大学物理课教学方法浅议

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　　[摘 要]大学物理教学应改变旧的教学模式，突出物理学方法论，加强研究性学习，配合大学物理实验，培养学生学习能力、创新能力。
　　[关键词]大学物理教学;物理学方法;研究性学习;实验
　　[中图分类号]G642 [文献标识码]A
　　大学物理学是理工科非物理专业开设的一门课程，各专业课时略有不同。一般由物理系教师任課。对于这些非物理专业的学生来说，如何使他们通过课程的学习，掌握物理学的基本方法，开阔眼界，培养创新精神和能力，我认为应着重注意以下几方面。
　　1 以知识为载体，突出物理学方法论
　　学习物理离不开概念和规律，概念和规律的产生不是凭空的，有着大量的事实根源和实际经验，在教学中应当从实验事实和物理发展史出发，使学生了解物理概念和规律的形成、发展和演变过程，对它的来龙去脉以及相互之间的联系有较深入和全面的理解，如自由由落体运动规律的得出，就突出表现了研究物理问题的基本方法。关于自由落体问题，最早亚里士多德有过论断，即物体下落的快慢与它的重量成正比，通俗地讲，就是重物比轻物下落地快。伽利略在《关于两门新科学的对话》中，运用落体佯谬的理论实验作出逻辑反驳，他说如果这个论断成立，那么将一轻一重两个物体拴在一起下落，重的物体由于被轻的物体拖着而变慢，轻的物体由于被重的物体拖着而加快，因而此时它将比原先的重物下落得慢，但这两个物体拴在一起，却比原先的重物更重，因而此时它下落会更快。这样从同一命题得出了两个矛盾的结论，据此伽利略用理性的逻辑推理，推断出了亚里士多德的错误。但是他并不满足，继续通过观测与实验的研究手段，把自由落体的运动规律正确地揭示了出来。从这个过程我们可以看出，研究物理学的基本方法，即有明确的研究目的，通过一般观察，提出假设，建立理想模型，运用逻辑和数学的手段得出推论，再通过物理的或理想的实验对推论进行检验，对假设进行修正和推广，等等。爱因斯坦和英费尔德在《物理学的进化》中评论说，伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。在大学物理教学中突出物理学的方法论，授人以渔，才能启迪智慧，培养创新能力。
　　2 重视研究性学习，注重解决问题的过程
　　研究性学习不一定是规范严谨的科学研究，是指学生按照科学研究的思维方式及方法，在教师的指导下自主地学习、探索，主动地获取知识、应用知识去解决问题。大学物理的最终教学目就是培养学生的创新能力。从物理学史，我们可以知道物理学的每一次重大发现无不是挣脱旧的观念的束缚，才得以发展的。如普朗克的能量子假设，突破了能量连续变化的传统观念;爱因斯坦的狭义相对论也是突破了牛顿的绝对时空观的束缚，才得以建立。通过大学物理教学培养学生的创新精神和能力，是大学物理教学的一个优势，应充分发挥。要加强学生研究性学习，教师必须首先要改变旧的教学模式。在旧的模式下，学生处于被动接受状态，是以教师为中心的，这样做的结果是学生的自主性、积极性受到压抑，得不到支持与鼓励，久而久之，其创新潜能得不得发展或发展空间极小。加强研究性学习没有固定的模式，要根据课程教学内容以及学生的学习实际灵活运用并随时进行调整。例如在大学物理力学部分惯性定律的教学，可以让学生就伽利略、笛卡尔和牛顿等人对惯性定律的论述，发表自己的见解，讨论哪种论述更为准确地描述了惯性这一客观存在，哪种表述存在什么样的缺陷，以及是否可以看成是合外力为零时牛顿第二定律的一个特例。要完成这一研究性学习，学生们必须到图书馆、资料室查阅资料，还要到实验室以及自制实验器具进行实验。对实验数据进行分析、想象、推理、判断等得出结论，教师再引导学生对结果开展讨论，补充和完善，在这一过程中教师要充分肯定学生的学习成果，鼓励学生提高自信心，这样学生能够学会研究性学习，能够与他人合作交流，体会到科学研究并不神秘，是人人可以尝试的，这个过程的收获也是普通课堂教学无可比拟的。教师在大学物理教学过程中可以布置长时间或短时间的课下研究题目，也可以是学生根据自己的爱好和兴趣拟定的研究题目，这样为学生提供更多的研究性学习机会，这就是研究性学习的主要目的，不在于学生记在脑子里多少具体的知识，而在于这些知识，不是一潭死水，不是字母数字的堆砌，不在于得出多少或多么高的学术价值的结论，而是锻炼学生发现、提出、解决问题的能力乃至创新能力。
　　3 突出实验在大学物理教学中的作用
　　物理学是一门实践性很强的学科，物理概念的确立，物理规律的发现、建立和检验都是通过大量实验结果概括得到的。物理实验在物理学的发展中占有重要的地位。例如英国物理学家托马斯·杨，他设计出杨氏双孔实验，说明光具有波动性，但是当时科学界有反对意见，菲涅尔又设计了双面镜干涉实验，有力地支持了光的波动说;又如对于迈克尔逊-莫雷实验的零结果，爱因斯坦曾说过，如果我们承认迈克尔逊实验的零结果是事实，那么地球相对以于太运动的想法就是错的，这是引导我走向狭义相对论的最早想法。在大学物理教学中，也应十分重视实验教学。我们的教学不仅要使学生具备比较深广的理论知识，更要具有较强的科学实验能力。通过实验使学生获得物理实验的基本知识，基本方法和基本技能，使学生具备从事科学实验的基本素质、理论联系实际和实事求是的科学态度，严肃认真的工作作风，不怕挫折、积极进取的探索精神等。比如我在一个非物理专业的大学物理实验课中是这么尝试的，选取大学物理实验中的《电表的改装与校正》实验，实验的目的是把微安表头改装成电流表和电压表。这个实验说难不难，说简单也不是那么容易就能完成好的。之所以选这个实验是因为它和同学们中学学习的内容联系比较紧密，又在学习了大学物理理论的基础上。除了能给学生设计实验发挥的空间，它也能达到锻炼学生动手能力的目的，包括电路的连接，各种仪表的使用和读数。学生们有实验讲义，实验讲义内容很全，从实验目的、实验仪器、实验步骤以及实验数据的记录表格等都很详细。对这个试验，我在实验前一周，给同学们布置的实验任务就是，抛开实验讲义，只要求实验目的达到，可以自由发挥，他们的实验讲义可以作为参考。这样为达到实验目的，学生们必须思考利用什么样的方法设计电路，设计实验步骤，设计数据记录表格，然后再动手实验，动手实验还要有如何连接电路，如何使用仪表，如何读出实验数据，以及实验数据处理并分析误差。最后的结果是，大约三分之一部分同学觉得实验的形式很好，有难度，有挑战性，非常好，很有意思，学习物理热情空前高涨;另有约五分之一就觉得难，太难了，纷纷跟我说他们在中学也是只会做题，动手做实验的机会非常少。对我来说，给同学们布置这样的实验任务。一部分同学发挥了自己的创造才能，锻炼了思维，锻炼了动手能力。而那一小部分同学，至少也认真预习了实验内容，而不是像有的时候即便不预习实验，按照详细的实验讲义，“按图索骥”，也能勉强完成实验。培养学生基本的科学实验能力、实验设计能力、动手能力、分析判断能力，阅读理解实验器材说明书的能力、书写表达能力等。在大学物理实验中，一方面重视基础的验证性实验，另一方面对设计性综合实验应加大力度，以克服学生按照验证性实验的思路，根据实验目的和既定的实验步骤，机械化、按部就班地完成实验的弊端。在设计性综合实验中，强调学生运用大学物理理论知识独立设计实验方法，并运用误差理论对实验结果进行分析。只有重视实验，对学生有明确的要求，结合大学物理理论教学中的研究性学习，才能上好大学物理实验课，收到较好的教学效果。
　　[参考文献]
　　[1] 张淳民.大学物理课程体系、教学内容、教学方法改革的实践探索[J].大学物理，2000（03）.
　　[2] 赵辉，赵洪亮，赵国斌，荀显超，林万峰.非物理专业大学物理教学改革实践与探究[J].物理通报，2019（02）.
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