高中物理到大學(xué)物理過渡性教學(xué)探討

馬 倩 趙小妹 張 菲 夏候平

①寶雞文理學(xué)院物理與光電技術(shù)學(xué)院 ②西安高新第一中學(xué) ③武功縣普集高級中學(xué)

目前，大學(xué)物理主要面向理工科專業(yè)開設(shè)的必修課程，該課程主要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法和研究方法，但對很多學(xué)生來說，大學(xué)物理也是一門難學(xué)的學(xué)科，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的掛科現(xiàn)象。本文主要基于大學(xué)生已有的高中物理知識，在教學(xué)過程中對比之前高中物理與大學(xué)物理的區(qū)別與聯(lián)系，利用過渡性教學(xué)方式激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生思維能力，改善學(xué)生學(xué)習(xí)方法，同時引導(dǎo)學(xué)生思考發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律及物理現(xiàn)象本質(zhì)，實現(xiàn)有效的過渡性教學(xué)，提高大學(xué)物理的教學(xué)效果。

1 引言

從初中開始接觸物理再到高中學(xué)生對物理已有5年的學(xué)習(xí)，所以物理對本科生來說并不陌生，而大學(xué)物理主要面對理工學(xué)生開設(shè)的一門必修課[1-2]，大學(xué)物理是高中物理的延展，不同專業(yè)對物理的能力要求是不一樣的，高中物理給理工科大學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)大學(xué)物理打下了堅實的理論基礎(chǔ)[3-5]。高中物理主要在條件簡單的物理情境中，根據(jù)比較直觀的物理現(xiàn)象在學(xué)生已有經(jīng)驗認(rèn)知的基礎(chǔ)上，定性的總結(jié)物理規(guī)律，要求會一些簡單情景下的理論推導(dǎo)，進行相關(guān)的計算[6]。而大學(xué)物理是在高中物理基礎(chǔ)上，分析更接近實際情境的物理現(xiàn)象，要定量的總結(jié)物理規(guī)律，會用到高等數(shù)學(xué)中的微積分來計算[7-8]。雖然大學(xué)物理與高中物理有部分內(nèi)容是重復(fù)的，但是每年大學(xué)物理考試過關(guān)率極低，大部分學(xué)生反映大學(xué)物理學(xué)習(xí)困難,主要原因三方面[9]：①高中知識薄弱沒有良好的物理基礎(chǔ)；②大學(xué)物理課程內(nèi)容多但課時少，學(xué)生跟不上節(jié)奏，學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)方式不合適 ；③大學(xué)物理對學(xué)生思維能力和數(shù)學(xué)水平的要求難度跨越很大。為了使學(xué)生真正適應(yīng)大學(xué)物理的教學(xué)，本文主要從過渡性教學(xué)方面做以改善，結(jié)合一些大學(xué)物理教學(xué)知識點，構(gòu)建物理知識體系，改善學(xué)生學(xué)習(xí)方式方法，提高本課程教學(xué)效率。

2 高中物理與大學(xué)物理的區(qū)別和聯(lián)系

為了實現(xiàn)過渡性教學(xué)，首先必須明白高中物理與大學(xué)物理之間的區(qū)別與聯(lián)系，兩者既相互區(qū)別又相互聯(lián)系密不可分。高中物理研究的是一些較為基本層面的物質(zhì)運動規(guī)律以及一些定理、定律和公式，而大學(xué)物理則是擴展了知識面、加深了知識的深度。當(dāng)然，二者都是由力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理學(xué)五部分組成。高中時所接觸的物理知識都是經(jīng)典物理中的宏觀、低速領(lǐng)域、而大學(xué)物理則是涉及到微觀領(lǐng)域的知識。

在高中時，物理研究對象基本上都是一些恒量，也就是大小和方向不隨時間改變，直接給學(xué)生推導(dǎo)物理公式加以應(yīng)用，并不具有一般性來處理物理規(guī)律。但是當(dāng)問題變成變量問題時，高中物理知識無法處理這些問題，所以需要進行大學(xué)物理學(xué)習(xí)，通過大學(xué)物理的學(xué)習(xí)給出研究物理規(guī)律一般式，既可以解決恒量問題也可以解決變量問題，在大學(xué)物理中采用微元思想求解，提出瞬時的概念，所以大學(xué)物理可以處理變量問題。再者，大學(xué)物理中大部分物理量的引入與建立不同于高中物理。大學(xué)物理中引入矢量與算符（叉乘），高中物理中我們常常在解決問題之前已經(jīng)分析了運動的維度，或者物理量的方向已知，那么該問題只有一個維度，可以用標(biāo)量來處理。而到了大學(xué)物理中物理量的定義本身具有矢量性，之前在高中中的點乘將會變?yōu)椴娉?，叉乘體現(xiàn)了物理量的矢量性，其符合右手定則，此時我們不再采用高中的左手定則。

總的來說，兩者的區(qū)別在于兩點—瞬時性和矢量性，兩者在教學(xué)中的關(guān)系相輔相成，高中物理與大學(xué)物理處于特殊與一般的關(guān)系，高中物理研究特殊簡單的物理規(guī)律，而大學(xué)物理對高中物理進行延伸與拓展，可以解決一般性的問題，大學(xué)物理教學(xué)過程的實現(xiàn)也是站在高中的基礎(chǔ)上給學(xué)生構(gòu)建知識體系從而改善教學(xué)效果。

3 高中物理到大學(xué)物理過渡性教學(xué)

何為過渡性教學(xué)，即借助于學(xué)生目前現(xiàn)有的物理知識基礎(chǔ)引導(dǎo)學(xué)生思考物理規(guī)律之間的內(nèi)在聯(lián)系以及物理現(xiàn)象的本質(zhì)，使學(xué)生掌握由特殊到一般、透過現(xiàn)象看本質(zhì)的方法論，形成完整的知識體系，培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題，以及創(chuàng)新能力，吸引學(xué)生的興趣，克服對大學(xué)物理厭學(xué)心里，從而達到良好的教學(xué)效果。作為主講教師如何實施過渡性教學(xué)也顯得尤為重要。以數(shù)學(xué)微積分和物理量的矢量性為紐帶闡述過渡性教學(xué)實施。

首先，過渡性教學(xué)微元極限思想的利用。大學(xué)物理借助于高等數(shù)學(xué)工具處理復(fù)雜的物理問題的過程。高中速度的定義：物體運動的位移△ x 跟發(fā)生這段位移所用的時間△ t 的比值；進入大學(xué)物理速度定義為位移對時間的一階導(dǎo)數(shù)，如何理解呢？此速度為瞬時速度何為瞬時，即每時每刻，借助高中的定義以及極限思想，當(dāng)時間△ t無限小趨近于0即dt即瞬時性，對應(yīng)的位移也會變?yōu)槲⒎炙浴７催^來位移，在運用高等數(shù)學(xué)的同時注重數(shù)學(xué)對物理的轉(zhuǎn)化，物理的矢量性以及該有的物理意義。同樣在連續(xù)帶電體場分布時也可借助微元思想，在上取電量 計算其所對應(yīng)的場總場傳授學(xué)生微元思想的應(yīng)用并將其貫穿與大學(xué)物理教學(xué)。

其次，過渡性教學(xué)物理量矢量性應(yīng)用。不同于高中物理，一些物理量的定義式中已經(jīng)帶入物理量的是矢量型。比如安培力大小高中定義F=BIL，方向左手定則來判斷，此時電流與磁場垂直，那么電流與磁場任意方向時感受的里如何計算？進入大學(xué)物理電流源感受磁場的安培力定義為，此定義具有一般性，感受到力的大小取決電流和磁場的夾角滿足右手叉乘矢量運算，我們發(fā)現(xiàn)高中所學(xué)安培力就是大學(xué)物理一種特例。利用矢量性同時解決了從特殊到一般的認(rèn)知。

最后，物理現(xiàn)象的本質(zhì)認(rèn)知?；诟咧形锢碇R，摩擦起電，經(jīng)常用到一個典型的例子，圓珠筆與頭發(fā)摩擦可以吸引小紙屑，那么問題來了，筆是帶電的而紙屑不帶電，根據(jù)同性相斥異性相吸不該吸引紙屑。之所以吸引肯定紙屑帶有電性了，為何會有電性？那么大學(xué)物理開設(shè)了極化這節(jié)課，通過該節(jié)課讓學(xué)生認(rèn)識到知識的不足，筆帶電周圍產(chǎn)生場極化了紙屑從而使紙屑有了電性?；趯W(xué)生高中知識：電力線不相交不閉合，電力線描述電場，電力線不閉合的原因是什么呢？大學(xué)物理課程進行深入的學(xué)習(xí)高斯定理，高斯定理告訴我們電場是有源場，它的源就是電荷，所以電力線起于正電荷止于負(fù)電荷在無電荷處不間斷，所以是不閉合的。同時高斯定理可以用來解決電荷具有對稱分布帶電體的場分布，比如無限大板平行板電容器，引導(dǎo)學(xué)生思考高中的解決方式，和新知識的解決問題的思維方式的差異，培養(yǎng)學(xué)生思維能力。同樣利用類比法研究磁場，培養(yǎng)在學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)方法的應(yīng)用。注重方法論教學(xué)，掌握解決問題的能力。

4 結(jié)論

本文主要集中于如何在大學(xué)物理課程中實施過渡性教學(xué)，再基于大學(xué)生已有的高中物理知識，教學(xué)過程中對比高中物理與大學(xué)物理的區(qū)別與聯(lián)系，利用高等數(shù)學(xué)作為工具，借助微積分思想和部分物理量矢量特性實現(xiàn)了高中物理到大學(xué)物理的有效過渡，同時在教學(xué)過程中培養(yǎng)的學(xué)生的思維能力和研究方法，引導(dǎo)學(xué)生思考發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律及物理現(xiàn)象本質(zhì)，實現(xiàn)有效的過渡性教學(xué)，從而提高大學(xué)物理課堂的教學(xué)效果。