馮炎堯 陳均朗 汪小剛

【摘要】物理課程的教學從初中到高中再到大學是環(huán)環(huán)相扣的，每個階段的學習都會對后繼階段產(chǎn)生重要影響，學生在中學應建立良好的物理思維方式，為大學物理的學習打下扎實的基礎。中學物理思維主要體現(xiàn)在矢量和量綱兩個方面，而大學物理則需要結合微積分的運用。

【關鍵詞】物理思維 矢量 量綱

【課題項目】浙江農林大學2017年度校級教學改革項目：新高考模式下大學物理與中學物理教學的銜接，編號：JGZD17002。

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）37-0138-01

物理學研究的是物質結構和物質運動的基本規(guī)律，是其它各自然科學學科的研究基礎。在初中，物理并沒有作為一門課程，而是科學教育的一部分，只是對特殊物理現(xiàn)象的初步解釋和一般應用，往往以定性研究為主；到了高中，物理成為一門獨立的課程，隨著年段的升高，對物理教學的要求也深入了很多。加上數(shù)學能力的提高，物理教學從定性研究為主過渡到定量研究為主。大學物理則是高中物理的再一次提升。由于微積分和矢量代數(shù)的應用，主要研究變量物理。這三個階段的物理教學，環(huán)環(huán)相扣，難度深度逐漸增加，缺了任一環(huán)節(jié)都不能很好地掌握整個物理課程，勢必會影響后一階段的物理學習。

與此同時，高考進行了深度改革，物理教學也發(fā)生了重大改變。浙江省作為試點，自2017年始，高考采取了3+3模式，即除了語文、數(shù)學、英語外，再在物理、化學、技術、政治、歷史、地理和生物七門課程中選考三門，直接的后果就是學生如果沒有選擇物理作為高考科目的話，他的中學物理基礎肯定會明顯削弱。與高考模式變革相對應的是中學物理課程的教學大綱和考試大綱也發(fā)生了很大的變化。很多在九十年代的重點、難點內容在最新的大綱中都變成選修或者選考內容，如振動、波動，動量守恒等，學生往往會放棄這些內容?？梢姡袑W生的物理知識體系的全面性在下降。

大學物理是一門面向非物理專業(yè)本科生的基礎課程，向理工科專業(yè)學生介紹物理學的基本理論和研究方法，為后續(xù)的技術基礎課和專業(yè)基礎課奠定必要的物理基礎。但是由于高考的改革加上自身課程的性質，近年來教學效果非常不理想，從期末成績來看，呈現(xiàn)出兩大趨勢：一是及格率逐年降低；二是分數(shù)差距不斷增大。從卷面答題情況來看，主要反映出學生缺乏基本的物理思維，具體表現(xiàn)在以下三個方面：

一、矢量概念不清，或者說缺少矢量的意識和思維方式

矢量是物理學中最重要的一個工具，從初中階段開始就著重強調，如力的圖示和力的示意圖就強調力作為矢量包括大小和方向應該如何表達，具體如重力，拉力，壓力等等。在高中階段如力的分解與合成，平行四邊形法則（三角形法則）和正交分解法則。在教材中，矢量用黑體字表示 ，如力F。我們在書寫中則在字母上方加單向箭頭表示，如。但是學生往往沒有矢量的習慣，很少會加上單向箭頭。更重要的學生不會運用矢量的合成與分解法則，往往跟處理標量一樣，直接相加減。如連續(xù)帶電體的電場分布計算公式，=？蘩r。很多同學忽視單位矢量r的存在，直接當標量進行積分，這種方法顯然是錯誤的。事實上，帶電體上各點到場點的方向往往是不一致的，不能直接積分。正確的步驟是：首先寫出帶電體微元dq在給定場點產(chǎn)生的電場dE=，然后對dE正交分解，再對分解后的各分量進行積分，才能得到正確的結果。

二、量綱（單位）的思維習慣

除了無量綱的量（也就是沒有單位的量，這類物理量往往是兩個物理意義相同的量相除，如相對電容率，相對磁導率等），每一個物理量都有自己的量綱和單位。量綱有三個基本作用：（1）可定出同一物理量不同單位間的換算關系；（2）檢驗文字和字母描述的正誤；（3）從量綱分析中定出方程中比例系數(shù)的量綱和單位。對學生來說，最重要的是第2個作用，檢驗代數(shù)式的正誤，因為不同的量綱代表不同的物理意義，不同的物理量之間，不能夠相加減，只能乘除。學生可以用量綱檢查代數(shù)式答案的正確與否，例如，某個學生的答案是，顯然，這個答案是錯的，因為m1與m1m2的量綱不一樣，不能相加。另外，需要強調指出的是指數(shù)ex和對數(shù)lnx也是無量綱的，x同樣必須是無量綱的，比如對速率v取對數(shù)是沒有物理意義的。

三、從恒定不變量到微分變量的轉變

在多年的教學中我們發(fā)現(xiàn)，學生總是習慣用中學的概念和方法來理解和處理大學物理的問題，很難接受新的思維方式。因此在大學物理的教學過程中，老師的一個重要任務就是逐步引導學生將微元思想和物理問題結合起來。以質點的直線運動為例，學生在中學階段有關這方面的知識，局限于勻速和勻變速直線運動。而這兩種運動狀態(tài)是最理想化的，不需要微積分也可以描述清楚。到了大學階段，質點的直線運動拓展到任意的變速運動。而變化的狀態(tài)只能用導數(shù)和積分才能正確的表達。例如，由v=過渡v=，s=vt提升到s=？蘩vdt?？梢赃@么說，物理學的研究對象總是在不斷變化的，這種變化在更多情況下是非均勻的，只能借助微積分才能正確地表達。這就是物理學需要運用微積分的根本原因。

盡管導數(shù)和積分是大學里才學的，但是量綱和矢量的思想是從初中階段就開始的，所以我們應該從初中開始就灌輸量綱和矢量的思維習慣，在高中階段進一步強化，這樣到了大學階段才會習慣成自然，讓量綱和矢量的思想根深蒂固，結合微積分工具，才能把大學物理學好，更好地為其它專業(yè)課奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]汪小剛，戴朝卿，陳翼翔.大學基礎物理學.北京，科學出版社.

[2]陸金男.從大學物理教學凸現(xiàn)中學物理概念教學的重要性[J].物理教師，2008年第29卷第4期.

[3]馮炎堯，汪小剛，陳均朗.新高考模式下的大學物理與中學物理有效銜接的研究[J].課程教育研究，2018年第1期.

[4]馬文蔚.物理學.北京，高等教育出版社.

作者簡介：

馮炎堯（1969.10-），男，漢族，浙江嘉善人，學士，中教一級，研究方向：初中科學。