物理学的基本观点、思维方法已渗透到包括社会科学、人文科学在内的各个学科、各个领域之中, 从而成为各个学科的根基。目前国内许多著名大学针对文科专业开展了文科物理教学工作。对理工科学生而言, 大学物理课程是一门必修的公共基础课。笔者收集了今年来在大学物理教学中遇到的一些问题并试探提出一些相应的解决策略。
在课后交流中, 每年来自不同院系的许多学生总是提出这样的疑问:学习大学物理有什么用?和他们所学专业有什么联系?可见, 学生不知道大学物理课程的定位问题, 这是从事物理教学工作者必须要正确回答的问题。否则, 将伤害他们学习大学物理课程的兴趣。物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质运动最基本的形式及其相互转化规律的科学。其基本理论渗透在自然科学的一切领域, 是自然科学和工程技术的基础。物理学所包括的经典物理、近代物理及他们在科学技术上应用的初步知识, 是一切研究人员和工程技术人员所必备的。因此, 大学物理课程所包含的基本理论、科学思维方式和研究方法, 是每位理工科大学生必须掌握的, 是学习其它后续课程的基础, 对将来的工作和毕业后进一步学习新理论、新技术、不断更新知识都有着深远的影响。
物理学中有许多简单的模型, 如质点、刚体、弹簧振子、孤立系统、理想气体、平衡态、卡诺热机等, 有些同学可能怀疑这些简单模型对研究复杂物理问题的意义。这就需要物理教学工作者让学生明白并掌握物理学基本的研究方法-还原论。所谓的还原论, 就是将世界分成许多小的部分, 每一部分研究清楚了, 最后摒起来, 问题就可以得到解决。这个观点是自然的, 物理学家过去受到的是这个训练, 基本接受这一观点, 有很多著名的科学家都支持这个观点, 鼎鼎大名的爱因斯坦就讲过:“物理学家的无尚考验在于达到那些普适性的基本规律, 再从它演绎出宇宙”。这可以说是爱因斯坦的雄心壮志, 也是几代物理学家抱有的看法, 就是说如果我们把世界的基本规律搞清楚了, 那么一切事情就自然解决。
俗话说:良好的开端是成功的一半。在讲解新的教学内容时, 大多数老师都非常重视导入问题。导入的作用是集中学生的注意力, 激发兴趣, 唤起求知欲, 启迪学生积极思维, 为取得良好的教学效果打好基础。如今已有许多新的导入方法被提出, 如温故知新法、矛盾导入法、实验导入法、故事导入法、问题导入法等。然而, 在知识点、章节讲完即结束, 或接着讲几个例题就结束, 绝大多数老师往往没有导出意识。假如有学生对所学知识点需要进一步深入了解, 不知如何从哪里开始。目前, 教材中, 针对某一章节结束后只有知识点小节, 没有给出对知识点深入学习的具体课外参考资料。这就需要老师介绍相关且有一定深度的参考资料, 指出参考书具体对应的可能对学生感兴趣的内容。在课堂教学中, 老师既能将学生引入所讲解的知识点, 又能将学生引出到课后想要学习的知识的海洋。通过这种方式, 不仅可以逐步培养学生自主学习能力, 提高学习效率, 同时还能激发学生认真学习大学物理的热情和兴趣。
在课堂教学中, 老师往往清楚地解释基本概念, 详尽地推导出基本原理和规律, 但缺乏一些相近基本概念原理及规律的类比意识。这样老师往往感觉很“冤”, 课堂上已经讲清楚, 但是课后总是有很多学生还是搞不清楚, 不会应用。例如:在气体动理论中, 分子数密度被引入 (N为总的分子数;V为气体分子的体积) 。在高中学生也学过质量密度这个概念 (M为给定物体的总质量) 。前者指的是单位体积内有多少个气体分子;后者指的是单位体积内物质的质量的多少。这两个完全不同的概念满足方程ρ=nm (m为某个分子的质量) 。此外, 氢分子的平均平动动能与氢气的平动动能, 这两个概念也容易混淆。前者指某个分子, 而后者指给定量的总的氢分子的平均平动动能。这些概念如果不通过类比加以强调, 大多数同学往往容易混淆。物理学中有很多基本概念、原理及规律, 因而在课堂教学中需要老师对一些相近基本概念原理及规律要有类比意识。
在气体动理论知识的学习中, 研究对象为什么是大量的气体分子而不是单个分子呢?就单个分子而言它的行为是及其偶然的, 而把大量分子看作一个整体, 它的运动就有一定的规律性。必然性与偶然性属于唯物辩证法的基本范畴。必然性是指客观事物联系和发展中合乎规律的、必然发生的、确定的趋势, 它是由事物内部根本矛盾决定的。偶然性是事物发展中不确定的、可能这样也可能那样出现的趋势, 它决定于事物内部非根本矛盾和外部原因。唯物辩证法认为:必然性与偶然性相互依存, 必然性存在于偶然性之中, 偶然性背后隐藏着必然性。因而将大量气体分子看作一个整体进行研究, 运用统计的方法找出一些普遍的规律。可见, 通过一些哲学原理来解释物理学的相应问题, 可以达到事半功倍的效果。
传授物理, 物理教学工作者必须首先做到悟物穷理。这里的“理”是万物之理, 即物质运动之理论, 或者说是物质世界运动的最基本的规律。每当教学改革的呼声高涨时, 其他专业就要求压缩物理课程学时, 同时对大学物理教学提出众多不同的要求。如何能娴熟地驾驭教材, 使大学物理课程教学既能适合理工科不同专业的需要, 又能体现物理学科的特点, 并不断提高教学质量, 是摆在每一位从事大学物理教学工作者面前必须应对的重要课题。
摘要：就近年来从事大学物理教学的体会, 探讨大学物理教学中若干问题, 并提出相应的应对策略, 期望对改进大学物理教学, 提高教学质量能起到抛砖引玉的作用。
关键词：大学物理,还原论,意识
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