文理科大學物理教學方法探討
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一、注重大學物理教學的文理滲透和美學教育
平面鏡成像、電荷的正負、作用力和反作用力、電生磁和磁生電、物質(zhì)與反物質(zhì)等空間對稱性，角動量守恒體現(xiàn)了宇宙的空間轉(zhuǎn)動對稱性，能量守恒體現(xiàn)了宇宙的時間平移對稱性。
1.簡約美在一個藝術(shù)家眼里，簡潔就是一種美。物理學源于對自然現(xiàn)象的解釋和摸索，曾經(jīng)是很繁瑣的，隨著物理學家對自然規(guī)律一步步探究，他們逐漸總結(jié)出了反映物理本質(zhì)屬性的基本概念、定理和定律。例如，宇宙中的種種作用力可歸納為萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力四種；牛頓三定律解釋了低速條件下的物體動力學特征；麥克斯韋方程組可以解釋電磁學的許多問題；愛因斯坦相對論內(nèi)涵很神奇，它的原理卻十分簡單明了。
2.和諧美自然界既是千姿百態(tài)的，又是統(tǒng)一的，萬千事物的存在和變化遵從一定的規(guī)律，這些為數(shù)不多的規(guī)律體現(xiàn)了自然界的統(tǒng)一與和諧之美。牛頓將“落下的蘋果”和行星運動引力聯(lián)系起來；麥克斯韋理論統(tǒng)一了電、磁、光；愛因斯坦廣義相對論將引力、時間、空間、物質(zhì)聯(lián)系起來；德布羅意關(guān)系揭示了物質(zhì)波動性和粒子性的統(tǒng)一。物理學不僅是一門科學，也是一種文化，在理科生大學物理課堂上，教師可以將物理與文學結(jié)合起來，借助優(yōu)美的古詩詞句加深學生對物理規(guī)律的理解和記憶，同時培養(yǎng)他們的文學素養(yǎng)。張若虛的《春江花月夜》中，詩句“春江潮水連海平，海上明月共潮生”描繪了明月與潮水同升的景象；史達祖在《滿江紅•中秋夜潮》中用詩句“萬水歸陰，故潮信盈虛因月”提示了潮汐現(xiàn)象與月亮相關(guān)。由此，教師可以讓學生明白：利用萬有引力公式定量計算發(fā)現(xiàn)，月球的引潮力是太陽的2倍多，潮汐主要是月球?qū)Τ彼囊Χ纬傻?。蘇軾的詩“峰多巧障目，江遠欲浮天”形象講述了“光沿直線傳播”的理論。教學中以詩句引趣，以意激情，使學生自然地進入最佳學習狀態(tài)，有利于啟發(fā)學生思維，強化學生記憶，調(diào)動課堂氣氛。
文理科生物理基礎(chǔ)差距大，理科生熟悉的內(nèi)容，文科生可能并不了解。文科生具有較強的文字功底和語言表達能力，理科生獨立思考和邏輯思維強。為解決不同知識背景學生的需求，教師應(yīng)從教學內(nèi)容、考核方式和教學方法等方面探索出適合高等院校實際的、能充分調(diào)動師生積極性的教學模式。
1.教學內(nèi)容的不同文科學生與理工科學習物理知識有著本質(zhì)不同。首先，課時差距很大，北京工商大學（以下簡稱“我校”）理工科每學年總課時為119課時，而文科學生只有34課時，這要求教師要精選文科生物理學習內(nèi)容；其次，物理基礎(chǔ)的不同使得任課教師在教學深度和難度上要把握得當。另外，理工科大學物理教學是為了培養(yǎng)研究和應(yīng)用型人才，文科學生學物理是為了提高他們的科學素養(yǎng)。因而，理工科教學內(nèi)容應(yīng)“系統(tǒng)化”、“邏輯化”和“研究型”，而文科學生側(cè)重于科學精神和物理規(guī)律的定性學習。我校理工科大學物理教學內(nèi)容系統(tǒng)化，涉及力學、熱學、振動和波動、光學、電磁學和近代物理。教師教學不單純以“傳授知識”活動為主，而且要輔之以“探索知識”活動，這不但發(fā)展一般應(yīng)用知識的能力，還要發(fā)展高層次能力，即創(chuàng)造力。在教學中，注重教學主題的引入，啟發(fā)學生思考問題，理論聯(lián)系實際，從而培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，讓學生從單純的物理知識學習上升到創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。我校教師讓學生走進實驗室，引導學生自主設(shè)計和開發(fā)新的實驗儀器，通過這樣的教學方式，提高學生動手能力和科研技能，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。最終，教師指導學生獲得三項物理演示實驗競賽獎：2011年北京市大學生物理實驗競賽一等獎，2011年北京市大學生物理實驗競賽三等獎，全國高校第10屆物理演示教學儀器一等獎。文科大學物理教學中注重物理學史的介紹，讓學生了解物理學規(guī)律和定律變革的洗禮，深刻領(lǐng)會物理學家思想的真諦，感悟科學家所具有的探索精神、求真精神、創(chuàng)新精神和獻身精神，以及科學家們所表現(xiàn)出的謙虛、誠實、合作、淡泊名利的優(yōu)秀品質(zhì)。例如，在講述卡諾循環(huán)物理原理時，介紹了法國青年工程師卡諾如何在前人研究基礎(chǔ)上找到了提高蒸汽機效率方法的研究過程，由此激勵學生在學習中應(yīng)像卡諾那樣具備不斷探索的精神。又如在引入庫倫定律時，不僅讓學生了解庫倫，還要了解卡文迪許、富蘭克林等科學家為該定律的建立付出的不懈努力，使庫侖定律最終在1784～1785年間通過紐秤實驗得以驗證。課堂物理學史的引入不僅能使學生對所學內(nèi)容印象深刻，還激發(fā)了他們學習物理的興趣，培養(yǎng)了他們的人文精神。
2.課堂教學方式不同針對理工科學生特點，教師著重訓練他們的邏輯思維能力、空間想象能力、運算能力和科學研究能力，可以采取下面幾種教學方式：第一，運用所學物理知識，教師引導學生對物理問題進行科學分析，形成一定的邏輯思維習慣、抽象思維能力、解題思路和物理模型。第二，教師指導學生熟練運用高等數(shù)學知識解決物理問題。微積分是最常用的數(shù)學分析手段，也是學生覺得最難的數(shù)學工具，物理教師應(yīng)向?qū)W生深入剖析微積分的物理意義，以此提高他們的運算能力。第三，大學物理實驗數(shù)據(jù)經(jīng)常要使用計算機軟件來處理，有些學生計算機水平低，教師應(yīng)加強他們的信息處理能力。第四，物理規(guī)律和理論來源于實驗和生產(chǎn)實踐，教師通過大學物理實驗課培養(yǎng)學生的實驗動手能力和創(chuàng)造力。大學物理學習對文科生要求相對比較低，主要掌握基本物理概念和原理，培養(yǎng)一定的科學思維方式。考慮到文科生物理基礎(chǔ)薄弱，教師可利用輕松愉悅的教學方式引入教學主題，向文科學生適當介紹與物理有關(guān)的社會問題如能源、環(huán)境問題，當代科技前沿知識如航天飛機、納米材料知識，而最簡單形象的就是利用實驗儀器的演示來解釋物理問題。我校大學物理演示實驗室已向文科生開放，“法拉弟籠”是學生最感興趣的實驗之一。當約50~100KV高壓電源向法拉第籠放電時，籠內(nèi)的同學安然無恙，學生對此驚訝不已，覺得真不可思議。教師用靜電屏蔽的物理理論進行解釋后，并啟發(fā)學生思考：在生活中是否存在類似現(xiàn)象？學生想到了高壓線圈外的鐵架，還有些同學想到如果將易發(fā)生雷電地區(qū)的房屋裝上這些具有屏蔽作用的籠網(wǎng)，可以保護人身安全，這樣的演示實驗讓學生感覺到物理現(xiàn)象就在身邊。物理演示實驗室展廳還擺放有許多生活中可以見到的實驗儀器，如三維電影、魚洗盆。這些實驗儀器越貼近生活，學生越有興趣，急切地想知道它們的物理本質(zhì)。教師再引導學生分析其中的物理奧妙，學生必然興趣盎然，覺得物理大有用處。
3.教材和考核方式不同我校大學物理課程是在理工科學生一、二年級開設(shè)的必修基礎(chǔ)課，而文科生大學物理為選修課。大學物理課教學內(nèi)容豐富，知識具有一定深度和難度，課時比較緊。教師選用好的物理教材，可啟發(fā)潛在的物理人才，精進其物理能力，提高學習興趣。參照教育部制定的《理工科非物理類專業(yè)大學物理課程教學基本要求》，理工科大學物理課程選擇了由程守珠和江之永主編的《普通物理學》（上、下冊）作為主要教材，該教材還有配套的習題分析與解答、思考題分析與拓展、學習指導書等資料。文科生選取的是由倪光炯和王炎森主編的《物理與文化》，是以傳遞物理文化和科學精神為主的教材。此外，筆者還與IT公司軟件技術(shù)人員合作，用actionscript語言開發(fā)了集文字、圖像、視頻和聲音于一體的多媒體物理教學軟件，該軟件使教師教學更靈活生動，極大提高了學生學習興趣。理工科考試成績主要由兩部分組成：期末成績占60%，平時成績占40%。文科學生因理論課比實驗課時少，成績主要由以下三個方面來評定：期末考試成績占50%；教師對學生實驗儀器操作、數(shù)據(jù)測量和數(shù)據(jù)誤差分析進行記錄，學生課后上交實驗報告，報告內(nèi)容包括實驗?zāi)康?、儀器、原理、數(shù)據(jù)處理和分析討論，該部分占總成績的30%；每組學生選一個專題進行口頭報告，由教師和本班學生共同評定，評定成績占總成績的20%。
作者：胡蓉 單位：北京工商大學理學院