周　政

(湖南工學(xué)院數(shù)理科學(xué)與能源工程學(xué)院，湖南　衡陽(yáng)421002)

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理工科教學(xué)與應(yīng)用

大學(xué)物理與高中物理力學(xué)的教學(xué)銜接

周政

(湖南工學(xué)院數(shù)理科學(xué)與能源工程學(xué)院，湖南衡陽(yáng)421002)

文章通過(guò)一道力學(xué)題探討了大學(xué)物理與高中物理思維方式的不同，提出在大學(xué)物理力學(xué)部分的教學(xué)中要多與高中物理進(jìn)行比較，并重視它們之間的教學(xué)銜接。這些觀點(diǎn)對(duì)于工科大學(xué)生物理興趣的提高具有一定的參考價(jià)值。

大學(xué)物理;教學(xué)銜接;物理興趣

力學(xué)作為大學(xué)物理學(xué)中的第一篇內(nèi)容，是物理學(xué)的基礎(chǔ)，對(duì)它學(xué)習(xí)的好與壞直接影響了整個(gè)大學(xué)物理課程的質(zhì)量。由于數(shù)學(xué)方法上的限制，高中物理一般處理恒定條件下接近理想狀態(tài)的物理問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生基本的物理思維能力，但是，這種思維方式并不能處理實(shí)際的生活問(wèn)題[1]。大學(xué)物理作為高中物理的進(jìn)一步延伸和擴(kuò)展，處理的物理問(wèn)題更加接近真實(shí)的世界。大學(xué)物理通常是在學(xué)習(xí)了高等數(shù)學(xué)的微積分后才開設(shè)的，使學(xué)生能站在更高的位置，更系統(tǒng)和全面的理解和處理更具普遍意義的變量問(wèn)題[2]。這需要高等數(shù)學(xué)中最基本的積分求導(dǎo)、連續(xù)極限等思想方法，這種思維方式和高中物理培養(yǎng)的思維方式有很大的不同，因此需要老師在力學(xué)部分教學(xué)中積極的引導(dǎo)，使學(xué)生早日形成大學(xué)物理所需的思維方式，為后面的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。文章先簡(jiǎn)單地以一道物理力學(xué)題為例，比較大學(xué)物理和高中物理解題思路上的區(qū)別與聯(lián)系。

例題：一人用繩子通過(guò)定滑輪拉著小車前進(jìn)，小車位于高出繩端h的平臺(tái)上(如上圖所示)，人的速率已知并保持不變，求小車的速度大小[3]。

高中解法：人拉著繩的一端前進(jìn)，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)運(yùn)動(dòng)效果，一個(gè)效果使繩子不斷伸長(zhǎng)，另一個(gè)效果使繩端繞著定滑輪做圓周運(yùn)動(dòng)，把速度在這兩個(gè)方向進(jìn)行分解，從而得到小車的速率等于人的速率乘以一個(gè)余弦函數(shù)，這個(gè)余弦函數(shù)與人離平臺(tái)的距離以及平臺(tái)的高度有關(guān)。

大學(xué)解法：首先建立坐標(biāo)系，以小車前進(jìn)的方向?yàn)閤軸正方向，以定滑輪為坐標(biāo)原點(diǎn)，小車的坐標(biāo)設(shè)為x，人的坐標(biāo)設(shè)為s，根據(jù)大學(xué)物理對(duì)瞬時(shí)速度的定義，小車和人的速度大小分別是上述坐標(biāo)對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)。由于平臺(tái)高度不變，l、s以及h三者存在一個(gè)幾何關(guān)系，把它兩邊對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，再結(jié)合速度的表達(dá)式，即可得到小車的速度大小。

通過(guò)比較大學(xué)方法和高中方法對(duì)這道簡(jiǎn)單力學(xué)題的求解思路之后，我們并不能得出哪種方法更簡(jiǎn)單，因?yàn)槠鋬?nèi)在的原理是一致的。高中物理知識(shí)也能解決一些變速問(wèn)題，但是要運(yùn)用一些物理技巧或者深層次的物理內(nèi)涵，比如我們要清楚這道力學(xué)題中人拉著繩子前進(jìn)繩端的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)效果。而大學(xué)物理是結(jié)合在高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上的，運(yùn)用高等數(shù)學(xué)的微積分思想可以從一般的解題方法和思維方式去理解和解釋物理現(xiàn)象，挖掘出物理現(xiàn)象背后的本質(zhì)問(wèn)題，反而不需要更多的解題技巧。

大學(xué)物理課堂教學(xué)是目前教師向?qū)W生傳授物理知識(shí)的主要途徑，如何巧妙設(shè)計(jì)大學(xué)物理課堂教學(xué)內(nèi)容和方法對(duì)于提高工科大學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣起重要的作用。學(xué)生剛進(jìn)入大學(xué)物理的學(xué)習(xí)時(shí)，解題方法和思維方式都還停留在高中物理的基礎(chǔ)之上，使得許多工科大學(xué)生剛接觸大學(xué)物理學(xué)習(xí)時(shí)，感覺其內(nèi)容晦澀難懂，學(xué)習(xí)非常吃力，這將導(dǎo)致他們很難對(duì)大學(xué)物理后面知識(shí)的學(xué)習(xí)提起興趣、甚至厭學(xué)。而力學(xué)作為整個(gè)大學(xué)物理課程的基礎(chǔ)和首篇內(nèi)容，扭轉(zhuǎn)他們的高中物理養(yǎng)成的定勢(shì)思維就顯得尤為重要。因此，在力學(xué)的學(xué)習(xí)中教師應(yīng)該恰當(dāng)?shù)嘏c高中物理的知識(shí)點(diǎn)及解題方法等多方面進(jìn)行比較，并且注重它們之間的教學(xué)銜接[4]，這會(huì)極大地提高他們的物理學(xué)習(xí)興趣。下面分力學(xué)共同涉及知識(shí)點(diǎn)和新增知識(shí)點(diǎn)[5]，分析在大學(xué)物理教學(xué)中如何對(duì)它們與高中物理知識(shí)進(jìn)行比較，以及它們之間如何進(jìn)行教學(xué)銜接。

第一、共同涉及知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)比較及其銜接；共同涉及的知識(shí)點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)中幾個(gè)物理量的描述，質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)中三個(gè)牛頓運(yùn)動(dòng)定律及它們的應(yīng)用、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律、動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、能量守恒定律、功等，以及機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波。高中階段所學(xué)的基本物理量的定義是恒量間的關(guān)系，而到了大學(xué)物理階段，由于高等數(shù)學(xué)運(yùn)用到物理學(xué)中，這些物理量的定義也由簡(jiǎn)單的恒量間的關(guān)系變成了變量間的函數(shù)關(guān)系，突出變量間的瞬時(shí)時(shí)和矢量性，從而更加貼近真實(shí)的世界。正是這些基本物理量定義的改變，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)和質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)中的定律和定理的推導(dǎo)和理解也隨之發(fā)生了改變和升華。對(duì)于這些共同的知識(shí)點(diǎn)，恰當(dāng)?shù)脑诖髮W(xué)物理教學(xué)中進(jìn)行教學(xué)上的比較，合理的進(jìn)行大學(xué)物理和高中物理間的教學(xué)銜接，能加深學(xué)生們對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解，起到事半功倍的效果。例如：速度的定義，這是學(xué)生們碰到的第一個(gè)用高等數(shù)學(xué)中導(dǎo)數(shù)表示的物理量，速度等于位置矢量對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)。而高中物理對(duì)速度的定義是：物體所發(fā)生的位移除以所需時(shí)間，當(dāng)時(shí)間趨于無(wú)窮小時(shí)，即為物體在該時(shí)刻的瞬時(shí)速度。顯然，高中物理給出速度的定義是一個(gè)很模糊的概念，而大學(xué)物理運(yùn)用高等數(shù)學(xué)知識(shí)揭示了瞬時(shí)速度的本質(zhì)。再如，教學(xué)時(shí)還可以簡(jiǎn)單比較大學(xué)物理和高中物理對(duì)勻加速直線運(yùn)動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)的位移公式的推導(dǎo)。大學(xué)物理教師在講授這些知識(shí)點(diǎn)時(shí)，如果能夠結(jié)合高中物理知識(shí)，并指出高中知識(shí)的不足，保證學(xué)生思維方式上的連貫性，不至糾結(jié)于數(shù)學(xué)符號(hào)上的枯燥，引起他們的好奇心，必定會(huì)激發(fā)學(xué)生對(duì)物理的興趣。

第二、新增知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)比較及其銜接；大學(xué)物理新增的知識(shí)點(diǎn)主要是指剛體力學(xué)部分。剛體力學(xué)整個(gè)知識(shí)點(diǎn)在高中物理中沒有，那么對(duì)于這部分知識(shí)大學(xué)物理如何與高中物理進(jìn)行教學(xué)上的比較呢？注意到剛體是一種特殊的質(zhì)點(diǎn)系，可以認(rèn)為剛體力學(xué)是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)和質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基本原理在剛體中的應(yīng)用。例如：剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)定律，它在剛體力學(xué)中的地位與牛頓第二定律在質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)中的地位就是等價(jià)的。轉(zhuǎn)動(dòng)定律中的外力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、角加速度，分別可以與牛頓第二定律中的外力、質(zhì)量、加速度類比，這樣進(jìn)行教學(xué)比較，學(xué)生對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)定律中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也有清晰的物理認(rèn)識(shí)。剛體力學(xué)中的許多知識(shí)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)所遵循的動(dòng)力學(xué)對(duì)應(yīng)，因此在講完剛體力學(xué)新課時(shí)，大學(xué)教師最好再全面的、總結(jié)性的把它們相對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行比較，學(xué)生們學(xué)習(xí)剛體力學(xué)不會(huì)過(guò)于吃力，也能使他們對(duì)所學(xué)知識(shí)有比較系統(tǒng)的掌握。

在大學(xué)物理力學(xué)教學(xué)中與高中物理相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行比較，并使它們有機(jī)的銜接，加深物理知識(shí)的起點(diǎn)，對(duì)于大學(xué)物理教師和大學(xué)學(xué)生都具有重要意義。對(duì)于大學(xué)物理教師而言，這需要他們進(jìn)一步了解高中物理力學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，做到思維連貫的講解，為學(xué)生順利地、無(wú)障礙地進(jìn)入深層次物理學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，這有助于產(chǎn)生良好的教學(xué)效果，并高質(zhì)量地完成教學(xué)任務(wù)，從而教師們的教學(xué)水平得到提高。對(duì)大學(xué)學(xué)生而言，力學(xué)中許多基本概念的定義和問(wèn)題的理解與高中物理不同，研究的角度也不相同，使學(xué)生自己學(xué)會(huì)如何去思考，如何建立事物之間的聯(lián)系，這將有利于他們整體思維能力的提高。

那么，如何做好它們之間的比較，達(dá)到大學(xué)物理力學(xué)部分的教學(xué)要求，對(duì)于大學(xué)教師和大學(xué)學(xué)生，我有以下幾點(diǎn)建議：第一、大學(xué)物理教師應(yīng)時(shí)刻關(guān)注高中物理教學(xué)改革。高中新課改正在如火如荼地進(jìn)行，大學(xué)不能做世外桃源，應(yīng)該主動(dòng)了解學(xué)生已知的知識(shí)水平，在大學(xué)物理教學(xué)中才能做到有的放矢、重點(diǎn)突出。第二，大學(xué)物理教師應(yīng)重視教學(xué)方法的改善。在大學(xué)物理力學(xué)教學(xué)中，多采用啟發(fā)式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，通過(guò)教學(xué)上的比較，使學(xué)生對(duì)大學(xué)物理和高中物理的異同點(diǎn)有比較清晰的認(rèn)識(shí)。第三，大學(xué)物理教師還應(yīng)重視教學(xué)手段的提高。目前最主要的現(xiàn)代化教學(xué)手段就是把多媒體引入到傳統(tǒng)的課堂教學(xué)。在教學(xué)中，可以將一些難懂的物理現(xiàn)象和過(guò)程以動(dòng)畫的形式演示出來(lái)，使學(xué)生直觀地獲取感性認(rèn)識(shí)，再?gòu)母行哉J(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，提高課堂效率以及學(xué)生對(duì)物理問(wèn)題的認(rèn)識(shí)程度。第四，大學(xué)學(xué)生須盡快改變學(xué)習(xí)方法。與高中比較，大學(xué)物理每節(jié)課的內(nèi)容多，總的課時(shí)少，這就要求學(xué)生加強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力，提前預(yù)習(xí)，及時(shí)完成老師布置的作業(yè)，并經(jīng)常性的復(fù)習(xí)、總結(jié)。第五、大學(xué)學(xué)生須逐步改變物理思維方式。在高中物理中，注重物理定律或者定理與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，而大學(xué)物理是以高等數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，基本脫離實(shí)驗(yàn)，把理論完全抽象成純數(shù)學(xué)，這要求學(xué)生的思維方式也要發(fā)生根本性的變化。第六、大學(xué)學(xué)生須樹立正確的學(xué)習(xí)態(tài)度。高中階段老師和家長(zhǎng)管的比較嚴(yán)，學(xué)生也有升學(xué)壓力，他們每天都在努力學(xué)習(xí)，吸取知識(shí)素養(yǎng)。但是，進(jìn)入大學(xué)以后，許多大學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度發(fā)生了很大變化。大學(xué)物理作為理論性比較強(qiáng)的學(xué)科，很難持續(xù)地吸引他們的興趣。因此，學(xué)生們樹立起正確的學(xué)習(xí)態(tài)度也是至關(guān)重要的。

總之，大學(xué)物理教學(xué)與高中物理教學(xué)有很大的不同，高中物理課堂內(nèi)容少、節(jié)湊慢，一節(jié)課可能只講一到二個(gè)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生可以很快的消化，而大學(xué)物理課堂內(nèi)容多、難度大，大學(xué)教師如能恰當(dāng)?shù)呐c高中物理相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行比較，利用學(xué)生的高中物理基礎(chǔ)知識(shí)，并注重講授內(nèi)容的自然銜接，理順知識(shí)和思維的連貫性，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣，就能起到良好的教學(xué)效果。

[1]賈君茹·如何實(shí)現(xiàn)學(xué)生從中學(xué)物理到大學(xué)物理學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變[J].西安航空技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2003(3).

[2]伍春燕·從中學(xué)物理到大學(xué)物理的過(guò)渡與升華——淺談大學(xué)物理的學(xué)習(xí)方法[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)論叢，2002(1).

[3]趙近芳·大學(xué)物理學(xué)(第四版)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2014.

[4]孟桂菊·加強(qiáng)大學(xué)和中學(xué)物理教學(xué)銜接[J].光明日?qǐng)?bào)，2001(2).

[5]夏志廣·大學(xué)物理課程和中學(xué)物理課程力學(xué)部分的銜接研究[J].物理通報(bào)，2011(9).

(責(zé)任編輯：王德紅)

Comparison and Connection in the Mechanical Teaching of Both College Physics and Senior High School Physics

Zhou Zheng

(Mathematical Science and Energy Engineering College,Hunan Institute of Technogy,Hengyang 421002,Hunan,China)

This paper explains the difference of thinking method between the college physics and senior high school physics, based on a problem of mechanics. We present our views that comparison with the senior high school physics should be carried out frequently in mechanical part of the college physics, and pay attention to the teaching connection between them. These views may be of reference value for the improvement of engineering college students’ physical interesting.

college physics,teaching connection,physical interesting

2015-11-18

湖南省自然科學(xué)基金(2015JJ4020)中期成果。

周政(1983.05～)，男，湖南衡陽(yáng)人，湖南工學(xué)院數(shù)理科學(xué)與能源工程學(xué)院講師，博士。研究方向：超冷原子氣體中多體量子物理。

G642

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1673-9507(2016)01-0118-03