淺談從中學到大學物理學習方法的轉變

侯婷婷

摘 要 認識學習方法的轉變對學習大學物理有很重要的作用。通過對比不同階段物理內容的區(qū)別與聯系，討論了學習大學物理內容的分析方法。在學習過程中，微積分知識對分析物理概念起到了關鍵作用，同時強調了數學模型和定量定性分析法應貫穿學習的全過程。

關鍵詞 學習方法 物理 思維模式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.08.021

Abstract The transformation of understanding learning methods plays an important role in learning college physics. By comparing the differences and connections of physical contents in different stages， the analysis method of learning the contents of college physics is discussed. In the process of learning， the knowledge of calculus plays a key role in the analysis of physical concepts. At the same time， it is emphasized that the mathematical model and quantitative qualitative analysis method should run through the whole process of learning.

Keywords learning methods； physics； thinking model

物理科學作為自然科學的重要分支，已滲透到各個領域，應用于科學技術和人類生活的各個方面。在探究物理這一學科的過程中，人們所形成的現代科學方法和思維方式，深刻地影響著人類對物質世界的認識和人們的日常行為與社會生活。

大學物理不僅是高等院校理工科各專業(yè)的基礎課程，同時還對后續(xù)的專業(yè)課程的學習和學生綜合素質的提高有很大的幫助。但由于不同階段的物理課程在教學方法、教學內容、教學評價等方面都存在較大差異，這就使學生不能完全適應高校的教學模式。與此同時，有部分高職院校在實際教學過程中還要面臨“課時少，任務重，教學內容難，教學方法陳舊，學生素質不齊”等問題。[1]無論是中學還是大學，物理所研究的對象是一致的。中學時期的物理知識多與生活息息相關，用實驗來驗證其理論的本質，就容易被學生們理解。因此，在學習大學物理時，學生習慣性的用簡單的方法來理解已經復雜和深入了的大學問題，就很難打破固有的思維模式，接收新的知識。多數同學只理解表層含義，考試卻往往不甚理想。如上所述，高校在物理教學中，如何使學生從中學的物理思維模式快速轉變?yōu)榇髮W的物理思維模式就變得尤為重要了。針對此類問題，本文從以下兩個方面進行了討論。

1 中學物理與大學物理的區(qū)別與聯系

1.1 培養(yǎng)目標的改變[2]

相比較中學物理而言，大學物理的教學目標更注重培養(yǎng)學生的理性思維能力和正確看待世界的理性精神，將自然科學上升到更高的層面，開拓人的認知領域，而不像中學物理那樣，接觸的內容是淺顯的特殊情況，在應用方面也是缺少系統(tǒng)性的理論知識。大學物理更注重過程和方法，注重學生綜合運用知識的能力。

1.2 研究內容的深入

無論哪個時期，物理學的研究范疇是沒有變化的，主要是研究的內容變得更復雜了，對物理現象的描述也更注重從現象到本質，從簡單、特殊到一般情況。[3]因此，在學習的過程中，應多關注物理學在實際工程中的應用，這樣才能把中學物理和大學物理的知識連接起來，找到學習的切入點。

1.3 研究手段的轉變

我們知道物質是瞬息萬變的，描述物質的運動狀態(tài)或運動規(guī)律也是隨著時間發(fā)生變化的。從定性到定量，引入的物理量從標量到矢量，而采用的數學方法也從簡單的數學運算變成了微積分。利用微積分解決物理問題，可以使學生更加透徹地理解物理概念和現象。

1.4 研究方法的轉變

加強從“接受式學習”到“研究式學習”的轉變。由于中學物理教學長期受到應試教育的負面影響，物理學研究方法是通常意義上的對物理知識點的累積和歸納，缺乏主動探究的過程。[4]學生從“接受”到“研究”這一過程中，需要任課教師在教學環(huán)節(jié)上從“主角”變成“配角”，積極調動學生參與到課堂中來，用發(fā)現問題、思考問題、解決問題的步驟來指導學生完成教學內容。

1.5 自學能力的加強

教師在課堂上要重視學生學習方法的指導，讓學生慢慢從“被動學習”過渡到“主動學習”，在這一過程中，培養(yǎng)學生的自學能力。[4]為了發(fā)揮學生學習主體的能動作用，教師可采取啟發(fā)式教學法，把能激發(fā)學生學習興趣的要素，例如物理學史、趣味實驗等，貫穿于課堂設計中去。同時，讓學生在最佳的學習狀態(tài)及積極的學習氛圍中學習，做到課前預習、課后復習、大膽探索。課外利用現代教育手段，培養(yǎng)學生探究能力及創(chuàng)新精神。

2 大學物理的學習方法

好的學習方法等于在學習的道路上前進了一半。如何找到學好大學物理的有效方法，本文從以下五個方面來論述。

2.1 定性分析法和定量分析法要緊密結合

中學物理由于數學上的局限，很多物理概念無法用數學公式的形式表示出來，只能用文字來表示物理規(guī)律或是概念。[5]因此，在大學階段，物理規(guī)律或是概念除了用定性的方法分析外，還要進行定量研究。

所謂定性分析，就是判定某種物質的屬性或特性，例如電場和磁場。雖然兩種“場”看不見，摸不著，但是，場是客觀存在的實物，具有質量、速度、能量等。在實際應用中，我們可以根據“場”的一系列性質，提出具體的表達式為人們的進一步研究打下基礎，這就是定量分析法。定量分析就是對事物作數量上的分析。事物的質變和量變是緊密相連又是相互制約的，任何事物都是質和量的統(tǒng)一體。所以，在物理學中，要想了解事物的本質，就必須通過定量的計算來體現。從定性到定量，這是物理發(fā)展的必然?！岸ㄐ允嵌康牟蛔恪?，這是盧瑟福早就下過的定義。

2.2培養(yǎng)矢量分析思維

大學物理中，很多物理量既有大小，又有方向，要用矢量來表示，例如位移、速度、力、電場強度等。[6]如果物理量為矢量，那么就不在是簡單的一維計算，而是二維或是三維，所以“矢量運算法則”及“矢量方程的運用”就顯得相當普遍。根據研究問題的不同，物理矢量可以分別放到不同的坐標系中研究，例如直角坐標系、平面極坐標系、切法向坐標系、球坐標系、柱坐標系等。但由于中學物理很少涉及矢量，部分學生常常在作業(yè)或考試中未能正確書寫矢量，這說明他們跳不出高中階段的思維模式，以及對標量、矢量和矢量方程的意義理解甚少，只有膚淺的理解，在思維中尚未形成矢量思維。

2.3 利用理想化模型簡化復雜問題

在科學研究中，建立模型已經成為人們認識復雜的自然現象和客體的一種重要方法，也是理論思維發(fā)展的重要方式。物理學家是以試驗來驗證理論，而理論的提出也往往用到各類模型。模型的正確與否直接影響到試驗的結果。物理模型是對實際物體的科學抽象，如力學中質點模型、剛體模型，熱學中系統(tǒng)模型，電磁學中點電荷、電流元、電偶極子、磁偶極子模型等等。這種抽象以實踐為前提和基礎，把復雜的問題用簡單的理想化模型來解決，同時還可以總結出很多規(guī)律。

2.4 因果分析法要貫穿始終

物理學誕生于人類對自然現象的觀察和對實驗結果的探究中。究其現象和實驗結果產生的根源就是因果分析法。牛頓力學的建立、麥克斯韋電磁理論的提出、相對論的出現、量子理論的創(chuàng)立及基本粒子理論的發(fā)展都是建立在西方理性邏輯思維和注重因果關系的哲學思維基礎之上的。

我們認識物理現象時，通過因果關系的分析，可以為我們理出一條清晰的脈路來。簡單地說，我們看到的現象和發(fā)現的問題都是“果”，究其本身原因就是“因”。例如，伽利略利用理想實驗，科學地討論了“力”和“運動”之間的因果關系，得出了力是產生加速度的原因。伽利略正確的因果分析為牛頓的動力學奠定了基礎。再如，靜電場的環(huán)路定理的推導源于靜電場是保守場，靜電場力是保守力，如果不清楚這其中的因果關系，也無法得到靜電場的無旋性。[7]

2.5 元過程分析法要靈活運用

在大學物理的研究中，有一種常用的分析方法—元過程分析法，也叫“微元法”。就是把研究對象分割成無限多個無限小的部分，即微元，等同于把物理過程分解成無限小的部分，抽取其中一部分加以研究的方法。這種方法的計算過程類似高等數學中的微積分。其實，微積分的創(chuàng)始人之一就是偉大的科學家牛頓。他正是在研究物體做曲線運動時，想到用微積分的方法來計算此類物理難題。

在大學物理中，巧妙的利用微元法可以輕松解決很多問題。[8]高中時的物理內容可以概括為特殊情況，比如說物體做直線運動、恒力做功等。大學物理的內容從特殊性上升為一般性，我們討論的是曲線運動、變力做功、不同質量分布的剛體的轉動慣量計算、連續(xù)分布帶電體的電場強度計算等，這些物理難題都可以利用微元法得以巧妙的解答。

總之，掌握合理的學習方法，可以更好地超越中學物理到大學物理的學習障礙。順利地完成從中學物理到大學物理的過渡階段，從中提高自己的思維能力和處理實際問題的能力。

參考文獻

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

[2] 羅仁俊.關于大學物理與中學物理銜接問題的討論[J].中山大學學報論叢，2005（3）：17-19.

[3] 張章.論從中學物理到大學物理學習轉變的引導策略[J].湘潭師范學院學報，2005.27（4）：128-130.

[4] 蘭智高.對“大、中學物理學習方法銜接”的研究[J].高等函授學報（自然科學版），2001（4）：19-22.

[5] 吳大江，呼中陶.文科物理學教程[M].北京：北京師范大學出版社，2010.

[6] 朱其明，李耀俊.大學物理微積分思想與矢量思想教學淺談[J].中國西部科技，2011（10）：82-83.

[7] 程守洙.江之水.普通物理學[M].北京：高等教育出版社，1998.

[8] 馬博琴.微元法在大學物理中的應用[J].科教導刊，2010（24）：71-73.