關(guān)于高校大學(xué)物理課程中對(duì)物理定律與原理教法的探索

【摘要】針對(duì)目前大學(xué)物理課程中對(duì)物理定律和原理教學(xué)中存在的問題，在基于學(xué)生學(xué)習(xí)特征的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)的四步教學(xué)法：即通過歷史背景分析、具體內(nèi)容分析、使用范圍分析和意義與具體應(yīng)用來對(duì)物理定律和原理進(jìn)行講授。

【關(guān)鍵詞】物理定律與原理 四步教學(xué)法

【課題項(xiàng)目】本課題受廣西區(qū)教改項(xiàng)目（2015GJA229）資助。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）07-0172-01

物理定律和原理是物理現(xiàn)象和物理過程在一定條件下發(fā)生發(fā)展和變化的必然趨勢(shì)，它反映了在一定條件下某物理量之間的內(nèi)在必然聯(lián)系，它是構(gòu)建物理大廈的框架，成為物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。在對(duì)大學(xué)物理學(xué)習(xí)過程中，物理定律和原理是大學(xué)生重點(diǎn)要掌握的內(nèi)容，學(xué)生一旦熟練掌握了這些內(nèi)容，將會(huì)更為有效地促進(jìn)學(xué)習(xí)大學(xué)物理的效果。

一、當(dāng)前大學(xué)物理課程中對(duì)物理定律和原理的教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)前在講授大學(xué)物理中物理定律和原理時(shí)，許多老師采用的一般程序?yàn)椋合确治銎溲芯磕康?、?nèi)容和方法；然后分析文字表述和關(guān)系式；再分析各個(gè)量之間的關(guān)系；最后分析適用范圍和通過例題具體進(jìn)行應(yīng)用。這種方式基本上與中學(xué)教學(xué)方式類似，它存在一些明顯的缺陷：

（一）傳統(tǒng)教學(xué)模式缺乏系統(tǒng)性和體系性

物理學(xué)中的許多定律和原理既相對(duì)獨(dú)立又彼此關(guān)聯(lián)，彼此構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。目前我們?cè)诰唧w教學(xué)過程中，往往只針對(duì)某一個(gè)定律和原理進(jìn)行講授，或者僅僅同一領(lǐng)域中的定律和原理的關(guān)聯(lián)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，而對(duì)于不同領(lǐng)域中彼此的關(guān)聯(lián)幾乎不提。如對(duì)力學(xué)里的動(dòng)量守恒定律進(jìn)行講授時(shí)，會(huì)簡(jiǎn)單分析牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)量定律之間的關(guān)聯(lián)，而對(duì)于與其它如剛體力學(xué)之間的關(guān)聯(lián)很少涉及。

（二）重應(yīng)用，輕背景與發(fā)展現(xiàn)狀分析

目前對(duì)物理定律和原理教學(xué)中，往往只注重培訓(xùn)學(xué)生解題的能力，而對(duì)于該定律和原理的背景和發(fā)展現(xiàn)狀很少提及。即知其然而不知其所以然，學(xué)生學(xué)習(xí)的主要目是完成作業(yè)和考試。這種功利性的教學(xué)帶來的后果是學(xué)生一旦學(xué)完、考完之后很快就忘記，幾乎不會(huì)留下深刻的印象，這對(duì)于學(xué)生物理能力的培養(yǎng)效果不明顯。

（三）對(duì)定律和原理的適用范圍分析不夠深入

在對(duì)物理定律和原理的使用范圍分析時(shí)，缺乏發(fā)展的觀點(diǎn)，只是局限在該教材內(nèi)容設(shè)定的具體環(huán)境下。如對(duì)高斯定律講授時(shí)，在分析適用范圍時(shí)往往只注重對(duì)于靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)和電荷對(duì)稱分布情況下才能應(yīng)用高斯定律，這種適用范圍的分析過于表面和淺顯，基本上是照本宣科，實(shí)際上高斯定律的適用范圍遠(yuǎn)不如此。

二、應(yīng)用四步教學(xué)法來講授大學(xué)物理課程中的物理定律和原理

針對(duì)目前在大學(xué)物理定律和原理教學(xué)存在的問題，擬在先前教學(xué)的基礎(chǔ)上提出四步教學(xué)法，總結(jié)為：一個(gè)中心與三個(gè)基本點(diǎn)，以對(duì)定律和原理會(huì)進(jìn)行具體應(yīng)用為中心；以背景分析、具體內(nèi)容分析和適用范圍分析為三個(gè)基本點(diǎn)。

（一）物理定律和原理歷史背景分析

任何物理定律和原理的建立都具有相應(yīng)的歷史背景：包括建立的基礎(chǔ)、過程、發(fā)展現(xiàn)狀分析。這部分內(nèi)容實(shí)際上是屬于科學(xué)發(fā)展史的內(nèi)容，歷史故事可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性，起著把科學(xué)知識(shí)包上“糖衣”的作用，對(duì)于其歷史背景的追溯，有助于學(xué)生更好地理解這些定律和原理。如以高斯定律為例，可以通過講解高斯的發(fā)現(xiàn)歷程、簡(jiǎn)介等來增強(qiáng)學(xué)生的興趣。

（二）物理定律和原理具體內(nèi)容分析

具體內(nèi)容分析應(yīng)包括：研究目的、內(nèi)容和方法；內(nèi)容的文字表述（即研究結(jié)果）；數(shù)學(xué)表達(dá)式；具體各量的單位關(guān)系等。如對(duì)動(dòng)量守恒定律內(nèi)容講授時(shí)，其研究目的和內(nèi)容是為了分析物質(zhì)相互作用過程中形態(tài)的傳遞與轉(zhuǎn)換，而采用的方法是用群論中的對(duì)稱性問題所涉及到的守恒律，因而有著更為廣泛的應(yīng)用，而對(duì)它的具體文字和表達(dá)式應(yīng)從牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)綜合來推導(dǎo)，這有利于學(xué)生更容易理解。

（三）物理定律和原理適用范圍分析

任何物理定律和原理都是在一定的環(huán)境中得到的，因此它有著特定的適用范圍。對(duì)于其應(yīng)用范圍的分析是培養(yǎng)學(xué)生具體問題具體分析能力的重要手段。如牛頓運(yùn)動(dòng)定律，在適用范圍講授時(shí)：應(yīng)讓學(xué)生明確其應(yīng)用范圍的外延和內(nèi)涵是動(dòng)態(tài)的，它的應(yīng)用從質(zhì)點(diǎn)發(fā)展到質(zhì)點(diǎn)系和剛體，從宏觀運(yùn)動(dòng)拓展到天體運(yùn)動(dòng)和介觀的粒子運(yùn)動(dòng)，最終概括成牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用的范圍為宏觀、低速物體。宏觀指的是在大于nm量級(jí)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，低速指遠(yuǎn)少于光速，平常所說的第一、第二和第三宇宙速度盡管很快，但還是遠(yuǎn)少于相比光速，在這種情況下，牛頓運(yùn)動(dòng)定律仍能非常精確反應(yīng)物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

（四）物理定律與原理的意義與具體應(yīng)用

物理定律與原理的意義是反映了各物理量之間是怎樣聯(lián)系的，如牛頓第一定律物理意義在于，它揭示了“運(yùn)動(dòng)和力”的關(guān)系——力不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。而對(duì)其具體的應(yīng)用是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，規(guī)律和原理呈現(xiàn)出來之后，最終目的是通過運(yùn)用來加深理解，使新知識(shí)與已有的其它知識(shí)鏈接起來，這就進(jìn)入了四步教學(xué)的第四階段——意義與具體運(yùn)用階段。

具體實(shí)施過程是通過恰當(dāng)選擇物理習(xí)題和生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題，有計(jì)劃、有目的，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生解決這些問題，從而使學(xué)生逐步掌握解決問題的思維過程、思維策略和思維方法，最終實(shí)現(xiàn)其教學(xué)目的。在實(shí)施過程中，需要考慮學(xué)生特征，通常采取循序漸進(jìn)、逐步加深的教學(xué)方法。具體可分為：初步的直接運(yùn)用，如直接運(yùn)用公式進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)用定律和原理對(duì)物理性質(zhì)直接判斷等，這一內(nèi)容一般在授新課中即可進(jìn)行，以對(duì)新學(xué)知識(shí)作初步鞏固；逐步提高的間接引申，如公式的變形使用，隱含條件的挖掘，推論的形成等；與其他物理知識(shí)的交叉和整合；對(duì)規(guī)律的再認(rèn)識(shí)，與已有知識(shí)的整合，以達(dá)到融會(huì)貫通。在對(duì)物理定律和原理應(yīng)用過程中，不能只停留在單一定律與原理的本身和其零星的運(yùn)用上，應(yīng)將它納入學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)中去，這樣才能做到對(duì)知識(shí)的全面掌握。在這一階段過程中，教師通過做好再認(rèn)識(shí)示范，教給學(xué)生方法，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用提綱進(jìn)行結(jié)構(gòu)性回憶和復(fù)習(xí)，通過做綜合性練習(xí)題，讓學(xué)生嘗到再認(rèn)識(shí)規(guī)律的好處。

通過四步教學(xué)法，學(xué)生能更有效地掌握和運(yùn)用物理定律和原理來分析和解決具體問題，使學(xué)生更容易獲得分析解決問題的能力和培養(yǎng)學(xué)生的物理素養(yǎng)，從而提升學(xué)生的自身科學(xué)素質(zhì)。

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作者簡(jiǎn)介：

夏雄平（1979-），男，湖南婁底人，博士，副教授，研究方向：激光等離子體相互作用。