高校課程教學(xué)教法——以吉首大學(xué)師范學(xué)院牛頓力學(xué)教學(xué)為例

姚官清

（吉首大學(xué)師范學(xué)院，湖南 吉首 416000）

一、背景現(xiàn)狀

吉首大學(xué)師范學(xué)院地處湘西州，是土家族和苗族少數(shù)民族地區(qū)。在其中的師范類學(xué)校，主要面對(duì)著的是廣大的農(nóng)村，走出去的大部分同學(xué)將要面對(duì)的是最基層的學(xué)校，教學(xué)任務(wù)要面對(duì)最基層的物理教學(xué)工作，其中一部分學(xué)生進(jìn)入鄉(xiāng)村小學(xué)，承載著“科學(xué)”課程的教學(xué)。從學(xué)院走出去的學(xué)生會(huì)走上講臺(tái)，要教授各類課程，包括物理。面對(duì)這些實(shí)際情況，在這些學(xué)生還沒(méi)走出校門(mén)時(shí)，民族地區(qū)師范類學(xué)校如何進(jìn)行物理教學(xué)顯得十分重要且是十分值得探討的課題。

本文主要試分析牛頓力學(xué)部分，從理想化模型與近似、定性與定量、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、瞬時(shí)關(guān)系、過(guò)程關(guān)系（守恒）、遷移等角度解讀，結(jié)合分析書(shū)本基本涉及面與學(xué)生現(xiàn)狀，淺析民族地區(qū)師范類物理教學(xué)。

二、基本概述與教學(xué)現(xiàn)狀

（一）近似與理想化模型

1．基本概述。接觸到的第一個(gè)近似與理想化模型就是質(zhì)點(diǎn)。力學(xué)里面質(zhì)點(diǎn)模型，其特點(diǎn)是把真實(shí)物體簡(jiǎn)化成有質(zhì)量的點(diǎn)，去掉了真實(shí)物體的大小、形狀；保留了真實(shí)物體的質(zhì)量與位置信息。進(jìn)行這樣“近似”是為什么？真實(shí)世界里面物體運(yùn)動(dòng)會(huì)因?yàn)椴煌矬w的特性而不同，顯得十分復(fù)雜，把物體當(dāng)成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)之后，運(yùn)動(dòng)將不受真實(shí)物體的“束縛”，可以抽象出一般意義的“運(yùn)動(dòng)”這個(gè)概念，在后面還容易抽象出勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)形式、探究這些運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，這對(duì)于解讀運(yùn)動(dòng)有著非常大的便利。

2．教學(xué)現(xiàn)狀。吉首大學(xué)師范學(xué)院的學(xué)生是初中物理學(xué)完過(guò)來(lái)繼續(xù)學(xué)習(xí)的，但是相對(duì)于物理專業(yè)的學(xué)生，明顯有兩點(diǎn)差距：物理的基礎(chǔ)和學(xué)物理的興趣。“近似”是一個(gè)物理細(xì)節(jié)，刪繁就簡(jiǎn)地對(duì)自然界處理的方式，掌握好“近似”更易于初學(xué)者學(xué)習(xí)，對(duì)于民族地區(qū)師范大專院校學(xué)生有重要意義，也是一大挑戰(zhàn)。質(zhì)點(diǎn)也是初學(xué)者學(xué)習(xí)到的第一個(gè)“近似”概念，務(wù)必把準(zhǔn)確、鮮活概念送入學(xué)生眼中。另外于大專層次學(xué)生來(lái)說(shuō)，還比較容易引起“真實(shí)世界”與“物理世界”的認(rèn)知誤區(qū)。因?yàn)榻?，?jiǎn)單地來(lái)說(shuō)是抽象了物理的本質(zhì)特征，忽略了一些次要特征，但在有些人無(wú)法忽略次要特征保留主要特征，這就會(huì)造成誤區(qū)。物理里面有一些違反人的直接經(jīng)驗(yàn)論的規(guī)律，它們都是有理想化、“近似”的大前提，沒(méi)有很好地理解近似思想，初學(xué)者甚至?xí)械嚼Щ螅瑧岩晌锢淼恼_性[1]。這就需要老師準(zhǔn)確地解讀、帶領(lǐng)。筆者這里給出兩個(gè)教學(xué)把握的方向：第一，“近似”講解要精準(zhǔn)，留什么，舍什么一定要說(shuō)清楚。第二，哪些地方有“近似”要說(shuō)清楚，書(shū)本涉及的“近似”，對(duì)于初學(xué)者不一定能全部發(fā)現(xiàn)，需要老師的經(jīng)驗(yàn)與幫助。

（二）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

1．基本概述。物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)可以分為兩大類，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)。運(yùn)動(dòng)里面有一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)——伽利略理想實(shí)驗(yàn)。他設(shè)計(jì)小球從一定高度滾落在一個(gè)水平面上，一開(kāi)始水平面粗糙，小球在水平面運(yùn)動(dòng)一段距離將停下來(lái)，不斷增加平面的光滑程度，小球?qū)⒃綕L越遠(yuǎn)，由此伽利略推論：如果水平面絕對(duì)光滑，小球?qū)⒁栽瓉?lái)的速度永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。實(shí)驗(yàn)與結(jié)論都具有重要意義，他通過(guò)實(shí)驗(yàn)破除了人們一直以來(lái)堅(jiān)信的運(yùn)動(dòng)觀，并且深刻揭示了自然界的重要規(guī)律，也正是在伽利略理想實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，牛頓才提出牛頓第一定律；另一個(gè)實(shí)驗(yàn)關(guān)于牛頓第二定律，實(shí)驗(yàn)包含兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)，其一為：探究加速度和力的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果從實(shí)驗(yàn)角度得出，對(duì)于質(zhì)量相同的物體，物體的加速度跟作用在物體上的力成正比；其二為：探究加速度和質(zhì)量的關(guān)系，從實(shí)驗(yàn)角度得出，在相同力作用下，物體的加速度與物體的質(zhì)量成反比。

2．教學(xué)現(xiàn)狀。在物理教學(xué)中其實(shí)可以發(fā)現(xiàn)不僅許多重要的結(jié)論，都是從實(shí)驗(yàn)得出，而且只要提到做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生十分感興趣，對(duì)于啟發(fā)學(xué)生興趣起到極大作用，但是在教學(xué)中，特別是大專學(xué)校物體實(shí)驗(yàn)條件有限，一般都只能做一些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，復(fù)雜一些的實(shí)驗(yàn)只能通過(guò)視頻，或者一些仿真實(shí)驗(yàn)軟件實(shí)現(xiàn)。這些極大地掣肘了物理教學(xué)的深刻性、趣味性，這一部分缺陷，筆者給出兩點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。第一，在具體物理教學(xué)中老師可以就地取材，把一切可以利用到的、可以用來(lái)實(shí)驗(yàn)的素材都盡量利用到；第二，聯(lián)系生活，盡力去把物理教學(xué)融入生活，把生活中的一些例子融到教學(xué)，生活負(fù)責(zé)教學(xué)，教學(xué)指導(dǎo)生活，啟發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生感到學(xué)習(xí)物理的用處[2]。

（三）定性到定量

1．基本概述。定性指學(xué)習(xí)基本概念或一些結(jié)論性的總結(jié)。以運(yùn)動(dòng)學(xué)為例，在運(yùn)動(dòng)學(xué)部分，參考系、時(shí)間時(shí)刻、路程、速度等概念學(xué)習(xí)都屬于定性學(xué)習(xí)，但書(shū)本沒(méi)有停留在這些概念的學(xué)習(xí)上，在這些概念上更加延展、深入。例如參考系這個(gè)概念學(xué)習(xí)之后，馬上就提出了坐標(biāo)系，這是整個(gè)空間量化過(guò)程的開(kāi)始，之后再加上時(shí)間時(shí)刻概念，這是整個(gè)時(shí)間量化過(guò)程的開(kāi)始，從此開(kāi)端，一切涉及空間、時(shí)間的物理過(guò)程都可以被量化了，都可以進(jìn)行具體的計(jì)算。而后面提出的幾種基本運(yùn)動(dòng)，同樣不只是停留在對(duì)這些運(yùn)動(dòng)的定性解釋，而是把這些規(guī)律都濃縮成一系列的公式，這些都是定性逐漸走向了定量。

2．教學(xué)現(xiàn)狀。于來(lái)吉首大學(xué)師范學(xué)院學(xué)習(xí)的學(xué)生而言，他們都是從初中升上來(lái)的，主體學(xué)習(xí)內(nèi)容為高中階段物理。定性學(xué)習(xí)與定量學(xué)習(xí)是一個(gè)重大的不同，初中物理具有的一個(gè)特點(diǎn)就是大多是定性的概念、解釋，通過(guò)一些物理現(xiàn)象，從這些物理現(xiàn)象中得出一些結(jié)論，簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)物理。而在學(xué)習(xí)現(xiàn)階段物理，明顯就更細(xì)更深入了，逐漸過(guò)渡到具體的量化運(yùn)算，要以具體的式子、數(shù)據(jù)說(shuō)話，這里面還涉及了數(shù)學(xué)工具，這牽扯到方方面面的問(wèn)題，往往初學(xué)者就很難適應(yīng)[3]。而解決這個(gè)問(wèn)題，筆者認(rèn)為主要有兩個(gè)方式：第一，加強(qiáng)對(duì)物理過(guò)程的理解，細(xì)細(xì)打磨物理過(guò)程，把物理過(guò)程與情景說(shuō)清楚，我們?cè)偃ダ斫鈴钠渲谐橄蟪鰜?lái)什么東西、有什么規(guī)律，一定要重視物理中的“物理”因素，非繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程；第二，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)部分，把整個(gè)過(guò)程的前因后果、來(lái)龍去脈講清楚，讓學(xué)生有一個(gè)直觀的感受，并且知道物理的正確性和趣味性。

（四）瞬時(shí)與過(guò)程

1．基本概述。瞬時(shí)關(guān)系和過(guò)程關(guān)系，是牛頓力學(xué)里最重要的兩類關(guān)系，是物理過(guò)程的兩個(gè)角度。位移、速度、加速度，這一系列概念都是瞬時(shí)量。瞬時(shí)關(guān)系其中最核心的就是牛頓第二定律，它對(duì)應(yīng)于每個(gè)瞬間、它能應(yīng)用在每個(gè)瞬間，在每個(gè)瞬間這個(gè)關(guān)系都存在、都成立。牛頓第二定律這個(gè)瞬時(shí)關(guān)系，聯(lián)系了運(yùn)動(dòng)和力兩大塊，是牛頓力學(xué)里最重要的瞬時(shí)關(guān)系。牛頓力學(xué)里最突出的幾個(gè)過(guò)程關(guān)系為動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律。它們的出發(fā)點(diǎn)分別是力在空間上的積累、力在時(shí)間上的積累，分析力這個(gè)瞬時(shí)量在一個(gè)過(guò)程它們的規(guī)律。

2．教學(xué)現(xiàn)狀。大部分學(xué)生對(duì)瞬時(shí)量、瞬時(shí)關(guān)系，過(guò)程量、過(guò)程關(guān)系沒(méi)有明確的認(rèn)識(shí)，區(qū)分度不夠，不知道什么時(shí)候該用瞬時(shí)關(guān)系，什么時(shí)候該用過(guò)程關(guān)系。而且這方面的模糊會(huì)使學(xué)生對(duì)于整個(gè)物理過(guò)程理解都是模糊的、割裂的、不能完整，不同角度去認(rèn)識(shí)物理過(guò)程。而我們?nèi)绾谓鉀Q？筆者給出兩個(gè)路徑：第一，在教學(xué)中要明確瞬時(shí)和過(guò)程這一重要線索，老師必須明確哪些是瞬時(shí)量？哪些是瞬時(shí)關(guān)系？哪些是過(guò)程量？哪些是過(guò)程關(guān)系？第二，要明確瞬間和過(guò)程具有的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)，我們分析瞬時(shí)量、瞬間關(guān)系可以明確每個(gè)時(shí)刻的物理變化，而我們分析過(guò)程量、過(guò)程關(guān)系，可以不用管中間經(jīng)歷過(guò)一系列的復(fù)雜過(guò)程，直接可以明確最終的物理狀態(tài)。教學(xué)中必須把這兩類關(guān)系，兩個(gè)角度都弄清楚，學(xué)生才能更好地理解物理過(guò)程，理解物理課程。

（五）遷移

1．基本概述。知識(shí)遷移是物理里面重要的環(huán)節(jié)。牛頓力學(xué)里面涉及許多可以遷移的知識(shí)，牛頓第二定律是核心，一邊聯(lián)系著運(yùn)動(dòng)學(xué)，一邊聯(lián)系著力學(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)可以對(duì)應(yīng)著學(xué)，從運(yùn)動(dòng)情況求受力情況；從受力情況求運(yùn)動(dòng)情況，這是最大的知識(shí)遷移。運(yùn)動(dòng)部分，矢量是一個(gè)重要的概念，大多數(shù)物理量都是矢量，學(xué)習(xí)的時(shí)候可以對(duì)各種物理量進(jìn)行比較，其次幾種基本運(yùn)動(dòng)：勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等幾種運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、規(guī)律我們都可以進(jìn)行比較。而在力學(xué)里面幾種基本力：重力、彈力、摩擦力、萬(wàn)有引力等，幾種基本力的學(xué)習(xí)我們可以對(duì)比著來(lái)。力的合成、力的分解是逆運(yùn)算，我們可以對(duì)比學(xué)習(xí)。關(guān)于一系列瞬時(shí)量、瞬時(shí)關(guān)系和過(guò)程量、過(guò)程關(guān)系，同樣可以對(duì)比學(xué)習(xí)。

2．教學(xué)現(xiàn)狀。牛頓力學(xué)需要遷移的地方非常多，許多地方都可以對(duì)比學(xué)習(xí)，學(xué)生能不能夠全面地了解，舉一反三不僅是學(xué)習(xí)方法，知識(shí)能不能遷移更關(guān)系到對(duì)牛頓力學(xué)大廈的整體理解。民族地區(qū)師范大專學(xué)生，基礎(chǔ)還是相對(duì)比較薄弱，這方面需要老師循循善誘，去逐漸厘清其中關(guān)系。有些遷移比較隱晦，初學(xué)者不見(jiàn)得能馬上了解，需要老師深刻的挖掘[4]。最后，遷移是建立在原知識(shí)的深刻理解上，這也是所有理科課程的特點(diǎn)，一環(huán)扣一環(huán)，前面學(xué)習(xí)的知識(shí)必須完全掌握，才能舉一反三，去進(jìn)行知識(shí)的遷移，對(duì)學(xué)生的要求其實(shí)很高。

三、總結(jié)

師范類學(xué)校走出去的學(xué)生也是會(huì)走上講臺(tái)成為老師，面對(duì)各科教學(xué)，其中包含物理，所以在師范類學(xué)院從事物理教學(xué)更是要時(shí)刻不能松懈地工作，因?yàn)橛绊懮钸h(yuǎn)。以上是以吉首大學(xué)師范學(xué)院為例，簡(jiǎn)要分析探討了一些高校課程教學(xué)教法，希望對(duì)同類學(xué)校的教學(xué)有所裨益。