應(yīng)用型本科大學物理課程教學探討

許雪芬，王志萍

(無錫職業(yè)技術(shù)學院 基礎(chǔ)部，江蘇 無錫 214063)

0 引言

大學物理課程是高等學校理工科各專業(yè)學生的一門重要的通識性必修基礎(chǔ)課，其基本概念、基本理論和基本方法是構(gòu)成學生科學素養(yǎng)的重要組成部分，是一個科學工作者和工程技術(shù)人員所必備的知識基礎(chǔ)[1]。大學物理不同于其它一些公共基礎(chǔ)課，是一門與實際生活聯(lián)系密切和實踐性較強的課程，在培養(yǎng)學生抽象思維，探索精神和創(chuàng)新能力方面起著舉足輕重的作用。大學物理課的開設(shè)，可以為學生四年的系統(tǒng)學習打下堅實的基礎(chǔ)。同時，大學物理課的教學過程在對低年級學生進行“知識”、“能力”、“素質(zhì)”培養(yǎng)和教育方面具有其他課程不可替代的重要作用。

1 應(yīng)用型本科的特點

大學物理所講授的主體內(nèi)容是力、熱、電、光，再輔以介紹部分近代物理內(nèi)容。大學物理的教學體系是在初中、高中階段所講內(nèi)容基礎(chǔ)上進行物理本源的介紹和公式的推導(dǎo)，以及在更復(fù)雜情況下采用更高一級的教學工具——高等數(shù)學來解決一些物理問題，即對初高中學習內(nèi)容的擴展與深入。所以學生在學習之初，普遍認為在中學已學過物理，不知道大學為何還要學，從而造成學習積極性不高，目的性不明確的傾向。

應(yīng)用型本科教育屬于較高層次的技術(shù)教育，它同一般普通本科相比具有鮮明的技術(shù)應(yīng)用性特征。應(yīng)用本科培養(yǎng)的不是學科型、學術(shù)型、研究型人才，而是培養(yǎng)適應(yīng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線需要的高等技術(shù)應(yīng)用性人才。應(yīng)用本科是以適應(yīng)社會需要為目標，以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用能力為主線，設(shè)計學生的知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)方案，以“應(yīng)用”為主旨和特征構(gòu)建課程和教學內(nèi)容體系，重視學生的技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

應(yīng)用本科教育主要給予學生從事某種職業(yè)或生產(chǎn)勞動所需高素質(zhì)高技能的教育?？s小畢業(yè)生就業(yè)與社會需求的差距，實現(xiàn)就業(yè)的無縫對接。這類學校的許多學生往往覺得學物理沒有用，與自己的專業(yè)聯(lián)系不大，對自己將來的影響就不得而知了。同時，應(yīng)用型本科的學生與研究型大學學生相比較，還存在學生基礎(chǔ)相對較差，接受能力和自學能力較弱，學習方法欠妥等特點。

2 改革應(yīng)用型本科大學物理教學的一些措施

2.1 選擇強化應(yīng)用的教材

目前高校的大學物理課程教材眾多，對于應(yīng)用型本科來說，既要沿用經(jīng)典的教材，又要適合應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標，能建立和加強物理學與工程技術(shù)的關(guān)系，強化應(yīng)用能力的培養(yǎng)，也就是以“強化應(yīng)用、壓縮經(jīng)典，重視現(xiàn)代”為指導(dǎo)思想編寫的教材。為此，我們選擇為了滿足培養(yǎng)應(yīng)用型人才的高等學校對大學物理課程改革和實際教學的要求而編寫的經(jīng)典教材——《物理學教程》(馬文蔚等編)，與此相配套的是具有工程應(yīng)用背景的《物理學原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用》，可以讓學生體會物理學的實用，感受物理學在工程技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)作用。

2.2 用簡單工程案例激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)用理論解決實際問題能力

大學物理作為面向低年級開設(shè)的公共基礎(chǔ)課，不僅僅承擔傳授知識的任務(wù)，更肩負讓學生對自然科學產(chǎn)生興趣，對未知領(lǐng)域保持好奇心和想象力的使命，對培養(yǎng)學生學習能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有非常重要的意義。在應(yīng)用型本科的物理教學過程中教師應(yīng)避免因大量的公式、概念的堆積導(dǎo)致部分學生認為大學物理枯燥、難理解、“三多”(公式多、推導(dǎo)多、概念多)，滿足學生在知識的拓展、應(yīng)用方面的求知欲。通過教師引導(dǎo)，將抽象的理論模型轉(zhuǎn)化為實例問題。解決實際的簡單工程案例，激發(fā)學生學習興趣。老師將教材中的知識點設(shè)計和還原為生動豐滿的案例，建立從理論到實踐的快速“鏈接”。

以《物理學原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用》中的“用聲波干涉控制噪聲”[2]為例，內(nèi)燃機、通風機、鼓風機、壓縮機和燃氣輪機等工作時，在排放各種高速氣流的過程中，都伴隨有噪聲。利用干涉原理制成的干涉型消聲器可以降低這種噪聲。

圖1 干涉型消聲器的結(jié)構(gòu)原理圖

圖1是干涉型消聲器的結(jié)構(gòu)原理圖。當發(fā)動機排氣噪聲聲波沿水平管道自左向右傳播到達A分成兩束相干波，它們分別向上和向下沿著圖中箭頭所示的方向傳播，經(jīng)過不同的距離(r1和r2)后，在B處相遇。由干涉原理可知，兩列聲波在一定條件下因干涉而抵消。提出兩個問題讓學生思考討論，一個是有干涉相消條件求出r1和r2之差至少應(yīng)為多少?另一個是實際中有較寬的聲音頻率要消除，如何設(shè)計消聲器?

再如“火車的危險速率與軌道長”案例，我們知道，在鋪設(shè)鐵路導(dǎo)軌時，必須考慮鋼軌的熱脹冷縮，所以相鄰兩根鐵軌之間要留有一定的間隙。圖2給出了鄰近鐵軌連接示意圖。當列車行駛到兩鐵軌的接縫處時，車輪將受到一次沖擊而發(fā)生受迫振動。這種沖擊是以導(dǎo)軌長為一個單元而周期性的發(fā)生的。如果火車勻速開動，則火車受迫振動周期是固定的。當火車受迫振動的頻率與車廂固有頻率相同時，火車將發(fā)生共振，即車身會發(fā)生激烈顛簸。這種情況下火車的速度就是危險速率。圖3給出了火車車廂結(jié)構(gòu)示意圖。如果已知車廂總負荷為m，車廂彈簧每受力被壓縮，鐵軌長為l，要求學生根據(jù)所學的簡諧運動和受迫振動、共振的知識，先求出火車的危險速率，并讓學生根據(jù)所得結(jié)果討論以下問題:對高速行駛的火車，鐵路導(dǎo)軌是否愈長愈好?如果導(dǎo)軌越長，由于熱脹冷縮量正比于鋼軌長度，導(dǎo)軌間的間距應(yīng)該怎樣調(diào)整?這樣是否會導(dǎo)致車輪與接頭處的碰撞要加劇?這有利于穩(wěn)定行車嗎?

2.3 用還原歷史原貌等方法講解近代物理，激發(fā)學生的好奇心

圖2 火車行駛經(jīng)過兩鐵軌接縫處示意圖

圖3 火車車廂結(jié)構(gòu)示意圖

近代物理部分的內(nèi)容理論強而且數(shù)學計算復(fù)雜，應(yīng)用型院校的學生覺得這部分內(nèi)容沒什么實際意義，可學可不學。但在實際的教學過程中，我們在講解量子物理中黑體輻射時，首先介紹了當時歷史的原貌，即十九世紀七十年代初德國要發(fā)展鋼鐵工業(yè)，煉鋼要控制爐溫，如何控制爐溫呢?人們就在煉鋼爐子上開一小孔，觀察從小孔出來的熱輻射，根據(jù)熱輻射在不同波長的能量密度分布可以得到一些實驗數(shù)據(jù)點，從而得到實驗曲線，再根據(jù)實驗曲線形狀來判斷爐溫。為了能解釋這類實驗事實，許多科學家對實驗曲線即黑體輻射曲線的進行深入研究。直到1900年，普朗克在試圖從理論上解釋黑體輻射的規(guī)律，才打破了能量連續(xù)變化這一傳統(tǒng)的觀念，提出了能量子的概念，從而開創(chuàng)了物理學的新紀元，宣告了量子物理的誕生[3]。同時，我們會提出日常生活中一些簡單的問題讓學生思考，如:為什么用肉眼看不見黑暗中的物體呢?用什么樣的設(shè)備才能覺察到黑暗中的物體?等等，讓學生帶著一點好奇和問題學習。我們也把前沿的相關(guān)知識用定性加一點定量介紹給學生。通過以上一些辦法，使學生們在學習量子物理這部分內(nèi)容時在學習了物理歷史背景的情況下，又帶著問題學習，從而激發(fā)了學生較高的學習興趣，教學效果良好。

2.4 利用現(xiàn)代化教學手段創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學生學習物理興趣

在教學過程中，提高學生的興趣是提高教學質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)，尤其像物理這樣課時少、學生怕學、教師難教的基礎(chǔ)課程，興趣就顯得更加重要。愛因斯坦說“興趣是最好的老師”，傳統(tǒng)的“黑板加粉筆”的單一教學模式已滿足不了現(xiàn)代化的教學?，F(xiàn)代化教學手段通過文字、圖形、圖像、動畫、音頻和交互式，可使教學過程圖文并茂，學生興趣盎然。

比如在講解“相對運動”這個教學難點時講到質(zhì)點的運動軌跡依賴于觀察者(即參考系)。為了形象的說明這個知識點，我們用Flash動畫形象地展示了質(zhì)點的運動軌跡依賴于觀察者的一個實例，即:讓一個小女孩站在做勻速運動的船上，豎直上拋一個鋼球，船上的小女孩看到鋼球豎直上升并豎直下落，但是，站在岸邊地面上的小男孩卻看到鋼球的運動軌跡為一拋物線。通過Flash的演示，讓學生比較直觀認識到鋼球的運動情況依賴于參考系，也即依賴于物體間的相互關(guān)系。這個例子也就說明了運動的相對性。

再如，在講授量子物理中的“黑體”這個理想模型時，有一空腔，在空腔壁上開一個小孔，可用Flash動畫演示以下過程，即:射入這小孔的光線再逃逸出來的能量幾乎為零，這個完全能吸收外來一切能量的小孔就可視為黑體。通過Flash的演示使學生直觀地理解黑體。另外，小孔在吸收外來能量的同時，也對外進行輻射。當加熱這個空腔到不同溫度時，小孔就成為不同溫度下的黑體面元。實驗表明，黑體的輻射能力最強，且與溫度有關(guān)。用Flash動畫演示不同溫度對應(yīng)空腔不同顏色，同時也顯示出黑體輻射與溫度的關(guān)系。這樣生動形象的過程讓學生更有效的掌握所學的知識點。

總之，大量巧妙和精美的Flash動畫和圖片生動形象地展示了物理圖像和動態(tài)的物理過程，能充分發(fā)揮多媒體教學的優(yōu)勢，改變以往的教學方法，突破傳統(tǒng)教學模式，使物理學的教學更加生動、直觀。從而可以激發(fā)學生學習物理的興趣。

2.5 培養(yǎng)自主學習的能力

在知識層出不窮的當今時代，要求學生能學、會學，這也要求我們培養(yǎng)學生有自主學習的能力。大學物理是一門能夠培養(yǎng)學生邏輯思維能力和自主學習能力的學科，我們在大學物理教學中從幾個方面培養(yǎng)學生是自學能力。

(1)合理運用多媒體。利用多媒體的交互性的優(yōu)勢，教師可以對一些典型題的分析采用師生互動、學生間的互動形式進行，這樣可以讓學生積極參與，從而達到自主學習能力的漸進培養(yǎng)。

(2)激勵學生提問和思考。我們在教學中注意做到重導(dǎo)、善導(dǎo)。在新課講解時，老師善于利用已有的知識做一定的引導(dǎo)，讓學生思考，引出新課題。在例題的講解時，適當做引導(dǎo)，讓學生想出幾種解題方法。在討論工程案例時，引導(dǎo)學生思考實際工程中的問題等等。

(3)讓學生課后自學完成一個知識點。大學物理課內(nèi)容多，難度較大，而課堂往往教學進度較快，課堂的時間主要重點講的基本概念和基本原理，而一些應(yīng)用性和拓展性的內(nèi)容課堂上大多是來不及講。同時，學生已有一定物理基礎(chǔ)，但是學生來自不同地方，教育基礎(chǔ)不同，個人素質(zhì)也有差異。我們常常引導(dǎo)學生在課后通過“自主學習”來以及來進一步掌握和拓展，在下課前幾分鐘布置與課上內(nèi)容相關(guān)的拓展性內(nèi)容，或物理學與人們生活的密切關(guān)系具有一定趣味性的內(nèi)容。在下次課讓部分學生在課堂上進行講解或討論。通過課后“自主學習”，使學生建立起物理與生活實際或工程項目之間的認識，了解物理在工程技術(shù)中的作用和地位，從而使學生學習的興趣和目的性增強。

(4)讓學有余力的學生課后閱讀一些拓展內(nèi)容，領(lǐng)會物理學的基礎(chǔ)性和前瞻性，老師與學生利用課余時間進行討論和交流。

3 結(jié)束語

毫無疑問，大學物理的課堂教育是影響大學物理教學質(zhì)量的關(guān)鍵。通過采取上述面向應(yīng)用型本科大學物理教學的一些措施，學生對物理課的認識不再是幾類習題、一大堆公式，不再是生硬的骨架，而是具有豐富的思想和方法并極具活力的一門課。在傳統(tǒng)講授大學物理課程的基礎(chǔ)上，通過講授與實際生活密切相關(guān)的物理新內(nèi)容，將激發(fā)學生對大學物理課的學習興趣;通過不斷的討論、進行案例教學，將會促使學生積極思考，增強相互交流，勇于發(fā)表自己的見解;通過學生的自主學習，將會增強學生自學和掌握新知識的能力。

[1]教育部高等學校物理學與天文學教學指導(dǎo)委員會物理基礎(chǔ)課程教學指導(dǎo)分委員會.理工科類大學物理課程教學基本要求[M].(2010版)北京:高等教育出版社，2011:1.

[2]馬文蔚，蘇惠惠，解希順.物理學原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社，2005:216.

[3]馬文蔚，周雨青.物理學教程[M].北京:高等教育出版社，2006:264.