侯婷婷

摘 要 認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)方法的轉(zhuǎn)變對(duì)學(xué)習(xí)大學(xué)物理有很重要的作用。通過(guò)對(duì)比不同階段物理內(nèi)容的區(qū)別與聯(lián)系，討論了學(xué)習(xí)大學(xué)物理內(nèi)容的分析方法。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，微積分知識(shí)對(duì)分析物理概念起到了關(guān)鍵作用，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了數(shù)學(xué)模型和定量定性分析法應(yīng)貫穿學(xué)習(xí)的全過(guò)程。

關(guān)鍵詞 學(xué)習(xí)方法 物理 思維模式

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.08.021

Abstract The transformation of understanding learning methods plays an important role in learning college physics. By comparing the differences and connections of physical contents in different stages， the analysis method of learning the contents of college physics is discussed. In the process of learning， the knowledge of calculus plays a key role in the analysis of physical concepts. At the same time， it is emphasized that the mathematical model and quantitative qualitative analysis method should run through the whole process of learning.

Keywords learning methods； physics； thinking model

物理科學(xué)作為自然科學(xué)的重要分支，已滲透到各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)和人類生活的各個(gè)方面。在探究物理這一學(xué)科的過(guò)程中，人們所形成的現(xiàn)代科學(xué)方法和思維方式，深刻地影響著人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)和人們的日常行為與社會(huì)生活。

大學(xué)物理不僅是高等院校理工科各專業(yè)的基礎(chǔ)課程，同時(shí)還對(duì)后續(xù)的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和學(xué)生綜合素質(zhì)的提高有很大的幫助。但由于不同階段的物理課程在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面都存在較大差異，這就使學(xué)生不能完全適應(yīng)高校的教學(xué)模式。與此同時(shí)，有部分高職院校在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中還要面臨“課時(shí)少，任務(wù)重，教學(xué)內(nèi)容難，教學(xué)方法陳舊，學(xué)生素質(zhì)不齊”等問(wèn)題。[1]無(wú)論是中學(xué)還是大學(xué)，物理所研究的對(duì)象是一致的。中學(xué)時(shí)期的物理知識(shí)多與生活息息相關(guān)，用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其理論的本質(zhì)，就容易被學(xué)生們理解。因此，在學(xué)習(xí)大學(xué)物理時(shí)，學(xué)生習(xí)慣性的用簡(jiǎn)單的方法來(lái)理解已經(jīng)復(fù)雜和深入了的大學(xué)問(wèn)題，就很難打破固有的思維模式，接收新的知識(shí)。多數(shù)同學(xué)只理解表層含義，考試卻往往不甚理想。如上所述，高校在物理教學(xué)中，如何使學(xué)生從中學(xué)的物理思維模式快速轉(zhuǎn)變?yōu)榇髮W(xué)的物理思維模式就變得尤為重要了。針對(duì)此類問(wèn)題，本文從以下兩個(gè)方面進(jìn)行了討論。

1 中學(xué)物理與大學(xué)物理的區(qū)別與聯(lián)系

1.1 培養(yǎng)目標(biāo)的改變[2]

相比較中學(xué)物理而言，大學(xué)物理的教學(xué)目標(biāo)更注重培養(yǎng)學(xué)生的理性思維能力和正確看待世界的理性精神，將自然科學(xué)上升到更高的層面，開(kāi)拓人的認(rèn)知領(lǐng)域，而不像中學(xué)物理那樣，接觸的內(nèi)容是淺顯的特殊情況，在應(yīng)用方面也是缺少系統(tǒng)性的理論知識(shí)。大學(xué)物理更注重過(guò)程和方法，注重學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

1.2 研究?jī)?nèi)容的深入

無(wú)論哪個(gè)時(shí)期，物理學(xué)的研究范疇是沒(méi)有變化的，主要是研究的內(nèi)容變得更復(fù)雜了，對(duì)物理現(xiàn)象的描述也更注重從現(xiàn)象到本質(zhì)，從簡(jiǎn)單、特殊到一般情況。[3]因此，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，應(yīng)多關(guān)注物理學(xué)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，這樣才能把中學(xué)物理和大學(xué)物理的知識(shí)連接起來(lái)，找到學(xué)習(xí)的切入點(diǎn)。

1.3 研究手段的轉(zhuǎn)變

我們知道物質(zhì)是瞬息萬(wàn)變的，描述物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或運(yùn)動(dòng)規(guī)律也是隨著時(shí)間發(fā)生變化的。從定性到定量，引入的物理量從標(biāo)量到矢量，而采用的數(shù)學(xué)方法也從簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算變成了微積分。利用微積分解決物理問(wèn)題，可以使學(xué)生更加透徹地理解物理概念和現(xiàn)象。

1.4 研究方法的轉(zhuǎn)變

加強(qiáng)從“接受式學(xué)習(xí)”到“研究式學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變。由于中學(xué)物理教學(xué)長(zhǎng)期受到應(yīng)試教育的負(fù)面影響，物理學(xué)研究方法是通常意義上的對(duì)物理知識(shí)點(diǎn)的累積和歸納，缺乏主動(dòng)探究的過(guò)程。[4]學(xué)生從“接受”到“研究”這一過(guò)程中，需要任課教師在教學(xué)環(huán)節(jié)上從“主角”變成“配角”，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生參與到課堂中來(lái)，用發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的步驟來(lái)指導(dǎo)學(xué)生完成教學(xué)內(nèi)容。

1.5 自學(xué)能力的加強(qiáng)

教師在課堂上要重視學(xué)生學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)，讓學(xué)生慢慢從“被動(dòng)學(xué)習(xí)”過(guò)渡到“主動(dòng)學(xué)習(xí)”，在這一過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。[4]為了發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主體的能動(dòng)作用，教師可采取啟發(fā)式教學(xué)法，把能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的要素，例如物理學(xué)史、趣味實(shí)驗(yàn)等，貫穿于課堂設(shè)計(jì)中去。同時(shí)，讓學(xué)生在最佳的學(xué)習(xí)狀態(tài)及積極的學(xué)習(xí)氛圍中學(xué)習(xí)，做到課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、大膽探索。課外利用現(xiàn)代教育手段，培養(yǎng)學(xué)生探究能力及創(chuàng)新精神。

2 大學(xué)物理的學(xué)習(xí)方法

好的學(xué)習(xí)方法等于在學(xué)習(xí)的道路上前進(jìn)了一半。如何找到學(xué)好大學(xué)物理的有效方法，本文從以下五個(gè)方面來(lái)論述。

2.1 定性分析法和定量分析法要緊密結(jié)合

中學(xué)物理由于數(shù)學(xué)上的局限，很多物理概念無(wú)法用數(shù)學(xué)公式的形式表示出來(lái)，只能用文字來(lái)表示物理規(guī)律或是概念。[5]因此，在大學(xué)階段，物理規(guī)律或是概念除了用定性的方法分析外，還要進(jìn)行定量研究。

所謂定性分析，就是判定某種物質(zhì)的屬性或特性，例如電場(chǎng)和磁場(chǎng)。雖然兩種“場(chǎng)”看不見(jiàn)，摸不著，但是，場(chǎng)是客觀存在的實(shí)物，具有質(zhì)量、速度、能量等。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)“場(chǎng)”的一系列性質(zhì)，提出具體的表達(dá)式為人們的進(jìn)一步研究打下基礎(chǔ)，這就是定量分析法。定量分析就是對(duì)事物作數(shù)量上的分析。事物的質(zhì)變和量變是緊密相連又是相互制約的，任何事物都是質(zhì)和量的統(tǒng)一體。所以，在物理學(xué)中，要想了解事物的本質(zhì)，就必須通過(guò)定量的計(jì)算來(lái)體現(xiàn)。從定性到定量，這是物理發(fā)展的必然?！岸ㄐ允嵌康牟蛔恪?，這是盧瑟福早就下過(guò)的定義。

2.2培養(yǎng)矢量分析思維

大學(xué)物理中，很多物理量既有大小，又有方向，要用矢量來(lái)表示，例如位移、速度、力、電場(chǎng)強(qiáng)度等。[6]如果物理量為矢量，那么就不在是簡(jiǎn)單的一維計(jì)算，而是二維或是三維，所以“矢量運(yùn)算法則”及“矢量方程的運(yùn)用”就顯得相當(dāng)普遍。根據(jù)研究問(wèn)題的不同，物理矢量可以分別放到不同的坐標(biāo)系中研究，例如直角坐標(biāo)系、平面極坐標(biāo)系、切法向坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系等。但由于中學(xué)物理很少涉及矢量，部分學(xué)生常常在作業(yè)或考試中未能正確書(shū)寫(xiě)矢量，這說(shuō)明他們跳不出高中階段的思維模式，以及對(duì)標(biāo)量、矢量和矢量方程的意義理解甚少，只有膚淺的理解，在思維中尚未形成矢量思維。

2.3 利用理想化模型簡(jiǎn)化復(fù)雜問(wèn)題

在科學(xué)研究中，建立模型已經(jīng)成為人們認(rèn)識(shí)復(fù)雜的自然現(xiàn)象和客體的一種重要方法，也是理論思維發(fā)展的重要方式。物理學(xué)家是以試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證理論，而理論的提出也往往用到各類模型。模型的正確與否直接影響到試驗(yàn)的結(jié)果。物理模型是對(duì)實(shí)際物體的科學(xué)抽象，如力學(xué)中質(zhì)點(diǎn)模型、剛體模型，熱學(xué)中系統(tǒng)模型，電磁學(xué)中點(diǎn)電荷、電流元、電偶極子、磁偶極子模型等等。這種抽象以實(shí)踐為前提和基礎(chǔ)，把復(fù)雜的問(wèn)題用簡(jiǎn)單的理想化模型來(lái)解決，同時(shí)還可以總結(jié)出很多規(guī)律。

2.4 因果分析法要貫穿始終

物理學(xué)誕生于人類對(duì)自然現(xiàn)象的觀察和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的探究中。究其現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的根源就是因果分析法。牛頓力學(xué)的建立、麥克斯韋電磁理論的提出、相對(duì)論的出現(xiàn)、量子理論的創(chuàng)立及基本粒子理論的發(fā)展都是建立在西方理性邏輯思維和注重因果關(guān)系的哲學(xué)思維基礎(chǔ)之上的。

我們認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象時(shí)，通過(guò)因果關(guān)系的分析，可以為我們理出一條清晰的脈路來(lái)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，我們看到的現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題都是“果”，究其本身原因就是“因”。例如，伽利略利用理想實(shí)驗(yàn)，科學(xué)地討論了“力”和“運(yùn)動(dòng)”之間的因果關(guān)系，得出了力是產(chǎn)生加速度的原因。伽利略正確的因果分析為牛頓的動(dòng)力學(xué)奠定了基礎(chǔ)。再如，靜電場(chǎng)的環(huán)路定理的推導(dǎo)源于靜電場(chǎng)是保守場(chǎng)，靜電場(chǎng)力是保守力，如果不清楚這其中的因果關(guān)系，也無(wú)法得到靜電場(chǎng)的無(wú)旋性。[7]

2.5 元過(guò)程分析法要靈活運(yùn)用

在大學(xué)物理的研究中，有一種常用的分析方法—元過(guò)程分析法，也叫“微元法”。就是把研究對(duì)象分割成無(wú)限多個(gè)無(wú)限小的部分，即微元，等同于把物理過(guò)程分解成無(wú)限小的部分，抽取其中一部分加以研究的方法。這種方法的計(jì)算過(guò)程類似高等數(shù)學(xué)中的微積分。其實(shí)，微積分的創(chuàng)始人之一就是偉大的科學(xué)家牛頓。他正是在研究物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，想到用微積分的方法來(lái)計(jì)算此類物理難題。

在大學(xué)物理中，巧妙的利用微元法可以輕松解決很多問(wèn)題。[8]高中時(shí)的物理內(nèi)容可以概括為特殊情況，比如說(shuō)物體做直線運(yùn)動(dòng)、恒力做功等。大學(xué)物理的內(nèi)容從特殊性上升為一般性，我們討論的是曲線運(yùn)動(dòng)、變力做功、不同質(zhì)量分布的剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算、連續(xù)分布帶電體的電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算等，這些物理難題都可以利用微元法得以巧妙的解答。

總之，掌握合理的學(xué)習(xí)方法，可以更好地超越中學(xué)物理到大學(xué)物理的學(xué)習(xí)障礙。順利地完成從中學(xué)物理到大學(xué)物理的過(guò)渡階段，從中提高自己的思維能力和處理實(shí)際問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)

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