文理科大學(xué)物理教學(xué)方法探討
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一、注重大學(xué)物理教學(xué)的文理滲透和美學(xué)教育
平面鏡成像、電荷的正負(fù)、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(duì)稱(chēng)性，角動(dòng)量守恒體現(xiàn)了宇宙的空間轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱(chēng)性，能量守恒體現(xiàn)了宇宙的時(shí)間平移對(duì)稱(chēng)性。
1.簡(jiǎn)約美在一個(gè)藝術(shù)家眼里，簡(jiǎn)潔就是一種美。物理學(xué)源于對(duì)自然現(xiàn)象的解釋和摸索，曾經(jīng)是很繁瑣的，隨著物理學(xué)家對(duì)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(wàn)有引力、電磁力、強(qiáng)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(dòng)力學(xué)特征；麥克斯韋方程組可以解釋電磁學(xué)的許多問(wèn)題；愛(ài)因斯坦相對(duì)論內(nèi)涵很神奇，它的原理卻十分簡(jiǎn)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(wàn)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(píng)果”和行星運(yùn)動(dòng)引力聯(lián)系起來(lái)；麥克斯韋理論統(tǒng)一了電、磁、光；愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論將引力、時(shí)間、空間、物質(zhì)聯(lián)系起來(lái)；德布羅意關(guān)系揭示了物質(zhì)波動(dòng)性和粒子性的統(tǒng)一。物理學(xué)不僅是一門(mén)科學(xué)，也是一種文化，在理科生大學(xué)物理課堂上，教師可以將物理與文學(xué)結(jié)合起來(lái)，借助優(yōu)美的古詩(shī)詞句加深學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的理解和記憶，同時(shí)培養(yǎng)他們的文學(xué)素養(yǎng)。張若虛的《春江花月夜》中，詩(shī)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(dá)祖在《滿(mǎn)江紅•中秋夜潮》中用詩(shī)句“萬(wàn)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(xué)生明白：利用萬(wàn)有引力公式定量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，月球的引潮力是太陽(yáng)的2倍多，潮汐主要是月球?qū)Τ彼囊Χ纬傻摹ＬK軾的詩(shī)“峰多巧障目，江遠(yuǎn)欲浮天”形象講述了“光沿直線(xiàn)傳播”的理論。教學(xué)中以詩(shī)句引趣，以意激情，使學(xué)生自然地進(jìn)入最佳學(xué)習(xí)狀態(tài)，有利于啟發(fā)學(xué)生思維，強(qiáng)化學(xué)生記憶，調(diào)動(dòng)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(qiáng)的文字功底和語(yǔ)言表達(dá)能力，理科生獨(dú)立思考和邏輯思維強(qiáng)。為解決不同知識(shí)背景學(xué)生的需求，教師應(yīng)從教學(xué)內(nèi)容、考核方式和教學(xué)方法等方面探索出適合高等院校實(shí)際的、能充分調(diào)動(dòng)師生積極性的教學(xué)模式。
1.教學(xué)內(nèi)容的不同文科學(xué)生與理工科學(xué)習(xí)物理知識(shí)有著本質(zhì)不同。首先，課時(shí)差距很大，北京工商大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我校”）理工科每學(xué)年總課時(shí)為119課時(shí)，而文科學(xué)生只有34課時(shí)，這要求教師要精選文科生物理學(xué)習(xí)內(nèi)容；其次，物理基礎(chǔ)的不同使得任課教師在教學(xué)深度和難度上要把握得當(dāng)。另外，理工科大學(xué)物理教學(xué)是為了培養(yǎng)研究和應(yīng)用型人才，文科學(xué)生學(xué)物理是為了提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。因而，理工科教學(xué)內(nèi)容應(yīng)“系統(tǒng)化”、“邏輯化”和“研究型”，而文科學(xué)生側(cè)重于科學(xué)精神和物理規(guī)律的定性學(xué)習(xí)。我校理工科大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)化，涉及力學(xué)、熱學(xué)、振動(dòng)和波動(dòng)、光學(xué)、電磁學(xué)和近代物理。教師教學(xué)不單純以“傳授知識(shí)”活動(dòng)為主，而且要輔之以“探索知識(shí)”活動(dòng)，這不但發(fā)展一般應(yīng)用知識(shí)的能力，還要發(fā)展高層次能力，即創(chuàng)造力。在教學(xué)中，注重教學(xué)主題的引入，啟發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題，理論聯(lián)系實(shí)際，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，讓學(xué)生從單純的物理知識(shí)學(xué)習(xí)上升到創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。我校教師讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗(yàn)儀器，通過(guò)這樣的教學(xué)方式，提高學(xué)生動(dòng)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(dǎo)學(xué)生獲得三項(xiàng)物理演示實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽獎(jiǎng)：2011年北京市大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，2011年北京市大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽三等獎(jiǎng)，全國(guó)高校第10屆物理演示教學(xué)儀器一等獎(jiǎng)。文科大學(xué)物理教學(xué)中注重物理學(xué)史的介紹，讓學(xué)生了解物理學(xué)規(guī)律和定律變革的洗禮，深刻領(lǐng)會(huì)物理學(xué)家思想的真諦，感悟科學(xué)家所具有的探索精神、求真精神、創(chuàng)新精神和獻(xiàn)身精神，以及科學(xué)家們所表現(xiàn)出的謙虛、誠(chéng)實(shí)、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(shí)，介紹了法國(guó)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(jī)效率方法的研究過(guò)程，由此激勵(lì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中應(yīng)像卡諾那樣具備不斷探索的精神。又如在引入庫(kù)倫定律時(shí)，不僅讓學(xué)生了解庫(kù)倫，還要了解卡文迪許、富蘭克林等科學(xué)家為該定律的建立付出的不懈努力，使庫(kù)侖定律最終在1784～1785年間通過(guò)紐秤實(shí)驗(yàn)得以驗(yàn)證。課堂物理學(xué)史的引入不僅能使學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容印象深刻，還激發(fā)了他們學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)了他們的人文精神。
2.課堂教學(xué)方式不同針對(duì)理工科學(xué)生特點(diǎn)，教師著重訓(xùn)練他們的邏輯思維能力、空間想象能力、運(yùn)算能力和科學(xué)研究能力，可以采取下面幾種教學(xué)方式：第一，運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)分析，形成一定的邏輯思維習(xí)慣、抽象思維能力、解題思路和物理模型。第二，教師指導(dǎo)學(xué)生熟練運(yùn)用高等數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題。微積分是最常用的數(shù)學(xué)分析手段，也是學(xué)生覺(jué)得最難的數(shù)學(xué)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(yùn)算能力。第三，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)常要使用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)處理，有些學(xué)生計(jì)算機(jī)水平低，教師應(yīng)加強(qiáng)他們的信息處理能力。第四，物理規(guī)律和理論來(lái)源于實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐，教師通過(guò)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和創(chuàng)造力。大學(xué)物理學(xué)習(xí)對(duì)文科生要求相對(duì)比較低，主要掌握基本物理概念和原理，培養(yǎng)一定的科學(xué)思維方式?？紤]到文科生物理基礎(chǔ)薄弱，教師可利用輕松愉悅的教學(xué)方式引入教學(xué)主題，向文科學(xué)生適當(dāng)介紹與物理有關(guān)的社會(huì)問(wèn)題如能源、環(huán)境問(wèn)題，當(dāng)代科技前沿知識(shí)如航天飛機(jī)、納米材料知識(shí)，而最簡(jiǎn)單形象的就是利用實(shí)驗(yàn)儀器的演示來(lái)解釋物理問(wèn)題。我校大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室已向文科生開(kāi)放，“法拉弟籠”是學(xué)生最感興趣的實(shí)驗(yàn)之一。當(dāng)約50~100KV高壓電源向法拉第籠放電時(shí)，籠內(nèi)的同學(xué)安然無(wú)恙，學(xué)生對(duì)此驚訝不已，覺(jué)得真不可思議。教師用靜電屏蔽的物理理論進(jìn)行解釋后，并啟發(fā)學(xué)生思考：在生活中是否存在類(lèi)似現(xiàn)象？學(xué)生想到了高壓線(xiàn)圈外的鐵架，還有些同學(xué)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(hù)人身安全，這樣的演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生感覺(jué)到物理現(xiàn)象就在身邊。物理演示實(shí)驗(yàn)室展廳還擺放有許多生活中可以見(jiàn)到的實(shí)驗(yàn)儀器，如三維電影、魚(yú)洗盆。這些實(shí)驗(yàn)儀器越貼近生活，學(xué)生越有興趣，急切地想知道它們的物理本質(zhì)。教師再引導(dǎo)學(xué)生分析其中的物理奧妙，學(xué)生必然興趣盎然，覺(jué)得物理大有用處。
3.教材和考核方式不同我校大學(xué)物理課程是在理工科學(xué)生一、二年級(jí)開(kāi)設(shè)的必修基礎(chǔ)課，而文科生大學(xué)物理為選修課。大學(xué)物理課教學(xué)內(nèi)容豐富，知識(shí)具有一定深度和難度，課時(shí)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(jìn)其物理能力，提高學(xué)習(xí)興趣。參照教育部制定的《理工科非物理類(lèi)專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》，理工科大學(xué)物理課程選擇了由程守珠和江之永主編的《普通物理學(xué)》（上、下冊(cè)）作為主要教材，該教材還有配套的習(xí)題分析與解答、思考題分析與拓展、學(xué)習(xí)指導(dǎo)書(shū)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(xué)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(yǔ)言開(kāi)發(fā)了集文字、圖像、視頻和聲音于一體的多媒體物理教學(xué)軟件，該軟件使教師教學(xué)更靈活生動(dòng)，極大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。理工科考試成績(jī)主要由兩部分組成：期末成績(jī)占60%，平時(shí)成績(jī)占40%。文科學(xué)生因理論課比實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，成績(jī)主要由以下三個(gè)方面來(lái)評(píng)定：期末考試成績(jī)占50%；教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)儀器操作、數(shù)據(jù)測(cè)量和數(shù)據(jù)誤差分析進(jìn)行記錄，學(xué)生課后上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、儀器、原理、數(shù)據(jù)處理和分析討論，該部分占總成績(jī)的30%；每組學(xué)生選一個(gè)專(zhuān)題進(jìn)行口頭報(bào)告，由教師和本班學(xué)生共同評(píng)定，評(píng)定成績(jī)占總成績(jī)的20%。
作者：胡蓉 單位：北京工商大學(xué)理學(xué)院