淺析新時期大學(xué)物理教學(xué)改革

樊樂樂

0 引言

《大學(xué)物理》是高等院校、理工科專業(yè)學(xué)生所必修的一門公共基礎(chǔ)課。主要內(nèi)容包括力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)及量子物理部分[1]。涉及內(nèi)容較多，覆蓋面較廣，同時要求嚴密的邏輯推導(dǎo)能力與數(shù)學(xué)運算能力。因此理工科專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中面臨較大困難。同時，很多理工學(xué)科的學(xué)生往往對大學(xué)物理重視程度不夠，視其為一般大學(xué)公共課程。此外，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，大學(xué)生往往被形形色色的網(wǎng)絡(luò)所吸引，相對枯燥的大學(xué)物理往往缺少足夠的趣味性以致不能激發(fā)大學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。以上種種因素造成大學(xué)物理學(xué)科發(fā)展緩慢。而事實上，大學(xué)物理不單單是理工專業(yè)公共基礎(chǔ)課，同時是其他學(xué)科如材料科學(xué)與工程、機械工程、通信工程、熱能與動力工程、土木工程等學(xué)科的基礎(chǔ)。此外，面對日益發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，物理學(xué)科往往承載著重要作用。環(huán)顧三次工業(yè)革命，無一不一隨著物理學(xué)科發(fā)展而發(fā)生[2]。第四次工業(yè)革命也可能隨著量子通信、量子計算機、可控核聚變等物理技術(shù)的發(fā)展而發(fā)生。因此，新時期下《大學(xué)物理》教學(xué)改革非常必要，不但有利于促進物理學(xué)科的發(fā)展，同時有利于為社會培養(yǎng)高技能理工科專業(yè)人才。本文將從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)形式等方面淺析教學(xué)改革舉措，以此提高大學(xué)物理教學(xué)水平。

1 教學(xué)內(nèi)容改革

新時期下，理工專業(yè)對物理學(xué)科重視程度越來越低。由于課程較難、不及格學(xué)生較多，一些院校將大學(xué)物理的課程由通常的140 學(xué)時，逐步減少至120 學(xué)時、96 學(xué)時甚至80 學(xué)時[3]。因此，在有限授課時間內(nèi)，對教學(xué)內(nèi)容及時調(diào)整尤為重要。

（1）因材施教、依據(jù)專業(yè)性質(zhì)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容：由于大學(xué)物理涉及內(nèi)容廣泛，而理工專業(yè)學(xué)科眾多。在有限的教學(xué)課時內(nèi)，如若兼顧所有物理學(xué)研究內(nèi)容，一是學(xué)而不精，二是容易造成顧此失彼。因此，按照專業(yè)相近程度，劃分不同大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容，做到合理的取舍。如對材料科學(xué)與工程、化學(xué)與工程、環(huán)境與工程等學(xué)科，加重?zé)釋W(xué)、量子物理部分教學(xué)講解；對機械工程、土木工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程等學(xué)科，適當增加牛頓力學(xué)部分教學(xué)；對通信工程、電子信息與工程等學(xué)科，增加電磁學(xué)比重。這樣，即使在有限的教學(xué)課時內(nèi)，突出重點，仍然能夠使學(xué)生掌握本科學(xué)所需的物理專業(yè)知識。

（2）增加物理學(xué)史與物理趣味性，吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣：物理課程不同于其他課程。物理課程需要嚴謹?shù)倪壿嬐茖?dǎo)與數(shù)學(xué)運算。物理往往比較枯燥，難于吸引學(xué)生興趣。因此，適當增加教學(xué)內(nèi)容的趣味性，可以大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的動力。回顧物理學(xué)史，包含著無數(shù)趣味物理實驗，以及物理謬論引發(fā)的趣味討論，同時很多物理大家本身就幽默風(fēng)趣。將這些有趣的故事，適當引入課堂，有助于緩解枯燥的物理教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理興趣，更好地掌握物理概念、物理原理及物理定律的推導(dǎo)方法。

2 教學(xué)手段改革

（1）數(shù)學(xué)是物理學(xué)的基礎(chǔ)：縱觀每一位物理大師，都有著高深的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)與物理同為邏輯性較強的課程。然而，結(jié)合我們對以往教學(xué)的觀察，相比于高等數(shù)學(xué)等數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)科，大學(xué)物理不及格人數(shù)相對較多。究其原因反應(yīng)對物理概念、物理原理的綜合運用能力較差。因此，在教學(xué)過程中應(yīng)該強調(diào)將復(fù)雜的物理模型具體數(shù)學(xué)化，轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，便于求解。比如，量子力學(xué)的核心內(nèi)容是薛定諤方程和矩陣力學(xué)，簡單來說就是求解二階偏微分方程和矩陣求特征值的問題。用數(shù)學(xué)的語言去求解復(fù)雜的物理模型，往往事半功倍。

（2）力是物理學(xué)的核心：大學(xué)物理主要內(nèi)容包含力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、量子物理部分。這幾部分看似相互獨立，事實上這幾部分緊密聯(lián)系。學(xué)生對大學(xué)物理，由于找不到各個部分的關(guān)聯(lián)性，往往顧此失彼。剛學(xué)會新的，就忘記前面部分。因此，在教學(xué)過程中要注意各部分之間的關(guān)聯(lián)。大學(xué)物理是一脈相承，緊密相關(guān)的。力是連接各部分之間的紐帶。比如，量子力學(xué)的基礎(chǔ)是確定哈密頓量，進而轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題；電磁學(xué)的基礎(chǔ)是分析帶點體系的庫侖力與洛倫茲力；熱學(xué)部分的基礎(chǔ)是熱力學(xué)第一定律，反映能量與做功的問題；光學(xué)部分雖然是光的相干性問題，干涉增強或者衍射增強的基礎(chǔ)仍然是基于振動力學(xué)合成問題。在教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生善于運用力學(xué)的觀點去分析物理模型，做到綜合掌握物理各部分內(nèi)容。

（3）啟發(fā)、聯(lián)想式教學(xué)更容易掌握知識點：大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容豐富，基本物理概念、物理定律，描述物體的物理量相對較多，各個物理量容易混淆。尤其力學(xué)部分，相關(guān)物理量、公式及定律達幾十個之多。在教學(xué)過程中，多多利用啟發(fā)、聯(lián)想式教學(xué)，可以讓學(xué)生充分把握相關(guān)物理原理，理清各部分之間的關(guān)聯(lián)與區(qū)別。比如，已知位矢，我們能夠得到哪些物理量？通過對時間求導(dǎo)，我們可以得出速度、加速度，物體的受力問題，進一步得到動量定理、動能定理，力對物體的做功；通過位矢與速度的叉乘，可以得到力矩信息，繼而得到剛體角動量定理、定軸轉(zhuǎn)動定理，剛體做功問題等等。從這個例子可以看出，只要得到位矢，整個力學(xué)部分便全部可以進行求解。通過這樣的聯(lián)想式、啟發(fā)式教學(xué)，有助于學(xué)生牢固大學(xué)物理相關(guān)原理與定理。

（4）密切聯(lián)系生活，激發(fā)學(xué)生求知欲：大學(xué)物理與日常生活緊密相關(guān)。我們?nèi)粘Ｉ钪兴匆姷摹⒙犚姷?、感受到的，無一不充滿著物理原理。同時，大學(xué)物理中的基本原理在日常生活普遍存在。例如，雨天行走，撐傘往前撐，靜止時垂直撐傘；微波爐加熱物體的原理等等。培養(yǎng)學(xué)生對生活的洞察能力，善于發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。有助于激發(fā)學(xué)生求知欲，主動學(xué)習(xí)大學(xué)物理的能力。

3 教學(xué)形式改革

（1）多媒體教學(xué)為主，注重物理原理的動畫引入：隨著科技的進步，多媒體技術(shù)在現(xiàn)代教學(xué)中扮演重要作用。面對復(fù)雜的物理模型、物理原理，借助多媒體動畫展示，可以使學(xué)生直觀的理清物理原理，物理定律。將抽象的物理原理圖形化，以圖形化的記憶，更易于掌握物理相關(guān)知識點。

（2）結(jié)合科技，線上發(fā)布與批改作業(yè)：作為一種邏輯性很強的學(xué)科，一定量的大學(xué)物理作業(yè)是必須的。經(jīng)過作業(yè)的練習(xí)，可以使學(xué)生靈活運用物理原理而非只將知識點停留在課堂層面。傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)在作業(yè)發(fā)布、批改、分發(fā)作業(yè)本中浪費大量的時間?；诳萍歼M步，采用線上發(fā)布作業(yè)，學(xué)生線下練習(xí)，并上傳系統(tǒng)，教師線上批改作業(yè)。不但節(jié)省大量時間，同時教師可以快速確定學(xué)生錯題范圍，集中降解。

（3）結(jié)合國內(nèi)外優(yōu)秀公開課視頻，提升物理綜合素養(yǎng)：作為一種傳統(tǒng)學(xué)科，大學(xué)物理在全世界各個國家有著廣泛的基礎(chǔ)，世界知名高校為了推動學(xué)校全球化、物理學(xué)科發(fā)展，都不同程度地推出了公開課。課下鼓勵學(xué)生觀看網(wǎng)易公開課，觀看知名高校大學(xué)物理視頻。不但提升學(xué)生英語水平，同時讓學(xué)生體驗“原滋原味”的物理定律、物理原理描述，更好地掌握物理知識。

4 結(jié)語

大學(xué)物理作為一門傳統(tǒng)的學(xué)科，是眾多理工科專業(yè)的基礎(chǔ)，對于推動科技進步起著至關(guān)重要的作用。本文圍繞大學(xué)物理教學(xué)改革，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)形式等方面進行闡述。對學(xué)生而言，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，進而積極主動的學(xué)習(xí)大學(xué)物理相關(guān)知識，提高大學(xué)物理相關(guān)知識的綜合運用能力；對教師而言，可以更好地提高對大學(xué)物理課程的教學(xué)；對社會而言，為高校、社會培養(yǎng)高技能人才打下堅實的基礎(chǔ)。同時，需要指出的是大學(xué)物理教學(xué)改革是一個循序漸進的過程，不斷的做到與時俱進，才能更好地培養(yǎng)人才，服務(wù)社會。