大學物理“趣味教學法”的研究

何玉平

(南昌工程學院理學系，江西 南昌 330099)

物理學是整個自然科學的基礎，是近現代科學技術的根源，同時也是理論和實踐結合相當緊密的一門學科，物理學為自然科學的發展起到了不可替代的作用.大學物理課程是理工類非物理專業大學生必修的一門公共基礎課，該課程學習的效果直接影響到專業課的學習.為了提高大學生的全面素質，各個高校課程設置都比較飽滿，在有限的時間里如何更有效率地學習大學物理課程是一項重要課題.

據對某高校學生調查結果顯示，比較多的學生對物理的學習存在困難，物理考試也令學生頭疼.這個現象在高校的許多學生身上都存在.調查還發現，學生認為物理難學的主要原因是物理枯燥無味，公式太多，高等數學學得不夠好等.大學物理的教學效果普遍不夠理想.為了提高大學物理課程的教學效果，許多教師嘗試了措施進行改革［1-5］，綜合起來有教學手段的改革、教學內容的改革、考核方式的改革，等等.雖然教學研究在每個高校都有許多教師在進行，但由于種種原因，在實際授課時依然采用“理論+例題”的傳統授課模式，這勢必會造成課堂乏味，學生走神甚至打瞌睡.為了提高大學物理的教學效果，筆者在教學過程中嘗試“趣味教學法”的教學模式.教學結果發現，這種方法的使用獲得了學生的廣泛認可，教學效果也較傳統方法有明顯提高.

1 “趣味教學法”舉例

1.1 基于生活事例講授動量定理

1.1.1 傳統授課法

重寫牛頓第二定律的微分形式為:

考慮一過程，時間從t1～t2，兩端積分得:

左側積分表示力對時間的累積量，叫做沖量:

于是得到積分形式為:

(4)式為質點的動量定理，物理意義是物體在運動過程中所受到的合外力的沖量，等于該物體動量的增量.然后進行定理例題講解.

1.1.2 趣味教學法

動量定理在生活中有許多應用例子，筆者在定理講解前有意引入一些生活事例.如:運動場上跳遠時為什么跳到沙中而不是直接跳到水泥地板上?為了輪船靠岸，為什么要用橡膠輪胎綁在岸邊?打樁的時候為什么要用鐵錘而不是木棰?而且往往舉高后落下?問題提出后讓學生思考并分析出相關規律.

接下來把學生意見進行總結并引導分析這些例子特點，學生對這些包含物理知識的例子興趣甚濃，此時教師可以將動量定理推導出來并總結出該定理的應用范圍和注意事項.

最后將動量定理的有關計算以例題的形式進行講解.

為了鞏固課堂學習效果，筆者布置給學生的課外作業除了有量的計算外，還特意加了一道動量定理在生活中應用的論述題.

1.1.3 方法比較

動量定理的講授時筆者在同專業的不同班級里分別應用傳統授課法和趣味教學法進行教學.結果發現:應用趣味教學法的班級學生注意力明顯比傳統授課法班級集中，課堂氣氛和互動性也明顯更優.為推廣趣味教學法和總結經驗，筆者正積極策劃“趣味物理學”的選修課，時機成熟將在必修課中全面應用.

1.2 利用MATLAB軟件作圖來理解勢能與各

變量間的關系

在機械運動中，取地面為重力勢能零點，則重力勢能函數為［6］

式中，m為物理質量，g為重力加速度，x為到地面距離.

取物體在平衡位置時的彈性勢能為零勢能點，則彈性勢能函數為

式中，k為勁度系數，x為離開位置距離.

取無窮遠處引力勢能為勢能零點，則引力勢能函數為

式中，G為引力常數，m、m'為質量，r為兩物體質心的距離.

利用MATLAB進行數值模擬可以得到3種勢能曲線如圖1所示.所用數據為m=m'=1 kg，g=9.8 m/s2，G=6.67 ×10-11m3/(kg·s)，k=2 N/m.

傳統教學法:根據3個勢能的函數關系從數學的角度分析勢能隨各參量變化的關系.

MATLAB作圖法:根據3個勢能函數利用MATLAB描繪出勢能曲線，曲線圖有利于學生理解勢能隨各參量的變化關系，有利于學生加深印象.

圖1 勢能變化曲線

在實際教學中發現，勢能曲線圖呈現過的班級一段時間后較其他班級遺忘率學生低.大學物理中有許多定理規律都可以用MATLAB進行關系圖的描繪，筆者還曾專門撰文論述［7］.

1.3 與物理實驗相結合講授牛頓環

經過一系列的推導，牛頓環中反射光的明環(8)和暗環(9)半徑分別為

由(8)、(9)式利用數學知識可以得出，隨著k的增大，干涉條紋變密，中間為暗環的同心圓環.牛頓環的干涉條紋現象不容易被學生所記住.

在牛頓環內容講授時，筆者把授課地點從教室換到了物理實驗室.指導學生把牛頓環干涉圖樣調節出來(如圖2所示)，學生很直觀地記住了牛頓環圖樣的規律，有助于牛頓環理論的講授.

圖2 牛頓環圖樣

本堂課的教學模式學生普遍反映很新奇，物理課堂不再枯燥無味，相比在教室授課，學生更愿意既有理論的傳授也有實際操作增強動手能力，提高綜合素質.

1.4 利用動畫來理解劈尖膜的干涉圖樣

通過推導，劈尖膜條紋中，任何兩個相鄰的明紋或暗紋間距l與劈尖夾角θ的關系為

由上式可以知道，干涉條紋是等間距的，劈尖夾角θ越小，干涉條紋愈疏;劈尖夾角θ越大，干涉條紋愈密.

在實際教學中，筆者先讓學生觀察劈尖膜角度與干涉條紋的動畫，其中兩個截圖如圖3所示.

圖3 劈尖膜干涉圖樣

通過動畫，學生很容易形象地記住條紋間距和劈尖夾角的關系，也很容易看出明紋和暗紋的間距是相等的，之后引導學生探索干涉圖樣形成的理論根據.

在教學中發現，動畫演示過程中學生的精力明顯比理論講解時要集中，教師可以一步一步循序漸進地由動畫引進相關理論知識，避免了學生在課堂感覺聽“天書”的局面.

2 結語

為了更能提高課堂教學效果，激發學生對物理的學習熱情，在教學中筆者充分挖掘大學物理的性質和特點，基于生活事例講解動量定理、MATLAB軟件繪制勢能曲線、利用物理實驗講解牛頓環和應用FLASH動畫講授劈尖膜干涉探討了大學物理“趣味教學法”.實踐證明，恰當應用“趣味教學法”有助于調動學生的積極性參與到課堂教學，課堂由教師“獨角戲”轉變為教師與學生的“共同戲”，進而提高教學質量.

［1］雷曉蔚，程正富，王驚雁.物理模型的理論分析與構建［J］.重慶文理學院學報:自然科學版，2007，26(2):84-87.

［2］趙曉雨，李順江.物理教材教法教學中建構課堂教學的彈性結構［J］.重慶文理學院學報:自然科學版，2007，26(1):80-83.

［3］梁康有，程正富，劉小鳳.“三標一體”教育質量管理模型與物理實驗文化建設［J］.重慶文理學院學報:自然科學版，2008，27(4):86-90.

［4］何鈺，李秀梅，曾勇.大學生作業手段的改革與實踐［J］.大學物理課程報告論壇文集，2009.

［5］茍秉聰，胡海云，吳曉麗.大學物理教學方法的改革與創新［J］.大學物理課程報告論壇文集，2008.

［6］胡盤新，湯毓駿，鐘季康.普通物理學簡明教程(第2版)［M］.北京:高等教育出版社，2007.

［7］何玉平.MATLAB在大學物理中的應用［J］.重慶文理學院學報:自然科學版，2009，28(5):31-34.