實例教學(xué)法在“大學(xué)物理”教學(xué)中的應(yīng)用與實踐

張集彩，王恒學(xué)，杜光耀

(1.湖北工程學(xué)院 新技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感 432000；2.翔宇教育集團(tuán)湖北監(jiān)利中學(xué)，湖北 監(jiān)利 433300)

“大學(xué)物理”課程是理工科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是工科類發(fā)展的先導(dǎo)課程。其囊括了經(jīng)典力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、波動光學(xué)及近現(xiàn)代物理學(xué)等體系[1]，具有內(nèi)容多、涉及領(lǐng)域廣、理論性和實踐性強(qiáng)等特點。學(xué)習(xí)“大學(xué)物理”有助于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。傳統(tǒng)的教學(xué)方法雖然有助于學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握“大學(xué)物理”基礎(chǔ)理論知識，但是對培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性效果不顯著，不符合素質(zhì)教育的初衷。實例教學(xué)法本著“理論指導(dǎo)實踐，實踐完善理論”的原則，注重問題導(dǎo)向，融入了課程思政的元素，其教學(xué)重點主要是解決“大學(xué)物理”教學(xué)中的實際問題，把問題拋給學(xué)生，促進(jìn)師生互動，達(dá)到一種“在學(xué)習(xí)中探索，在探索中學(xué)習(xí)”的良好能動循環(huán)，從而使學(xué)生對“大學(xué)物理”知識的“真”掌握。因此，本文通過對實例教學(xué)法在“大學(xué)物理”教學(xué)中的應(yīng)用情況進(jìn)行探討分析，以期實例教學(xué)更好地應(yīng)用于“大學(xué)物理”教學(xué)，從而達(dá)到人才培養(yǎng)質(zhì)量提升的目的。

1 “大學(xué)物理”課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前“大學(xué)物理”教學(xué)現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)模式依然存在教師按照學(xué)時來安排教學(xué)，沒有考慮不同專業(yè)學(xué)生知識體系的需要。其次，理論知識與實驗教學(xué)不能相輔相成。教師沒有擺脫傳統(tǒng)授課模式影響，理論與實踐聯(lián)系不緊密[2]，沒有輔助措施完成形象化設(shè)計。最后，課堂教學(xué)師生缺少互動。教師滿堂灌講授了兩節(jié)課，學(xué)生卻聽得似懂非懂。近幾年，雖然興起了“騰訊課堂”、“學(xué)習(xí)通”、“智慧樹”、“雨課堂”等線上教學(xué)，吸引了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但是理論知識點的復(fù)雜性，仍然讓較多的學(xué)生覺得內(nèi)容枯燥，教學(xué)效果不好。因此，本文通過研究實例教學(xué)法的教學(xué)方式，以期提高教學(xué)的質(zhì)量。

2 實例教學(xué)法的重要性

實例教學(xué)法是本著“理論指導(dǎo)實踐，實踐完善理論”的原則，讓學(xué)生更能掌握理論的本質(zhì)[3]。通過分析解決實際的案例或問題，做到舉一反三，最終達(dá)到實現(xiàn)掌握“大學(xué)物理”基本理論知識的目的。實例教學(xué)法教學(xué)重點在于解決生活中的實際問題，把問題拋給學(xué)生，師生互動，達(dá)到一種“在學(xué)習(xí)中探索，在探索中學(xué)習(xí)”的良好能動循環(huán)，從而促進(jìn)學(xué)生對“大學(xué)物理”知識的“真”掌握。例如，高速公路上發(fā)生多次連環(huán)追尾事故，引發(fā)大家對保持車距有一定的探討，到底車距為多少才算安全的呢？通過提問引發(fā)思考，要求學(xué)生根據(jù)牛頓第二定律，變力提供加速度公式，位移、速度、加速度三者之間的微積分關(guān)系，進(jìn)行定量估算，加深對牛頓第二定律、變力、位移、速度、加速度理解，同時提出學(xué)生考駕照注意事項。教師拋磚引玉，將問題留給學(xué)生，加強(qiáng)線上線下與學(xué)生的互動，通過深入探討實際的案例或問題，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生解決問題的主動性，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

3 “大學(xué)物理”實例教學(xué)法的實例分析

俗話說：“巧婦難為無米之炊”。恰當(dāng)?shù)膶嵗菍嵗虒W(xué)中的基礎(chǔ)和前提，具有代表性、趣味性的實例，更能使學(xué)生融會貫通的掌握知識點，這需要在長期教學(xué)過程中挖掘?qū)嵗?，需要更多的教師提供分享有趣的?jīng)驗，需要調(diào)查、取證、分析、總結(jié)，找出經(jīng)典的實例，來充實實例教學(xué)法在“大學(xué)物理”中的應(yīng)用與實踐，表1列舉了部分電磁學(xué)教學(xué)實例。

以表1的序號5為例，教師拋出螺旋線運動加速器、磁聚焦的案例，促進(jìn)學(xué)生掌握洛倫茲力，分析帶電粒子運動軌跡。再以表1中的序號7為例，為讓學(xué)生掌握法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律，理解自感和互感現(xiàn)象。以水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)，新科技磁懸浮列車、磁懸浮滑板、集電環(huán)為教學(xué)案例，引導(dǎo)學(xué)生對這些案例及背后原理進(jìn)行深入探討與分析，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的主動性，從而引出對電磁感應(yīng)定律的學(xué)習(xí)和思考，最終實現(xiàn)學(xué)生對電磁感應(yīng)定律的真正掌握。通過案例教學(xué)，學(xué)生既掌握了相關(guān)的物理知識，又提升了實踐能力，最后實現(xiàn)了教學(xué)質(zhì)量的“真”提高。

表1 “大學(xué)物理”電磁學(xué)教學(xué)實例簡表

4 “大學(xué)物理”實例教學(xué)法的教學(xué)呈現(xiàn)

在“大學(xué)物理”教學(xué)中，教師不僅要講解知識點本身，而且還要注重局部和整體的把握。以電磁學(xué)中的電場強(qiáng)度分布——均勻帶電金屬細(xì)圓環(huán)、圓盤中心軸線的電場為例。已知正電荷q均勻分布在半徑為R的圓環(huán)上，計算在中心軸線上某點P點的電場強(qiáng)度。設(shè)計問題：均勻帶電體怎樣求電場的分布？給出提示：均勻帶電體可以分成若干相似的模型，利用微積分的連續(xù)求和思路，來求解電場的分布。設(shè)圓環(huán)的線電荷密度為λ，取圓環(huán)上電荷元dq=λdl，則電荷元在某點產(chǎn)生的電場(見圖1)。

圖1 dq在P點的場強(qiáng)分布

(1)

圖2 均勻帶電圓環(huán)在P點的電場

(2)

因為

(3)

代入求解P點的場強(qiáng)得：

(4)

設(shè)計問題：如果將均勻帶電圓環(huán)換成均勻帶電圓盤，則中心軸線上場強(qiáng)的分布情況又是怎樣呢？給出提示：以折疊式水果籃為例(見圖3)，圓盤可以拆成無數(shù)個圓環(huán)。利用圓環(huán)的結(jié)論，來求解圓盤的電場。

圖3 折疊式水果籃

(5)

當(dāng)學(xué)生對這樣的水果籃很好奇時，會促進(jìn)學(xué)生主動思考圓環(huán)與圓盤之間的聯(lián)系，從而求出來均勻帶電圓盤的電場的分布。通過對帶電圓環(huán)和帶電圓盤電場分布的討論，引出帶電圓環(huán)電極、旋轉(zhuǎn)圓盤電極的原理。

在該實例中，我們只是簡單地給出概念和公式，學(xué)生很難將其應(yīng)用到模型復(fù)雜的電場中。但如果將模型形象化，找到理論上的“著陸點”，破解新的知識點，物理思想就可以講的有理有據(jù)，進(jìn)一步加深學(xué)生對知識的理解和掌握。

5 融入課程思政

“大學(xué)物理”是一門基礎(chǔ)課程，其中蘊含著豐富的思政元素。在“大學(xué)物理”教學(xué)中潛移默化地進(jìn)行思政教育，可以提高教學(xué)效果的同時，達(dá)到立德樹人的目標(biāo)[4]。通過對物理學(xué)的研究方法、物理學(xué)史及科學(xué)家的成長歷程的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們建立科學(xué)的價值觀，激發(fā)求職和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實的精神，和解決一切難題的“工匠精神”。以波的疊加為例，頻率相同、振動方向相同、相位相同的兩列相干波疊加后，波的強(qiáng)度變成原來的4倍，即I=4I0。利用這一知識點，強(qiáng)調(diào)齊心協(xié)力、同舟共濟(jì)的力量。

6 結(jié)語

綜上所述，在“大學(xué)物理”教學(xué)中融入課程思政，運用問題導(dǎo)向的“實例教學(xué)法”，能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，更有助于學(xué)生對“大學(xué)物理”知識的 “真”掌握、“真”理解，提高了“大學(xué)物理”教學(xué)效果，體現(xiàn)了“以生為本”的教學(xué)理念。當(dāng)然，根據(jù)不同專業(yè)的知識需求選擇合適的實際教學(xué)案例，注重問題導(dǎo)向是實施好該教學(xué)法的精髓，只有這樣才能建立起高效的“大學(xué)物理”課堂。