對(duì)公安應(yīng)用物理教學(xué)改革的探討
——以貴州警察學(xué)院為例

徐 梅

（貴州警察學(xué)院，貴州 貴陽 550005）

1 大學(xué)物理教改的意義

《大學(xué)物理基礎(chǔ)教程》是交通管理專業(yè)和刑事技術(shù)專業(yè)必學(xué)的重要學(xué)科。它不僅培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)當(dāng)前高科技發(fā)展、增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和對(duì)物理前沿研究成果的認(rèn)識(shí)，而且在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和科學(xué)研究意識(shí)等方面具有重要作用[1-2]。然而大學(xué)物理在公安院校中重視不夠，公安專業(yè)學(xué)生認(rèn)為大學(xué)物理和今后工作實(shí)踐結(jié)合度不高，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)心理預(yù)期下降，學(xué)習(xí)方式基本上是被動(dòng)強(qiáng)行灌輸式學(xué)習(xí)。如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的積極性，掌握物理學(xué)規(guī)律和方法、培養(yǎng)獨(dú)立思考物理問題的思維能力，從而更好地在新興崛起的物理研究領(lǐng)域發(fā)揮其作用，這些問題是作為一名大學(xué)物理教育教師亟須思考的問題。本著有利于提高教學(xué)質(zhì)量、提升育人效果為原則，對(duì)公安專業(yè)的學(xué)生開展課程教學(xué)調(diào)查分析，從調(diào)查研究中提煉出幾點(diǎn)突出結(jié)論，從結(jié)論出發(fā)提出新時(shí)代背景下教學(xué)改革的一些教改思路。

2 問卷調(diào)查及結(jié)論

以交通管理專業(yè)和刑事技術(shù)專業(yè)的大一學(xué)生為調(diào)查對(duì)象，設(shè)計(jì)大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查問卷。通過問卷調(diào)查的方式及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)中遇到的問題及困難，引導(dǎo)學(xué)生利用多元的新媒體網(wǎng)絡(luò)資源自主學(xué)習(xí)以達(dá)到教學(xué)高質(zhì)量的目的[3]。問卷共計(jì)140份，有效問卷135份，問卷共設(shè)置12個(gè)選擇題，題型的設(shè)置主要針對(duì)學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)識(shí)、學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生畏難情緒的地方以及如何激發(fā)學(xué)生課程學(xué)習(xí)興趣方面出發(fā)。根據(jù)調(diào)查結(jié)果得出以下結(jié)論：（1）將近7成的學(xué)生認(rèn)為用高等數(shù)學(xué)知識(shí)來解決物理問題時(shí)有必要的；（2）90%以上的學(xué)生覺得上大學(xué)物理這門課需要增加演示實(shí)驗(yàn)或動(dòng)畫視頻；（3）6成的同學(xué)覺得一學(xué)期開設(shè)1-2次側(cè)重物理應(yīng)用的小班討論課來輔助教學(xué)是有必要的。針對(duì)上述較為突出的調(diào)查結(jié)論，對(duì)大學(xué)物理提出以下幾點(diǎn)教改思路。

3 大學(xué)物理教改思路

3.1 利用高等數(shù)學(xué)解決物理問題的能力

大學(xué)物理很多問題都要借助高等數(shù)學(xué)中的知識(shí)來解決，對(duì)于剛接觸高等數(shù)學(xué)或是知識(shí)體系不扎實(shí)的學(xué)生來說，要想得心應(yīng)手的運(yùn)用此工具來解決大學(xué)物理遇到的問題是非常難的，學(xué)生因此會(huì)害怕學(xué)習(xí)大學(xué)物理課。所以，學(xué)生應(yīng)用高等數(shù)學(xué)的能力要不斷在大學(xué)物理教學(xué)中加強(qiáng)提高，讓學(xué)生感受到通過高等數(shù)學(xué)去解決物理問題是一件有樂趣的事情。在講學(xué)初期，要系統(tǒng)而全面地講解涉及高等數(shù)學(xué)的物理問題。如質(zhì)量為M，長(zhǎng)為L(zhǎng)的均質(zhì)細(xì)棒AB，求轉(zhuǎn)軸通過棒的中心并和棒垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這就利用高等數(shù)學(xué)中微積分知識(shí)來解決物理問題最好的例子。這是求剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因?yàn)閯傮w是特殊的質(zhì)點(diǎn)系，每個(gè)質(zhì)元的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可表示為I=mr2，這里的細(xì)棒是由很多質(zhì)元構(gòu)成，所以要想求轉(zhuǎn)軸通過棒的中心并和棒垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，就要用到高等數(shù)學(xué)中的積分思想來解決。這個(gè)過程中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是連續(xù)變化的，建立一維坐標(biāo)軸Ox，在距原點(diǎn)x處取一微元dx，O點(diǎn)在AB棒的中點(diǎn)處，如圖1所示。此題中研究的是一維形狀，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的定義公式可知，為棒的質(zhì)量線密度，則該微元的質(zhì)量可表示為，要想求轉(zhuǎn)軸通過棒的中心并和棒垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就要進(jìn)行積分，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為

圖1 轉(zhuǎn)軸通過棒的中心并和棒垂直

3.2 增加較多的物理知識(shí)動(dòng)畫視頻和演示實(shí)驗(yàn)

在大學(xué)物理教學(xué)中，適當(dāng)?shù)卦黾右恍┪锢硌菔緦?shí)驗(yàn)和物理相關(guān)知識(shí)的動(dòng)畫視頻會(huì)激起學(xué)生的求知欲和好奇心，對(duì)于學(xué)生而言，這樣的教學(xué)方式不僅帶給他們一種新鮮感，同時(shí)讓學(xué)生由原來的被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。對(duì)于老師而言，老師可以擺脫傳統(tǒng)“教”的枯燥教學(xué)模式，增加物理知識(shí)動(dòng)畫視頻和演示實(shí)驗(yàn)的過程中，可以和學(xué)生互動(dòng)，讓學(xué)生可以邊“玩”邊學(xué)，邊“看”邊學(xué)。如在講到動(dòng)量守恒定律時(shí)，可以在課上演示動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)，演示過程中，讓學(xué)生參與其中，這樣學(xué)生更加深刻地理解動(dòng)量守恒定律使用的條件和原理。當(dāng)講到自感現(xiàn)象時(shí)，可以加入動(dòng)畫視頻，動(dòng)畫會(huì)很生動(dòng)的顯示電流的走向、開關(guān)的情況、燈泡亮與熄的情況等等。通過加入動(dòng)畫視頻學(xué)生對(duì)自感現(xiàn)象的產(chǎn)生有更加深刻的了解，觀看動(dòng)畫視頻后再結(jié)合理論知識(shí)的講解，讓學(xué)生對(duì)自感現(xiàn)象的原理和解釋有一個(gè)更深層次的理解。除此之外，可以引入尖端放電、光柵以及多普勒效應(yīng)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)上的動(dòng)畫視頻等。

3.3 基于Matlab編程軟件處理教學(xué)難點(diǎn)

大學(xué)物理中很多知識(shí)點(diǎn)抽象且不易理解，要想讓這些較難的知識(shí)點(diǎn)直觀、生動(dòng)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，Matlab編程軟件可以實(shí)現(xiàn)這一目的，通過Matlab編程軟件可以反映出物理現(xiàn)象和規(guī)律，它是輔助大學(xué)物理課程教學(xué)的重要手段之一[4]。比如在講單列波時(shí)，學(xué)生對(duì)波的形成和傳播方向以及振幅、頻率、相位等概念很難理解和區(qū)分，這時(shí)，可利用Matlab編程軟件，把不同相位波的圖像做成動(dòng)畫顯示出來（如圖2所示）。

圖2 不同相位的單列波

圖3 單縫衍射

3.4 開展物理應(yīng)用的小組討論課

每學(xué)期開展1-2次的小組討論課，這種小組討論課是結(jié)合學(xué)生專業(yè)而設(shè)置的，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的探究精神和對(duì)真理的鉆研精神。在學(xué)期前期就布置討論課的任務(wù)，采取討論和平時(shí)分掛鉤的方式，學(xué)生的參與度和上心程度會(huì)更高，整個(gè)過程培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和解決問題的能力。討論課的題目為：

（1）將一個(gè)生雞蛋和一個(gè)熟雞蛋放在水平桌面上讓其旋轉(zhuǎn)，判斷哪一個(gè)是生哪一個(gè)是熟，其中的原理是什么？

（2）在一起交通事故中，一質(zhì)量為m1的車輛以瞬時(shí)速度v1與另一輛質(zhì)量為m2，瞬時(shí)速度為v2的車輛相撞，相撞后兩車一起運(yùn)動(dòng)數(shù)米停下，請(qǐng)分析此過程運(yùn)用到哪些物理原理？?jī)绍嚬餐\(yùn)動(dòng)的速度、有效碰撞速度、兩車的速度變化如何表達(dá)？

題目2是針對(duì)學(xué)生的專業(yè)給出的討論題，這道討論題與學(xué)生的專業(yè)較緊密，對(duì)今后他們?cè)诠ぷ髦袑?duì)交通事故的研判有很大的用處，加之學(xué)生對(duì)碰撞知識(shí)有一定的基礎(chǔ)，因此學(xué)生對(duì)這道討論題很感興趣。在設(shè)計(jì)這道討論題時(shí)，有些隱性的問題沒有直接給出，目的是讓學(xué)生在討論這道題、查找資料時(shí)去思考這里面涉及的知識(shí)。結(jié)果顯示，有極個(gè)別的同學(xué)在調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，真實(shí)的兩車碰撞要解決車輛變形（即車輛變形與碰撞速度的關(guān)系）的問題。通過這種討論課學(xué)生不僅能講清楚原理，而且在查閱資料、調(diào)研時(shí)還能自主地思考問題。因此，開展物理應(yīng)用小組討論課是行之有效。

4 結(jié)語

《大學(xué)物理基礎(chǔ)教程》作為今后公安業(yè)務(wù)工作的理論指南之一，它對(duì)培養(yǎng)公安院校學(xué)生的物理創(chuàng)新能力、實(shí)踐操作能力具有巨大作用。本文以引入高等數(shù)學(xué)方法、動(dòng)畫實(shí)驗(yàn)和視頻，開展分組討論、利用Matlab編程軟件等教學(xué)輔助手段為導(dǎo)向，旨在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及思考問題的能力，對(duì)大學(xué)物理教學(xué)方法改革進(jìn)行探討，與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比呈現(xiàn)出較好的效果。當(dāng)然，教學(xué)改革方面的研究還有待進(jìn)一步深化和改善，比如要找更多與交通管理專業(yè)和刑事技術(shù)專業(yè)學(xué)生專業(yè)課相匹配的物理知識(shí)，即專業(yè)課實(shí)戰(zhàn)實(shí)例等，這就需要與公安專業(yè)的教師溝通交流，挖掘兩個(gè)學(xué)科之間的銜接元素，同時(shí)也需要諸多方面的知識(shí)體系有機(jī)融合。