淺談大學物理教學中的比較法

陳紅葉 劉協權 趙建君 馮蒙麗

(石家莊軍械工程學院基礎部 河北 石家莊 050003)

作為工科各專業的公共基礎課——大學物理是培養科技人才和各類工程技術人員的基礎.培養學生的物理思想和物理研究方法對創新意識和開拓精神是不可或缺的.可以說，在教學過程中，培養學習能力和處理解決問題的能力與學會知識內容、規律、結論等同樣重要.課堂上，對理論內容的學習過程就是這種能力的養成過程.若教學過程中，教師能夠加以啟發引領，必然能夠達到更為理想的教學效果．將各個知識點之間經常進行聯系與比較，對教學內容的理解和把握會有很大的幫助．下面，我們就比較法在物理教學中的應用作一簡單介紹．

1 概念和規律的類比

教學過程中，我們注意了利用已有概念引出新概念，通過和已掌握的概念的對比，使得對新概念易于理解和接受，進而能順利地應用新概念解決問題．

1.1 力學部分

牛頓定律作為經典力學的基石，決定了物體運動狀態及其后續運動狀態的預測．動量、動能、角動量等概念和相關規律都可以視為該定律的引伸和擴展．力學教學中，很多概念可以通過類比理解其內涵．

例如：m表示質量，對質點即是慣性的量度，v則是速度，a是加速度；J是轉動慣量，衡量物體轉動的慣性大小，ω是轉動速度，β是轉動的加速度．

動量p=mv用來衡量平動運動強度；角動量L=Jω用以衡量轉動運動的強度．

力F=ma是平動慣性大小與(平動)加速度的乘積；力矩M=Jβ是轉動慣性大小與(轉動)加速度的乘積．

力學中，平動與定軸轉動可相比較的概念和規律還有很多．不難看出運動規律的外在表現形式雖有上述的平動與轉動之分，但卻沒有本質的差別．通過比較來學習，使學生學習比較難以接受的轉動運動的內容時，更容易理解問題的物理內涵和本質，從而使新的學習內容更順利進行．

1.2 電磁學部分

電學和磁學雖然關系密切，都以場的形式存在，都是空間和時間的函數，都具有可入性和疊加性，但由于靜電場的源是靜止的電荷元，而恒定磁場的源是運動的電荷或電流元，所以使得磁場的學習較電場不易理解．如果注意其相關的概念和規律之間的頗多相似之處，便可以對磁場內容理解得更深入更透徹、掌握得更好，使教的過程和學的過程同步受益．

例如：介電常量描述材料本身性質對電場影響，磁導率描述材料本身性質對磁場影響．

利用電場的疊加原理求電場分布的方法是

利用磁場的疊加原理求磁場分布的方法與之異曲同工，即

此外，電場的高斯定理、環路定理、能量密度、介質中電場等概念無一不與磁場中的對應概念十分形似．

2 比較不同模塊的內容

大學物理的內容包括：力學、熱學、光學、電磁學和原子物理五個主要部分．其中力學部分處理了機械運動的內容；熱學則從宏觀和微觀兩個角度解釋了熱現象的本質和規律；光學以光的電磁特性為起點，依據波的特性處理了波動光學內容；電磁學研究了電磁運動的規律及場與物質的相互作用．除去研究內容的不同，使用領域的差異，大學物理中的內容還有一個共同的特點就是基于其學科的基礎性，內容安排主要是各部分的入門知識，研究內容大多是依據一些理想化的模型．這些理想的模型只突出主要特征而忽略了問題的次要矛盾，相對于真實具體的問題.若對理想模型的研究抓住了本質規律便可降低學習難度．將這些理想模型在學習之初作橫向對比聯系，有利于培養學習信心、提升學習興趣、從宏觀上把握知識體系、甚至提供研究的思路．下面給出大學物理各部分的理想化的模型．

質點：只有質量沒有大小，體積為數學上的點．

剛體：形狀永不發生變化的物體．

簡諧振動：理想化的運動方式，受線性恢復力作用，能量不發生衰減．

平面簡諧波：最簡單、最基本的行波，各質點均做簡諧振動．

理想氣體模型：忽略氣體分子間的相互作用.

點電荷：只有電荷沒有大小和體積為數學上的點.

3 數學知識應用的比較

大學物理中，數學知識應用最多的是矢量運算與微積分知識．把握數學背后的物理意義含義，對各個物理量的認識理解無疑有很大好處．

位移、速度、加速度、力、動量、力矩、角動量、沖量、電場強度、磁感強度等都是矢量，都既有大小又有方向，可以在各個坐標系中進行合成與分解．使得教學中的難點，如簡諧振動的合成、波的干涉、電場強度、磁感強度等的計算更易于理解和接受．

微積分是貫穿整個大學物理中的數學手段，在力學、熱學和電磁學中應用比較多．尤其是在電磁學中，應用電場強度的疊加原理求電場強度和應用磁感強度的疊加原理求磁感強度的思路方法非常相似．不僅解題思路的數學基礎相似，而且對微元的選取也有很好的一致性.在學習完靜電場后對恒定磁場的繼續學習有非常好的參考價值．

4 結論

物理教學不是對概念描述的文字堆砌，也不是枯燥乏味的公式方程.物理學理論是自然奧秘表現形式的一種，品味物理的樂趣，體現在對物理學美感的欣賞上.物理教學能夠出于簡單而歸于深奧，是物理學知識普及的一個更高的境界.對物理教學要達到的目標與追求，比較的方法是一條捷徑．