應(yīng)用型本科物理規(guī)律的教學(xué)思考

肖令平 周清華

摘 要： 應(yīng)用型本科物理規(guī)律教學(xué)須適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，更要注重物理規(guī)律的內(nèi)涵和本質(zhì)理解，并重視科學(xué)研究方法的學(xué)習(xí)，本文以庫侖定律為例，闡述物理規(guī)律教學(xué)的一些體會。

關(guān)鍵詞： 大學(xué)物理 庫侖定律 物理規(guī)律

江西科技學(xué)院近年來由規(guī)模發(fā)展向內(nèi)涵發(fā)展和特色發(fā)展轉(zhuǎn)變，著力提高應(yīng)用技術(shù)型與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)質(zhì)量，注重提高學(xué)生的實(shí)踐能力（解決實(shí)際問題的能力）和科學(xué)文化素質(zhì)，讓學(xué)生最終具備較厚基礎(chǔ)、較寬口徑，并注重實(shí)踐、強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，為學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)和人文素養(yǎng)提高奠定基礎(chǔ)。

一、現(xiàn)存問題

回顧以往教學(xué)，我校課程多以應(yīng)試教育為主，學(xué)生多以通過考試和修學(xué)分為目的，對提高應(yīng)用技術(shù)型與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)質(zhì)量未予以重視，大學(xué)物理課程教學(xué)存在以下問題。

1.以往大學(xué)物理課程主要強(qiáng)調(diào)物理概念和物理規(guī)律的結(jié)論，以及如何應(yīng)用物理規(guī)律解題，理論性較強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。

2.教師對物理概念的內(nèi)涵、規(guī)律的形成過程、物理規(guī)律的內(nèi)涵、本質(zhì)的學(xué)習(xí)和理解不夠重視。通過學(xué)習(xí)學(xué)生只了解物理規(guī)律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式，以及利用公式解題，導(dǎo)致課程理論性較強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。

3.教學(xué)內(nèi)容中未體現(xiàn)出大學(xué)物理與專業(yè)后續(xù)課程的重要性及對培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和素質(zhì)的作用。使各學(xué)院對大學(xué)物理多有不悅，不斷縮減課時(shí)，甚至提出取消大學(xué)物理課程；學(xué)生對大學(xué)物理學(xué)習(xí)的重要性認(rèn)識不夠，一些學(xué)生迫于考勤壓力去上課，但身在曹營心在漢，被動(dòng)學(xué)習(xí)效果顯而易見。

為了改變目前大學(xué)物理在我校的地位，大學(xué)物理教改小組對大學(xué)物理教學(xué)進(jìn)行了改革，本文論述了物理規(guī)律教學(xué)改革對提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、文化素養(yǎng)的作用。

物理規(guī)律主要包含原理、定理和定律。通過介紹物理規(guī)律的內(nèi)涵讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究。通過介紹物理規(guī)律形成過程讓學(xué)生了解科學(xué)研究方法，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣?？梢妼W(xué)習(xí)物理規(guī)律不僅可以讓學(xué)習(xí)者掌握基本物理知識，還可以提高學(xué)習(xí)者的技能。物理規(guī)律的建立主要由以下幾個(gè)步驟構(gòu)成。

二、庫侖定律

庫侖定律是大學(xué)物理電磁學(xué)部分的第一個(gè)定律，是電磁學(xué)部分的開端，具有豐富、深刻的內(nèi)涵和外延，包含深刻的物理思想，在電磁學(xué)部分教學(xué)中占據(jù)很重要的地位，本文以庫侖定律為例談?wù)勎锢硪?guī)律的教學(xué)思想及其作用。

因此，學(xué)習(xí)《庫侖定律》的目的不僅是學(xué)習(xí)《庫侖定律》的結(jié)論，而且包括運(yùn)用《庫侖定律》解題。通過學(xué)習(xí)讓學(xué)生了解《庫侖定律》的內(nèi)涵和本質(zhì)。在學(xué)習(xí)過程中逐漸提高學(xué)生分析問題與解決問題的能力，培養(yǎng)獨(dú)立創(chuàng)新意識。

1.《庫侖定律》的建立是許多科學(xué)家經(jīng)過長期艱苦的探索，運(yùn)用類比推理的物理思想方法。類比法是一種常用的邏輯推理方法，根據(jù)具有相同或相似的內(nèi)部屬性關(guān)系的兩個(gè)研究對象推知這兩個(gè)研究對象在其他方面的相同或相似之處。類比方法在各領(lǐng)域?qū)W習(xí)和研究中應(yīng)用廣泛。

1687年7月，牛頓在其發(fā)表的論文《自然哲學(xué)和數(shù)學(xué)原理》中利用《萬有引力定律》，證明了質(zhì)量分布均勻的球殼對放在其內(nèi)部的物體沒有力的作用。普里斯特列在重復(fù)富蘭克林的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)均勻帶電的球殼對放入其中的電荷也沒有力的作用，運(yùn)用類比推理法，普里斯特列認(rèn)為靜電場力與萬有引力的性質(zhì)相似，他認(rèn)為兩個(gè)靜止的電荷之間的相互作用力正比于它們之間距離的平方。

通過庫侖定律的建立我們發(fā)現(xiàn)把已有某些結(jié)論應(yīng)用到新的研究對象可能得到意想不到的收獲，所以對物理思想方法的掌握，可以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者、研究者的發(fā)散思維，使其思路開闊、少走彎路。

2.學(xué)習(xí)物理規(guī)律不僅要讓學(xué)生理解物理規(guī)律內(nèi)涵，而且應(yīng)明確適用條件。只有對物理規(guī)律內(nèi)涵和適用條件有充分理解才能靈活運(yùn)用定律分析問題和解決問題。《庫侖定律》的適用條件有：

（1）真空。由于《庫侖定律》是通過扭秤實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的，扭秤實(shí)驗(yàn)的工作環(huán)境是亞真空，以此排除其他環(huán)境因素的影響。另外，研究任何規(guī)律都是從最簡單情況入手的，因此分析靜電現(xiàn)象時(shí)，首先從真空環(huán)境開始，《庫侖定律》中有“真空”的說法由此而得。但是，《庫侖定律》仍然適用于均勻介質(zhì)中，只是將真空介電常數(shù)換做介質(zhì)的介電常數(shù)。

（2）靜止。由于靜電現(xiàn)象一般指靜止電荷的電現(xiàn)象，且扭秤實(shí)驗(yàn)是在電荷靜止情況下進(jìn)行的，因此《庫侖定律》中有靜止的條件。但《庫侖定律》適用于場源電荷靜止、受力電荷運(yùn)動(dòng)的情況，但運(yùn)動(dòng)受力電荷對靜止的場源電荷的作用力不滿足《庫侖定律》，即二者不滿足牛頓第三定律。

因?yàn)殪o止的場源電荷產(chǎn)生的是靜電場——電場的空間分布不隨時(shí)間變化，因此場源電荷對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力滿足《庫侖定律》，但是運(yùn)動(dòng)電荷除了激發(fā)電場外，還要激發(fā)磁場。因此其作用力為電磁力，實(shí)踐表明，當(dāng)電荷的速度遠(yuǎn)小于光速c時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷對靜止電荷的作用力接近《庫侖定律》給出的結(jié)果。

（3）點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷是一個(gè)相對概念，只要帶電體的線度與兩帶電體間的距離相比可以忽略，則《庫侖定律》可以由點(diǎn)電荷推廣至點(diǎn)電荷組或連續(xù)帶電體。

3.《庫侖定律》的局限性。《庫侖定律》只給出了帶電體間的相互作用力的規(guī)律，說明其相互作用力是如何傳遞的。對電荷之間作用的媒介沒有說明，給學(xué)生留下懸念，激發(fā)學(xué)生興趣。

通過討論《庫侖定律》的適用范圍，不僅能增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立收集資料的積極性，更能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

通過《庫侖定律》的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者了解了定律的內(nèi)涵，并通過內(nèi)涵學(xué)習(xí)讓學(xué)習(xí)者了解定律的建立過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

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[4]大學(xué)課程基本問題研究[M].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)出版社，2010.

課題項(xiàng)目：本文得到江西科技學(xué)院“應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理課程內(nèi)容改革研究”（課題編號：JY1510）和“大學(xué)物理精品課程（課題編號：KC1502）項(xiàng)目資助