通過力學(xué)教學(xué)實(shí)現(xiàn)中學(xué)物理到大學(xué)物理的良好過渡

李海英 郭 欣 倪牟翠 張金寶 李 玉

(吉林大學(xué)物理學(xué)院物理教學(xué)與研究中心,吉林 長春 130000)

物理學(xué)是自然科學(xué)的重要組成部分，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)及創(chuàng)造力上有著其他學(xué)科不可替代的作用。作為基礎(chǔ)教育課程，我國從初中二年級開始對學(xué)生開設(shè)物理課程，對于理科生，高中還要再學(xué)習(xí)3年。在長達(dá)5年的中學(xué)基礎(chǔ)物理教育中，學(xué)生在物理基本知識與技能、過程與方法以及情感態(tài)度與價(jià)值觀3個(gè)方面獲得培養(yǎng)[1]，也給步入高校的理工科學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)大學(xué)物理提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。但由于我國中學(xué)物理與大學(xué)物理知識體系的相似性(螺旋式上升結(jié)構(gòu))，必然出現(xiàn)部分內(nèi)容重復(fù)，導(dǎo)致學(xué)生覺得大學(xué)物理與中學(xué)物理差不多，沒有新意，不感興趣。此外中學(xué)養(yǎng)成的依賴性學(xué)習(xí)方式與大學(xué)教育提倡的自主性學(xué)習(xí)不適應(yīng)，導(dǎo)致學(xué)生不會(huì)學(xué)習(xí)，隨著學(xué)習(xí)內(nèi)容的快速深化，感到大學(xué)物理難學(xué)，甚至厭學(xué)。這些問題嚴(yán)重影響大學(xué)物理的教學(xué)質(zhì)量及培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此如何完成由中學(xué)物理到大學(xué)物理的過渡性教學(xué)，就成了每位大學(xué)物理教師必須思考的問題。筆者認(rèn)為解決這個(gè)問題的關(guān)鍵是要充分認(rèn)識大學(xué)物理教學(xué)目標(biāo)，并圍繞該目標(biāo)，實(shí)施大學(xué)物理教學(xué)過程。

作為高等學(xué)校理工科學(xué)生通識教育必修課的大學(xué)物理，其教育目標(biāo)是：使學(xué)生系統(tǒng)掌握物理知識和方法的同時(shí)，還要注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生在知識、能力、素質(zhì)3個(gè)方面的協(xié)調(diào)發(fā)展[1]。可見，大學(xué)物理教學(xué)強(qiáng)調(diào)知識和方法的系統(tǒng)性，即通過教學(xué)讓學(xué)生對物理學(xué)概念、定理、定律乃至方法之間的關(guān)聯(lián)性、邏輯性搞清楚，形成體系；同時(shí)在這個(gè)過程中要注重能力和素質(zhì)培養(yǎng)。這也就給由中學(xué)物理向大學(xué)物理教學(xué)的過渡提出了有效途徑，即大學(xué)物理教學(xué)要在系統(tǒng)性和方法論教學(xué)上下工夫。

力學(xué)是物理學(xué)的重要部分，又是各個(gè)物理教學(xué)階段的開篇章，同時(shí)也是大、中物理教學(xué)內(nèi)容重復(fù)最多的部分。如果通過力學(xué)部分的教學(xué)調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，掌握分析問題和處理問題的方法，即能實(shí)現(xiàn)由中學(xué)物理向大學(xué)物理的良好過渡。下面結(jié)合力學(xué)教學(xué)實(shí)踐，談幾點(diǎn)體會(huì)。

1 抓住中學(xué)生掌握物理知識的局限性弱點(diǎn)，適時(shí)提出問題，讓學(xué)生感受到自己在知識和能力上的不足，認(rèn)識大學(xué)物理的教學(xué)目標(biāo)

通過教學(xué)發(fā)現(xiàn)，中學(xué)生對力學(xué)部分的知識內(nèi)容掌握的相對比較扎實(shí)，特別是對描述物體運(yùn)動(dòng)的物理量和牛頓三定律記憶深刻，十分熟悉。而大學(xué)物理開篇還是講解這些內(nèi)容，如果按部就班地講授，學(xué)生就會(huì)感覺與中學(xué)物理重復(fù)、差不多，沒有新鮮感，于是輕視大物的學(xué)習(xí)。但筆者也發(fā)現(xiàn)，中學(xué)生對力學(xué)知識的了解多半還是離散的，很少建立起對力學(xué)系統(tǒng)的整體認(rèn)識。比如，他們絕大多數(shù)學(xué)生不知道質(zhì)點(diǎn)力學(xué)包括運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩部分，更不知道什么是運(yùn)動(dòng)學(xué)，什么是動(dòng)力學(xué)。他們知道牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用的條件是質(zhì)點(diǎn)和慣性系，但對于慣性系的理解卻很模糊。他們能很熟練地用牛頓第二定律、動(dòng)量定理、動(dòng)能定理解決單個(gè)、最多兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的問題，但對質(zhì)點(diǎn)系乃至剛體運(yùn)動(dòng)問題則束手無策。對動(dòng)量定理、動(dòng)能定理和牛頓第二定律之間的關(guān)系則更不清楚。如果在上第一堂課時(shí)，老師就提出諸如此類的，學(xué)生感覺應(yīng)該能回答，但又不能確切回答的問題，就會(huì)有效地觸動(dòng)他們，讓他們認(rèn)識到自己的不足，打消其對大學(xué)物理的不重視心理。同時(shí)告訴他們回答不出這些問題的原因是，他們還沒有系統(tǒng)地掌握物理學(xué)的力學(xué)體系，而要系統(tǒng)地掌握力學(xué)體系又需要用到與中學(xué)截然不同的解決問題的方法。也就是說大學(xué)物理的學(xué)習(xí)要在知識的系統(tǒng)性和解決問題的方法上下工夫。這樣使他們既及早地了解大學(xué)物理的教學(xué)目標(biāo)，又激發(fā)了他們的求知欲望。

2 對力學(xué)知識的教學(xué)要站在系統(tǒng)性的高度上進(jìn)行，注意講清物理知識的結(jié)構(gòu)和聯(lián)系。使學(xué)生形成物理學(xué)的整體圖像，理解物理學(xué)的發(fā)展性，乃至遷移性

從物理學(xué)的知識體系角度，大學(xué)物理課程與中學(xué)物理課程在知識內(nèi)容、層次和研究方法等方面是一種螺旋式攀升結(jié)構(gòu)，因此必然出現(xiàn)重復(fù)。力學(xué)部分尤為突出。所以對重復(fù)內(nèi)容，筆者在教學(xué)時(shí)采取讓學(xué)生回顧中學(xué)所學(xué)到的知識點(diǎn)及其概念和規(guī)律，教師主要講解物理思想和知識的整體結(jié)構(gòu)。比如著重介紹力學(xué)概念、定理、定律之間的聯(lián)系及其知識體系，回答上課伊始時(shí)提出的各種學(xué)生回答的似是而非的問題。使學(xué)生建立完整的力學(xué)體系圖像。同時(shí)注意物理知識的發(fā)展性教學(xué)，讓學(xué)生們理解初中、高中、大學(xué)都講過的概念、定理、定律會(huì)有階段性的含義，但其知識層次在不斷提高。比如對質(zhì)量概念的認(rèn)識要從初中的密度與體積的乘積，發(fā)展為高中的慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量，進(jìn)而再發(fā)展為對二者的本質(zhì)區(qū)別與聯(lián)系的認(rèn)識。使學(xué)生不斷從新的角度審視和理解物理概念和規(guī)律，關(guān)注其內(nèi)涵的豐富性、應(yīng)用的擴(kuò)展性及相互關(guān)系的變化。確實(shí)感受到大學(xué)物理比高中物理更勝一籌。此外還要在物理知識的遷移性上下工夫，盡量將所講的知識聯(lián)系到實(shí)際問題，讓學(xué)生感受到物理知識的實(shí)用性及對科技發(fā)展的指導(dǎo)性。這樣不僅使學(xué)生感興趣于物理，而且還提高了學(xué)生應(yīng)用物理知識，理解、解決實(shí)際問題的能力。實(shí)現(xiàn)物理知識的良好遷移。

3 注意方法論教學(xué)，使學(xué)生學(xué)會(huì)方法，逐步具備科學(xué)研究的指導(dǎo)思想和能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在知識、方法、素質(zhì)3個(gè)方面的協(xié)調(diào)發(fā)展

大學(xué)物理力學(xué)所學(xué)內(nèi)容大部分是中學(xué)物理的深入、提高和拓展[2]。具體體現(xiàn)為，中學(xué)物理常常是在相對恒定情況下討論物體的運(yùn)動(dòng)情況，而大學(xué)物理則是在各種變化情況下研究物體的運(yùn)動(dòng)，更貼近于實(shí)際問題，比如物體的運(yùn)動(dòng)由勻速變?yōu)樽兯伲懔ψ龉ψ優(yōu)樽兞ψ龉Φ取＿@就要求解決物理問題的數(shù)學(xué)方法不能等同于中學(xué)。因此高等數(shù)學(xué)的極限、導(dǎo)數(shù)、積分等方法將被應(yīng)用于物理問題的解決。這種解決問題的方法在物理學(xué)方法論中被稱為數(shù)學(xué)法。此法的應(yīng)用正是大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的難點(diǎn)。通過教學(xué)筆者意識到之所以學(xué)生感到難是因?yàn)樗麄儧]有將抽象的數(shù)學(xué)概念、方法和實(shí)際的物理概念、物理量之間建立起聯(lián)系[2]，因此遇到問題無從下手。所以在教學(xué)中講清抽象的數(shù)學(xué)算符、公式含義與實(shí)際的物理概念、物理量之間的對應(yīng)關(guān)系很重要。比如，數(shù)學(xué)中的平均值取極限即微分，正與物理問題中由某物理量在某間隔內(nèi)的平均值求瞬時(shí)值相對應(yīng)，因此求導(dǎo)的方法也就成了求解運(yùn)動(dòng)學(xué)第一類問題的方法。而取微元和積分的數(shù)學(xué)思想則對應(yīng)著求解物理學(xué)中某個(gè)隨時(shí)間或位置變化的可疊加的物理量的和的計(jì)算方法，即將問題的整體過程劃分成若干微元，取任意微元，視該微元上原本變化的量為不變，得到微元上的待求物理量，最后將各微元上的待求量相加求和，即為積分運(yùn)算。積分方法也是運(yùn)動(dòng)學(xué)第二類問題的求解方法。通過力學(xué)教學(xué)使學(xué)生掌握了微積分方法后，在之后的熱學(xué)、電磁學(xué)中均有應(yīng)用。此外，在力學(xué)教學(xué)中還有理想模型法、觀察實(shí)驗(yàn)法等多種物理學(xué)研究方法。理想模型法能夠鍛煉學(xué)生簡化、純化，抓住主要矛盾，摒棄次要因素的能力，觀察實(shí)驗(yàn)法有助于提高學(xué)生的觀察能力等。大學(xué)物理的方法論教學(xué)是實(shí)現(xiàn)學(xué)生由中學(xué)物理到大學(xué)物理的不變到變、由宏觀到微觀、由整體到局部、由理想狀態(tài)到實(shí)際狀態(tài)過渡的關(guān)鍵[2]；是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、科學(xué)研究能力和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)內(nèi)容。

4 結(jié)語

以工科大學(xué)物理教學(xué)目標(biāo)為指導(dǎo)，抓住學(xué)生的知識弱點(diǎn)，在教授知識的系統(tǒng)性和解決問題的方法論上下工夫；讓學(xué)生真正體會(huì)到大學(xué)物理與中學(xué)物理在知識內(nèi)容、層次及處理解決問題的方法上均有不同；才能有效地提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性，讓他們逐漸學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，并能將所學(xué)知識遷移到實(shí)際問題的解決之中。既實(shí)現(xiàn)了大學(xué)物理的教學(xué)目標(biāo)，也完成了由中學(xué)物理向大學(xué)物理的良好過渡。

[1] 宋國利，梁紅，蘇春艷.大學(xué)物理課程與中學(xué)物理課程有效銜接方式的研究[J].物理與工程，2012，22(1)：56-58.

Song Guoli, Liang Hong， Su Chunyan. The effective way to make the connection between the college physics and the high-school physics[J]. Physics and Engineering, 2012，22(1)： 56-58. (in Chinese)

[2] 張章.論從中學(xué)物理到大學(xué)物理學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變的引導(dǎo)策略[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,27(4):128-130.

Zhang Zhang. The effective strategy of transformation from the high-school physics to the college physics[J]. Journal of Xiangtan Normal University(Nature Science), 2005, 27(4): 128-130. (in Chinese)