實例教學法在“大學物理”教學中的應用與實踐

張集彩，王恒學，杜光耀

(1.湖北工程學院 新技術學院，湖北 孝感 432000；2.翔宇教育集團湖北監利中學，湖北 監利 433300)

“大學物理”課程是理工科的專業基礎課程，也是工科類發展的先導課程。其囊括了經典力學、熱學、電磁學、波動光學及近現代物理學等體系[1]，具有內容多、涉及領域廣、理論性和實踐性強等特點。學習“大學物理”有助于培養學生嚴謹的科學態度，激發學生的創新潛力。傳統的教學方法雖然有助于學生學習并掌握“大學物理”基礎理論知識，但是對培養學生學習主動性效果不顯著，不符合素質教育的初衷。實例教學法本著“理論指導實踐，實踐完善理論”的原則，注重問題導向，融入了課程思政的元素，其教學重點主要是解決“大學物理”教學中的實際問題，把問題拋給學生，促進師生互動，達到一種“在學習中探索，在探索中學習”的良好能動循環，從而使學生對“大學物理”知識的“真”掌握。因此，本文通過對實例教學法在“大學物理”教學中的應用情況進行探討分析，以期實例教學更好地應用于“大學物理”教學，從而達到人才培養質量提升的目的。

1 “大學物理”課程教學現狀

目前“大學物理”教學現狀主要體現在以下幾個方面：首先，傳統的填鴨式教學模式依然存在教師按照學時來安排教學，沒有考慮不同專業學生知識體系的需要。其次，理論知識與實驗教學不能相輔相成。教師沒有擺脫傳統授課模式影響，理論與實踐聯系不緊密[2]，沒有輔助措施完成形象化設計。最后，課堂教學師生缺少互動。教師滿堂灌講授了兩節課，學生卻聽得似懂非懂。近幾年，雖然興起了“騰訊課堂”、“學習通”、“智慧樹”、“雨課堂”等線上教學，吸引了學生的學習興趣，但是理論知識點的復雜性，仍然讓較多的學生覺得內容枯燥，教學效果不好。因此，本文通過研究實例教學法的教學方式，以期提高教學的質量。

2 實例教學法的重要性

實例教學法是本著“理論指導實踐，實踐完善理論”的原則，讓學生更能掌握理論的本質[3]。通過分析解決實際的案例或問題，做到舉一反三，最終達到實現掌握“大學物理”基本理論知識的目的。實例教學法教學重點在于解決生活中的實際問題，把問題拋給學生，師生互動，達到一種“在學習中探索，在探索中學習”的良好能動循環，從而促進學生對“大學物理”知識的“真”掌握。例如，高速公路上發生多次連環追尾事故，引發大家對保持車距有一定的探討，到底車距為多少才算安全的呢？通過提問引發思考，要求學生根據牛頓第二定律，變力提供加速度公式，位移、速度、加速度三者之間的微積分關系，進行定量估算，加深對牛頓第二定律、變力、位移、速度、加速度理解，同時提出學生考駕照注意事項。教師拋磚引玉，將問題留給學生，加強線上線下與學生的互動，通過深入探討實際的案例或問題，進一步激發學生解決問題的主動性，提升學生學習興趣。

3 “大學物理”實例教學法的實例分析

俗話說：“巧婦難為無米之炊”。恰當的實例是實例教學中的基礎和前提，具有代表性、趣味性的實例，更能使學生融會貫通的掌握知識點，這需要在長期教學過程中挖掘實例，需要更多的教師提供分享有趣的經驗，需要調查、取證、分析、總結，找出經典的實例，來充實實例教學法在“大學物理”中的應用與實踐，表1列舉了部分電磁學教學實例。

以表1的序號5為例，教師拋出螺旋線運動加速器、磁聚焦的案例，促進學生掌握洛倫茲力，分析帶電粒子運動軌跡。再以表1中的序號7為例，為讓學生掌握法拉第電磁感應定律和楞次定律，理解自感和互感現象。以水力、風力發電機，新科技磁懸浮列車、磁懸浮滑板、集電環為教學案例，引導學生對這些案例及背后原理進行深入探討與分析，激發學生學習物理知識的主動性，從而引出對電磁感應定律的學習和思考，最終實現學生對電磁感應定律的真正掌握。通過案例教學，學生既掌握了相關的物理知識，又提升了實踐能力，最后實現了教學質量的“真”提高。

表1 “大學物理”電磁學教學實例簡表

4 “大學物理”實例教學法的教學呈現

在“大學物理”教學中，教師不僅要講解知識點本身，而且還要注重局部和整體的把握。以電磁學中的電場強度分布——均勻帶電金屬細圓環、圓盤中心軸線的電場為例。已知正電荷q均勻分布在半徑為R的圓環上，計算在中心軸線上某點P點的電場強度。設計問題：均勻帶電體怎樣求電場的分布？給出提示：均勻帶電體可以分成若干相似的模型，利用微積分的連續求和思路，來求解電場的分布。設圓環的線電荷密度為λ，取圓環上電荷元dq=λdl，則電荷元在某點產生的電場(見圖1)。

圖1 dq在P點的場強分布

(1)

圖2 均勻帶電圓環在P點的電場

(2)

因為

(3)

代入求解P點的場強得：

(4)

設計問題：如果將均勻帶電圓環換成均勻帶電圓盤，則中心軸線上場強的分布情況又是怎樣呢？給出提示：以折疊式水果籃為例(見圖3)，圓盤可以拆成無數個圓環。利用圓環的結論，來求解圓盤的電場。

圖3 折疊式水果籃

(5)

當學生對這樣的水果籃很好奇時，會促進學生主動思考圓環與圓盤之間的聯系，從而求出來均勻帶電圓盤的電場的分布。通過對帶電圓環和帶電圓盤電場分布的討論，引出帶電圓環電極、旋轉圓盤電極的原理。

在該實例中，我們只是簡單地給出概念和公式，學生很難將其應用到模型復雜的電場中。但如果將模型形象化，找到理論上的“著陸點”，破解新的知識點，物理思想就可以講的有理有據，進一步加深學生對知識的理解和掌握。

5 融入課程思政

“大學物理”是一門基礎課程，其中蘊含著豐富的思政元素。在“大學物理”教學中潛移默化地進行思政教育，可以提高教學效果的同時，達到立德樹人的目標[4]。通過對物理學的研究方法、物理學史及科學家的成長歷程的學習，使同學們建立科學的價值觀，激發求職和創新意識，培養學生求真務實的精神，和解決一切難題的“工匠精神”。以波的疊加為例，頻率相同、振動方向相同、相位相同的兩列相干波疊加后，波的強度變成原來的4倍，即I=4I0。利用這一知識點，強調齊心協力、同舟共濟的力量。

6 結語

綜上所述，在“大學物理”教學中融入課程思政，運用問題導向的“實例教學法”，能夠有效激發學生的學習主動性，更有助于學生對“大學物理”知識的 “真”掌握、“真”理解，提高了“大學物理”教學效果，體現了“以生為本”的教學理念。當然，根據不同專業的知識需求選擇合適的實際教學案例，注重問題導向是實施好該教學法的精髓，只有這樣才能建立起高效的“大學物理”課堂。