馮世全　楊陽

摘 要 隨著計算機(jī)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用，提高課堂教學(xué)的趣味性在這個信息大膨脹的年代勢在必行。大學(xué)物理作為一門重要的理工科基礎(chǔ)課，通常很乏味，提高大學(xué)物理課堂的趣味性，對學(xué)生掌握理解課堂知識，運用理論基礎(chǔ)解決實際問題具有重要的意義。提高大學(xué)物理課堂趣味性可以從結(jié)合事實問題引入知識點，利用知識點介紹實際中的應(yīng)用，適當(dāng)插入小視頻提升直觀性這三個方面考慮實行。

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理 課堂趣味性 多普勒效應(yīng) 角動量守恒定律

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著計算機(jī)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用，提高課堂教學(xué)的趣味性在這個信息大膨脹的年代勢在必行。大學(xué)物理是理工科學(xué)生本科階段都要學(xué)習(xí)的一門課程。物理作為一門培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識世界自然規(guī)律的重要課程，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、觀察能力以及動手能力都具有重要意義。大學(xué)物理是高中物理的升華，作為一門重要的理工科基礎(chǔ)課，通常很乏味。提高大學(xué)物理課堂的趣味性，對學(xué)生掌握理解課堂知識，運用理論基礎(chǔ)解決實際問題具有重要的意義。

要提高課堂的效果，第一個就需要教師結(jié)合事實問題，利用所學(xué)知識，給出解決方案。我們以大學(xué)物理教學(xué)中兩個例子進(jìn)行說明。第一個例子是多普勒效應(yīng)這部分內(nèi)容，它告訴我們，如果波源或觀察者相對于介質(zhì)運動，那么觀察者接收到的頻率與波源發(fā)出的頻率不同，并定量的給出的二者關(guān)系如下：

其中，波源發(fā)出的頻率為 ，觀察者接收到的頻率為 ，波的傳播速度為u，波遠(yuǎn)相對介質(zhì)的速度為vs，觀察者相對介質(zhì)的速度為v0?？赡芪覀冞@樣直接引入多普勒效應(yīng)，學(xué)生往往提不起任何興趣。但如果我們先給個多普勒效應(yīng)的應(yīng)用實例就可以立刻把學(xué)生帶入課堂：“2014年3月8日發(fā)生了一件震驚世界的事件。馬來西亞航空公司MH370客機(jī)從吉隆坡國際機(jī)場飛往北京，途徑馬來西亞和越南的交接處胡志明管控區(qū)時，從雷達(dá)上消失，機(jī)上的239名乘客和機(jī)組成員音訊全無。全世界11個國家參與了這次搜尋工作，據(jù)國際海事衛(wèi)星組織副總裁宣稱，他們利用多普勒效應(yīng)分析馬來西亞航空公司MH370次航班發(fā)出的6次握手信號，推測出航班最終墜入南印度洋。究竟是什么多普勒效應(yīng)，為什么能通過多普勒效應(yīng)找到馬航，多普勒效應(yīng)在我們的日常聲中又有哪些常見的應(yīng)用。今天讓我們一起來學(xué)習(xí)在馬航疑云中扮演重要角色的神奇效應(yīng)?！苯又俳榻B我們開頭引入的多普勒現(xiàn)象以及公式，學(xué)生就被無形中帶進(jìn)了課堂。介紹完這個內(nèi)容之后，再回到這個具體的事件，應(yīng)用多普勒效應(yīng)來解釋一下：失聯(lián)飛機(jī)盡管關(guān)閉了通訊系統(tǒng)，但它每個小時都會向國際海事衛(wèi)星發(fā)射固定頻率的握手信號，這些信號由于多普勒效應(yīng)會發(fā)生微小變化，根據(jù)這些變化就可以判斷馬航的可能去向。我們可以把MH370視為波源，把國際海事衛(wèi)星視為觀察者。如果失事飛機(jī)是距離國際海事衛(wèi)星越來越遠(yuǎn)，此時衛(wèi)星接受的信號頻率應(yīng)該是減小的；如果失事飛機(jī)靠近國際海事衛(wèi)星，衛(wèi)星接收到的頻率應(yīng)增大。國際海事衛(wèi)星組織的工程師就可以從接收到的信號頻率變化特征，判斷飛機(jī)的走向。這樣學(xué)生不但掌握了知識，還利用知識很好地解釋了實際問題。

另外一個例子，就是角動量守恒定律的內(nèi)容。我們可以以美國大片“黑鷹墜落”中的場景作為切入點：“該影片以1993年的索馬里軍事行動的真實背景講述了120個美軍在索馬里遭到整個城市人的攻擊，這少量的美軍激戰(zhàn)數(shù)小時后在援軍的支援下，大部分人成功返回基地的故事。影片中最讓人難忘的應(yīng)該是美軍代號黑鷹的直升飛機(jī)機(jī)尾的螺旋槳被擊中后，在空中失控，打轉(zhuǎn)墜落的場景，為什么尾部螺旋槳破壞后，會使飛機(jī)失去平衡而墜毀了？學(xué)習(xí)完今天的內(nèi)容以后我們可以給出一個很好的解釋。”這樣就自然地引入了正題。角動量守恒定律告訴我們，如果剛體所受合外力矩等于零，或者不受外力矩的作用，則剛體的角動量守恒。

其中M是剛體受到的力矩，J為剛體的轉(zhuǎn)動慣量， 為剛體的角速度。這一定律由剛體推出，但對非剛性系統(tǒng)也同樣成立。直升機(jī)由機(jī)身、主螺旋槳和抗扭螺旋槳組成，直升機(jī)的主螺旋槳和機(jī)身就可視為一個非剛性系統(tǒng)，飛機(jī)在空中飛行時如果忽略空氣的阻力矩，此時外力矩則為零，主螺旋槳和機(jī)身系統(tǒng)角動量守恒。若以主螺旋槳角速度方向為正，則機(jī)身會反方向轉(zhuǎn)動，使系統(tǒng)總角動量保持不變。機(jī)尾安裝的小螺旋槳可產(chǎn)生一個附加力矩與機(jī)身所受內(nèi)力矩平衡，從而消除機(jī)身的轉(zhuǎn)動。如果機(jī)尾的小螺旋槳破壞，那么機(jī)身就只受內(nèi)力矩，因此會產(chǎn)生與主螺旋槳方向相反的轉(zhuǎn)動。這樣就無法控制機(jī)身平衡，因此，黑鷹的機(jī)尾的螺旋槳被破壞后，會在空中失控，失去平衡而墜毀。通過和電影中場景結(jié)合介紹基礎(chǔ)知識，會給學(xué)生留下深刻的印象，達(dá)到良好的課堂效果。

第二方面，需要老師講完知識點之后，結(jié)合所學(xué)知識介紹它在實際中的幾個方面應(yīng)用。還以多普勒效應(yīng)為例，多普勒效應(yīng)在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用非常多，在交通領(lǐng)域，天文學(xué)領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。比如，天文學(xué)家利用多普勒效應(yīng)來支持宇宙大爆炸理論?？茖W(xué)家艾德文哈勃發(fā)現(xiàn)在地球上觀察到銀河系天體發(fā)射的光線頻率都變低了，即產(chǎn)生了紅移，說明這些天體都在遠(yuǎn)離我們而去，因此得出了宇宙正在膨脹的結(jié)論。再比如說，在醫(yī)學(xué)上利用多普勒效（下轉(zhuǎn)第100頁）（上接第68頁）應(yīng)做成胎心測量儀，用于測量胎兒的運動。其原理就是：從胎心測量儀發(fā)射一個波到達(dá)胎兒，發(fā)射回到胎心測量儀，根據(jù)發(fā)射與接受多普勒信號的頻率變化，來獲得胎兒的信息，觀測胎兒的運動狀態(tài)。

以角動量守恒為例，在日常生活中有很多現(xiàn)象都可以用它解釋。比如芭蕾舞表現(xiàn)者在表演的過程中，如果不考慮地面的摩擦，則轉(zhuǎn)動過程中滿足角動量守恒，因此我們可以看到，表演者的收縮成一團(tuán)時可以達(dá)到一個很高的轉(zhuǎn)速。再比如說，跳水運動員在跳水的過程中，離開地面后滿足角動量守恒。將身體蜷縮，可減小轉(zhuǎn)動慣量，加快轉(zhuǎn)動速度，完成空中的旋轉(zhuǎn)動作；落水時伸展身體轉(zhuǎn)動慣量增大，入水時的轉(zhuǎn)動速度減小，不至于濺起太大水花。

通過與實際的應(yīng)用結(jié)合學(xué)生既學(xué)習(xí)了知識，又加深了對知識的認(rèn)知和理解，還可以將其很好地運用到生活中。

第三個方面，如果課堂上能插上一個一兩分鐘的短視頻，效果應(yīng)該會更好。以多普勒效應(yīng)為例，我們可以給一個迎面駛來的火車的視頻，從視頻中讓學(xué)生切實體會多普勒效應(yīng)，火車迎面駛來聽到的音調(diào)較高，而火車疾馳而去聽到的音調(diào)很低。

以角動量守恒為例，可以給一個茹科夫斯基轉(zhuǎn)椅驗證角動量守恒定律的例子。人手握啞鈴坐在茹科夫斯基轉(zhuǎn)椅上，給人和茹科夫斯基轉(zhuǎn)椅一個力使系統(tǒng)轉(zhuǎn)動起來。如果不考慮空氣阻力，系統(tǒng)的角動量守恒。當(dāng)人的手臂伸開時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量增大，轉(zhuǎn)椅的轉(zhuǎn)速減小；當(dāng)人的手臂收縮回來時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量增小，轉(zhuǎn)椅的轉(zhuǎn)速增大。

通過一個簡單的視頻，學(xué)生可以很直觀地看到現(xiàn)象和規(guī)律，大大提高了學(xué)生的接收效果。

當(dāng)前本科教育中照本宣科現(xiàn)象嚴(yán)重，大學(xué)物理的推導(dǎo)和公式很多，照著課本講解的話很枯燥，課堂效果很差。如果能提高課堂的趣味性，把知識點和實際相結(jié)合，利用多媒體手段補充知識的應(yīng)用背景等內(nèi)容，應(yīng)該可以收到很好的效果。然而，要提高課堂趣味性，創(chuàng)新和結(jié)合實事是關(guān)鍵。提高教師的教學(xué)水平，多進(jìn)行教學(xué)比賽和獎勵措施是提升教師創(chuàng)新積極性、提高教學(xué)質(zhì)量的重要因素。另外，很多年齡上大一些的教師利用多媒體教學(xué)尚存在困難，更不用說穿插視頻了，因此，這種提高教學(xué)效果和教學(xué)趣味性的做法還要結(jié)合自身的實際情況。學(xué)?？梢越M織加強教師的教學(xué)和計算機(jī)素養(yǎng)，集中對教師進(jìn)行多媒體利用的培訓(xùn)。此外，視頻時間過長，也會壓縮課堂知識的內(nèi)容。合理地把握穿插視頻的量也是需要老師思考的問題。總之，提高大學(xué)物理課堂趣味性勢在必行，如何達(dá)到良好的效果，還需要不斷地摸索。

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