貫穿整個大學(xué)物理中的數(shù)學(xué)手段，在力學(xué)、熱學(xué)和電磁學(xué)中應(yīng)用比較多．尤其是在電磁學(xué)中，應(yīng)用電場強度的疊加原理求電場強度和應(yīng)用磁感強度的疊加原理求磁感強度的思路方法非常相似．不僅解題思路的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相似，而且對微元的選取也有很好的一致性.在學(xué)習(xí)完靜電場后對恒定磁場的繼續(xù)學(xué)習(xí)有非常好的參考價值．

4 結(jié)論

物理教學(xué)不是對概念描述的文字堆砌，也不是枯燥乏味的公式方程.物理學(xué)理論是自然奧秘表現(xiàn)形式的一種，品味物理的樂趣，體現(xiàn)在對物理學(xué)美感的欣賞上.物理教學(xué)能夠出于簡單而歸于深奧，是物理學(xué)知識普及的一個更高的境界.對物理教學(xué)要達到的目標(biāo)與追求，比較的方法是一條捷徑．