大學(xué)物理“趣味教學(xué)法”的研究

何玉平

(南昌工程學(xué)院理學(xué)系，江西 南昌 330099)

物理學(xué)是整個(gè)自然科學(xué)的基礎(chǔ)，是近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的根源，同時(shí)也是理論和實(shí)踐結(jié)合相當(dāng)緊密的一門學(xué)科，物理學(xué)為自然科學(xué)的發(fā)展起到了不可替代的作用.大學(xué)物理課程是理工類非物理專業(yè)大學(xué)生必修的一門公共基礎(chǔ)課，該課程學(xué)習(xí)的效果直接影響到專業(yè)課的學(xué)習(xí).為了提高大學(xué)生的全面素質(zhì)，各個(gè)高校課程設(shè)置都比較飽滿，在有限的時(shí)間里如何更有效率地學(xué)習(xí)大學(xué)物理課程是一項(xiàng)重要課題.

據(jù)對某高校學(xué)生調(diào)查結(jié)果顯示，比較多的學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)存在困難，物理考試也令學(xué)生頭疼.這個(gè)現(xiàn)象在高校的許多學(xué)生身上都存在.調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，學(xué)生認(rèn)為物理難學(xué)的主要原因是物理枯燥無味，公式太多，高等數(shù)學(xué)學(xué)得不夠好等.大學(xué)物理的教學(xué)效果普遍不夠理想.為了提高大學(xué)物理課程的教學(xué)效果，許多教師嘗試了措施進(jìn)行改革［1-5］，綜合起來有教學(xué)手段的改革、教學(xué)內(nèi)容的改革、考核方式的改革，等等.雖然教學(xué)研究在每個(gè)高校都有許多教師在進(jìn)行，但由于種種原因，在實(shí)際授課時(shí)依然采用“理論+例題”的傳統(tǒng)授課模式，這勢必會(huì)造成課堂乏味，學(xué)生走神甚至打瞌睡.為了提高大學(xué)物理的教學(xué)效果，筆者在教學(xué)過程中嘗試“趣味教學(xué)法”的教學(xué)模式.教學(xué)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種方法的使用獲得了學(xué)生的廣泛認(rèn)可，教學(xué)效果也較傳統(tǒng)方法有明顯提高.

1 “趣味教學(xué)法”舉例

1.1 基于生活事例講授動(dòng)量定理

1.1.1 傳統(tǒng)授課法

重寫牛頓第二定律的微分形式為:

考慮一過程，時(shí)間從t1～t2，兩端積分得:

左側(cè)積分表示力對時(shí)間的累積量，叫做沖量:

于是得到積分形式為:

(4)式為質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定理，物理意義是物體在運(yùn)動(dòng)過程中所受到的合外力的沖量，等于該物體動(dòng)量的增量.然后進(jìn)行定理例題講解.

1.1.2 趣味教學(xué)法

動(dòng)量定理在生活中有許多應(yīng)用例子，筆者在定理講解前有意引入一些生活事例.如:運(yùn)動(dòng)場上跳遠(yuǎn)時(shí)為什么跳到沙中而不是直接跳到水泥地板上?為了輪船靠岸，為什么要用橡膠輪胎綁在岸邊?打樁的時(shí)候?yàn)槭裁匆描F錘而不是木棰?而且往往舉高后落下?問題提出后讓學(xué)生思考并分析出相關(guān)規(guī)律.

接下來把學(xué)生意見進(jìn)行總結(jié)并引導(dǎo)分析這些例子特點(diǎn)，學(xué)生對這些包含物理知識(shí)的例子興趣甚濃，此時(shí)教師可以將動(dòng)量定理推導(dǎo)出來并總結(jié)出該定理的應(yīng)用范圍和注意事項(xiàng).

最后將動(dòng)量定理的有關(guān)計(jì)算以例題的形式進(jìn)行講解.

為了鞏固課堂學(xué)習(xí)效果，筆者布置給學(xué)生的課外作業(yè)除了有量的計(jì)算外，還特意加了一道動(dòng)量定理在生活中應(yīng)用的論述題.

1.1.3 方法比較

動(dòng)量定理的講授時(shí)筆者在同專業(yè)的不同班級里分別應(yīng)用傳統(tǒng)授課法和趣味教學(xué)法進(jìn)行教學(xué).結(jié)果發(fā)現(xiàn):應(yīng)用趣味教學(xué)法的班級學(xué)生注意力明顯比傳統(tǒng)授課法班級集中，課堂氣氛和互動(dòng)性也明顯更優(yōu).為推廣趣味教學(xué)法和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，筆者正積極策劃“趣味物理學(xué)”的選修課，時(shí)機(jī)成熟將在必修課中全面應(yīng)用.

1.2 利用MATLAB軟件作圖來理解勢能與各

變量間的關(guān)系

在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，取地面為重力勢能零點(diǎn)，則重力勢能函數(shù)為［6］

式中，m為物理質(zhì)量，g為重力加速度，x為到地面距離.

取物體在平衡位置時(shí)的彈性勢能為零勢能點(diǎn)，則彈性勢能函數(shù)為

式中，k為勁度系數(shù)，x為離開位置距離.

取無窮遠(yuǎn)處引力勢能為勢能零點(diǎn)，則引力勢能函數(shù)為

式中，G為引力常數(shù)，m、m'為質(zhì)量，r為兩物體質(zhì)心的距離.

利用MATLAB進(jìn)行數(shù)值模擬可以得到3種勢能曲線如圖1所示.所用數(shù)據(jù)為m=m'=1 kg，g=9.8 m/s2，G=6.67 ×10-11m3/(kg·s)，k=2 N/m.

傳統(tǒng)教學(xué)法:根據(jù)3個(gè)勢能的函數(shù)關(guān)系從數(shù)學(xué)的角度分析勢能隨各參量變化的關(guān)系.

MATLAB作圖法:根據(jù)3個(gè)勢能函數(shù)利用MATLAB描繪出勢能曲線，曲線圖有利于學(xué)生理解勢能隨各參量的變化關(guān)系，有利于學(xué)生加深印象.

圖1 勢能變化曲線

在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，勢能曲線圖呈現(xiàn)過的班級一段時(shí)間后較其他班級遺忘率學(xué)生低.大學(xué)物理中有許多定理規(guī)律都可以用MATLAB進(jìn)行關(guān)系圖的描繪，筆者還曾專門撰文論述［7］.

1.3 與物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合講授牛頓環(huán)

經(jīng)過一系列的推導(dǎo)，牛頓環(huán)中反射光的明環(huán)(8)和暗環(huán)(9)半徑分別為

由(8)、(9)式利用數(shù)學(xué)知識(shí)可以得出，隨著k的增大，干涉條紋變密，中間為暗環(huán)的同心圓環(huán).牛頓環(huán)的干涉條紋現(xiàn)象不容易被學(xué)生所記住.

在牛頓環(huán)內(nèi)容講授時(shí)，筆者把授課地點(diǎn)從教室換到了物理實(shí)驗(yàn)室.指導(dǎo)學(xué)生把牛頓環(huán)干涉圖樣調(diào)節(jié)出來(如圖2所示)，學(xué)生很直觀地記住了牛頓環(huán)圖樣的規(guī)律，有助于牛頓環(huán)理論的講授.

圖2 牛頓環(huán)圖樣

本堂課的教學(xué)模式學(xué)生普遍反映很新奇，物理課堂不再枯燥無味，相比在教室授課，學(xué)生更愿意既有理論的傳授也有實(shí)際操作增強(qiáng)動(dòng)手能力，提高綜合素質(zhì).

1.4 利用動(dòng)畫來理解劈尖膜的干涉圖樣

通過推導(dǎo)，劈尖膜條紋中，任何兩個(gè)相鄰的明紋或暗紋間距l(xiāng)與劈尖夾角θ的關(guān)系為

由上式可以知道，干涉條紋是等間距的，劈尖夾角θ越小，干涉條紋愈疏;劈尖夾角θ越大，干涉條紋愈密.

在實(shí)際教學(xué)中，筆者先讓學(xué)生觀察劈尖膜角度與干涉條紋的動(dòng)畫，其中兩個(gè)截圖如圖3所示.

圖3 劈尖膜干涉圖樣

通過動(dòng)畫，學(xué)生很容易形象地記住條紋間距和劈尖夾角的關(guān)系，也很容易看出明紋和暗紋的間距是相等的，之后引導(dǎo)學(xué)生探索干涉圖樣形成的理論根據(jù).

在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，動(dòng)畫演示過程中學(xué)生的精力明顯比理論講解時(shí)要集中，教師可以一步一步循序漸進(jìn)地由動(dòng)畫引進(jìn)相關(guān)理論知識(shí)，避免了學(xué)生在課堂感覺聽“天書”的局面.

2 結(jié)語

為了更能提高課堂教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)熱情，在教學(xué)中筆者充分挖掘大學(xué)物理的性質(zhì)和特點(diǎn)，基于生活事例講解動(dòng)量定理、MATLAB軟件繪制勢能曲線、利用物理實(shí)驗(yàn)講解牛頓環(huán)和應(yīng)用FLASH動(dòng)畫講授劈尖膜干涉探討了大學(xué)物理“趣味教學(xué)法”.實(shí)踐證明，恰當(dāng)應(yīng)用“趣味教學(xué)法”有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性參與到課堂教學(xué)，課堂由教師“獨(dú)角戲”轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熍c學(xué)生的“共同戲”，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量.

［1］雷曉蔚，程正富，王驚雁.物理模型的理論分析與構(gòu)建［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，26(2):84-87.

［2］趙曉雨，李順江.物理教材教法教學(xué)中建構(gòu)課堂教學(xué)的彈性結(jié)構(gòu)［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，26(1):80-83.

［3］梁康有，程正富，劉小鳳.“三標(biāo)一體”教育質(zhì)量管理模型與物理實(shí)驗(yàn)文化建設(shè)［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2008，27(4):86-90.

［4］何鈺，李秀梅，曾勇.大學(xué)生作業(yè)手段的改革與實(shí)踐［J］.大學(xué)物理課程報(bào)告論壇文集，2009.

［5］茍秉聰，胡海云，吳曉麗.大學(xué)物理教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新［J］.大學(xué)物理課程報(bào)告論壇文集，2008.

［6］胡盤新，湯毓駿，鐘季康.普通物理學(xué)簡明教程(第2版)［M］.北京:高等教育出版社，2007.

［7］何玉平.MATLAB在大學(xué)物理中的應(yīng)用［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，28(5):31-34.