由大學(xué)物理一道期末考試題引發(fā)的思考

梁麗萍

摘要：本文由一道大學(xué)物理期末考試題出發(fā)，筆者通過對自己多年教學(xué)的總結(jié)，進行了深入思考，分析了學(xué)生對于矢量及矢量的加減運算容易出錯的原因，并針對以上問題進行探討，探討了解決這些問題的一些教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：矢量；矢量加減運算；教學(xué)方法

中圖分類號：G642.41 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）52-0182-02

高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有全面素質(zhì)和創(chuàng)新能力的人才[1]。隨著我國高等教育的迅猛發(fā)展和擴招人數(shù)不斷增加，學(xué)生高中物理知識水平的差異日趨明顯。一步登天的創(chuàng)新教育的實施對于我們非一流院校及學(xué)生群體是相對困難的。我們需要的是實事求是，當(dāng)務(wù)之急是在學(xué)生的基礎(chǔ)知識和基本能力的教學(xué)方面有所突破。通過大學(xué)物理課程的教學(xué)，使學(xué)生系統(tǒng)地了解和掌握物理學(xué)的基本知識、基本概念、基本規(guī)律和基本方法，為后續(xù)課程打下良好的物理基礎(chǔ)，使學(xué)生初步學(xué)習(xí)到科學(xué)研究的正確思維方法，形成正確的分析問題和解決物理問題的方法。

一、由一道大學(xué)物理期末考試題引發(fā)的思考

本學(xué)期的大學(xué)物理期末考試題中的選擇題，第一小題為：一運動質(zhì)點在某瞬時位于矢徑■x，y的端點處，其速度為：

（A）■ （B）■

（C）■ （D）■

從學(xué)生上千份答卷抽樣調(diào)查結(jié)果來看，選（B）的正確率不到40%，而選（D）答案的比率反而更高，這樣的結(jié)果讓所有任課老師感到困惑。瞬時速度矢量的概念在中學(xué)階段就重點講過，在本學(xué)期的大學(xué)物理教學(xué)中，每位教師都講過并重點強調(diào)過，為什么仍然有那么高的出錯率？這是一個值得思考的問題。關(guān)于矢量及矢量的加減運算，從學(xué)生平時作業(yè)的解答情況看，存在的問題也很多。例如：某人騎自行車以速率V向西行駛，今有風(fēng)以相同速率從北偏東30°方向吹來，人感到風(fēng)從哪個方向吹來？有部分學(xué)生把正確的解答式■=■+■，寫為v■=v■+v■，丟掉了矢量符號，沒有深刻理解矢量及矢量加減運算的意義，對矢量加減運算掌握不好，經(jīng)常把應(yīng)該寫為矢量加減式的等式寫成了標(biāo)量的加減式等式，有部分同學(xué)不知道如何作矢量圖來解答此類題。特別指出的是，從學(xué)生的作業(yè)中反映出，絕大多數(shù)學(xué)生不愿意作矢量圖，只愿意用數(shù)學(xué)公式計算，試想不作矢量圖，怎么進行矢量加減運算？例如，我校布置了下面一道作業(yè)題：一飛機相對于空氣以恒定速率v沿正方形軌道飛行，在無風(fēng)天氣其運動周期為T.若有恒定小風(fēng)沿平行于正方形的一對邊吹來，風(fēng)速為V=kv（k<<1）.求飛機仍沿原正方形（對地）軌道飛行時周期要增加多少？這道附加題在布置作業(yè)時，教師再三強調(diào)：要先作好矢量示意圖，然后再根據(jù)示意圖進行計算。結(jié)果從學(xué)生交上來的作業(yè)看，近八成的學(xué)生沒有作好矢量示意圖，近一半的學(xué)生沒有寫對相對速度的矢量表達式。

筆者通過對自己多年教學(xué)的總結(jié)，進行了深入思考和分析，認為以下幾個方面是造成出錯率高的主要原因。

二、造成出錯率高的主要原因

1.教學(xué)過程的階段性留下的隱患。由于教學(xué)的科學(xué)性和可接受性之間的矛盾，造成一個概念要分幾個學(xué)齡階段講授，隨著學(xué)齡的逐漸增大而擴大概念教學(xué)的內(nèi)涵和外延。速度，這一概念從初中到大學(xué)都是各階段物理課程中講授的重要概念。而中學(xué)物理與大學(xué)物理的最大區(qū)別就是大學(xué)物理引入了矢量及運算。對學(xué)生而言，大學(xué)階段新學(xué)習(xí)的矢量的加減及叉乘運算是學(xué)習(xí)過程中的一個難點，學(xué)生時常跳不出高中階段標(biāo)量代數(shù)運算的思維模式。在很多實際解題練習(xí)過程中，學(xué)生習(xí)慣了代數(shù)量的計算，對矢量加減運算總感覺不習(xí)慣。學(xué)生經(jīng)常不自覺地把矢量的加減法當(dāng)作高中階段的標(biāo)量加減法處理。在中學(xué)階段，即便是矢量，也是采用分解到幾個坐標(biāo)軸的分量計算，把矢量化解為標(biāo)量處理。有關(guān)“矢量”概念涉及較少，矢量方向性概念不深刻。

2.忽視矢量這一重要工具。對于微積分的計算和應(yīng)用，大家普遍關(guān)注較多，而往往忽視矢量這一重要工具[2]。對于矢量，學(xué)生在中學(xué)階段就接觸了一點，從中學(xué)教科書中就知道矢量是即有大小、又有方向的量，而標(biāo)量是只有大小沒有方向的量。學(xué)生似懂非懂，覺得沒什么新鮮的。又因為一般的教材[3]和我們現(xiàn)在采用的輔導(dǎo)書[4]中的印刷體矢量符號是用黑體字母表示，而手寫體是字母上方加箭頭來表示矢量，學(xué)生看教材和輔導(dǎo)書上沒有矢量箭頭符號，自然在寫作業(yè)時忘記加箭頭來表示矢量，致使學(xué)生容易出錯，在思想上自然對矢量就沒有微積分知識那么重視。

3.課時不足。在當(dāng)前，理工科院校以培養(yǎng)實用性人才為目標(biāo)的大環(huán)境下，大學(xué)物理課程的學(xué)時一再被精簡，甚至有取消大學(xué)物理的聲音。如果上課時間恰逢學(xué)校開運動會、藝術(shù)節(jié)或其他臨時活動，因此而耽誤課程，學(xué)時就更少，教師不得不為完成教學(xué)任務(wù)趕進度，這幾乎是我們每個教師在每一個學(xué)期的共同感受。

由于以上這些原因，如何在有限的課時內(nèi)組織教學(xué)，完成教學(xué)任務(wù)，提高教學(xué)質(zhì)量，成為我們思考的重要問題。

三、教學(xué)方法的探討

大學(xué)物理一般在第二學(xué)期開設(shè)，此時高等數(shù)學(xué)已經(jīng)學(xué)了一個學(xué)期，基本的微積分和矢量代數(shù)知識已經(jīng)具備，而矢量分析內(nèi)容還沒有學(xué)。因此，大學(xué)物理的教學(xué)中，不可忽視的是與矢量有關(guān)內(nèi)容的教學(xué)，尤其是力學(xué)中大部分物理量是矢量，重視矢量的應(yīng)用顯得更加重要。以下是對我大學(xué)物理教學(xué)中矢量加減運算的教學(xué)方法的探討。

1.設(shè)問教學(xué)，建立矢量思想，強化矢量加減運算。力學(xué)的大部分內(nèi)容的原理，學(xué)生都在中學(xué)階段學(xué)習(xí)過，上課時他們自己覺得似乎聽懂了，但一碰到矢量加減運算的練習(xí)題就出錯，有些同學(xué)甚至不知如何下手。在人教版《高級中學(xué)實驗課本物理第一冊》中指出，標(biāo)量只有大小，沒有方向；矢量既有大小，又有方向，這使得部分學(xué)生已經(jīng)形成了一種錯誤的慣性思維：有方向的就是矢量，沒有方向的就是標(biāo)量。這種錯誤的習(xí)慣思維應(yīng)堅決予以糾正。矢量的嚴格定義是遵循平行四邊形合成法則的物理量是矢量，否則是標(biāo)量。在講授電磁學(xué)這部分內(nèi)容時，當(dāng)提醒學(xué)生：電動勢有方向，一定要會判斷它的方向時，若反問：電動勢是矢量還是標(biāo)量？從學(xué)生的回答及沉默不語的學(xué)生的表情上看，就知道部分學(xué)生還是沒有跳出這種慣性思維。若在課堂教學(xué)的過程中，單刀直入，設(shè)懸念、引起好奇，把學(xué)生容易出錯的問題直接提出，采取課堂提問并讓學(xué)生回答或到黑板上做出來的方式，這樣不僅能吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動學(xué)生的積極性，同時也能當(dāng)場發(fā)現(xiàn)學(xué)生在作矢量示意圖及矢量加減運算表達式存在的問題并予以及時糾正。

2.注重精選及精講例題。教師應(yīng)該特別注重選擇典型例題、開放性例題及學(xué)生容易出錯例題，選好及講深講透這幾類題是使學(xué)生弄清概念提高學(xué)生思維的重要方法。平時，大家關(guān)注得多的是教學(xué)的理念、模式、方法，卻較少地關(guān)注影響課堂教學(xué)的一個關(guān)鍵因素：“精選及精講例題”。選擇好的例題，采用多種方法來講解，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和解決問題的能力。多而不精的例題，會讓學(xué)生無喘息之機，疲憊不堪，久而久之，會使他們失去學(xué)習(xí)大學(xué)物理的興趣。精選及精講例題在有限的課堂教學(xué)中，是提高教學(xué)效果的重要手段。

3.采用多媒體動畫、視頻與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，就需要每一次課都有新奇感，因此，應(yīng)針對不同的教學(xué)內(nèi)容和不同的學(xué)生，應(yīng)采取靈活多樣的教學(xué)方法。多媒體動畫、視頻與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法，使教學(xué)內(nèi)容圖文并茂、影音結(jié)合，直觀、形象、豐富多彩、生動有趣，集聲光形色動于一體，直接對學(xué)生的視覺、聽覺感官產(chǎn)生作用，這種通過多感官刺激獲得的信息比單一的老師講授獲得的信息量強得多。如果再加上師生互動交流、討論，則就更能使知識便于記憶、理解，使難教難學(xué)的內(nèi)容變得簡單、易學(xué)；同時，還能美化視覺，拓寬學(xué)生的思路，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，使教學(xué)效果事半功倍。

4.喚醒學(xué)生的學(xué)習(xí)意識，不斷地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。要使學(xué)生從思想上真正喜歡大學(xué)物理這門課，上好大學(xué)物理的緒論課是十分重要的。同時，要注意喚醒學(xué)生的學(xué)習(xí)意識，不斷地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的參與意識，改變那種“教師是演員，學(xué)生是觀眾”的模式。許多學(xué)生在中學(xué)階段就對物理存在一種恐懼心理，到大學(xué)階段，大學(xué)物理的內(nèi)容遠高于中學(xué)階段，加上內(nèi)容多課時少，大部分學(xué)生一開始學(xué)習(xí)大學(xué)物理就感覺有點吃力，如果課后不復(fù)習(xí)鞏固，幾次課下來就有跟不上的感覺，而此時恰逢力學(xué)學(xué)習(xí)矢量及應(yīng)用的關(guān)鍵時刻。因而，多用討論式、設(shè)問教學(xué)方法，使學(xué)生積極參與討論，有意識多提問，使學(xué)生變成“演員”而不只是“觀眾”。課后積極主動、及時找學(xué)生了解學(xué)習(xí)的動態(tài)，并輔導(dǎo)答疑，這對學(xué)生消除對大學(xué)物理的恐懼心理是很有幫助的，同時，可以幫助學(xué)生從高中階段的學(xué)習(xí)慢慢過渡并適應(yīng)大學(xué)物理的講課模式。

總之，要想使學(xué)生掌握矢量加減運算并能靈活運用，還需根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容、不同的學(xué)生對象，設(shè)問教學(xué)，建立矢量思想，強化矢量加減運算；注重精選及精講例題；采用多媒體動畫、視頻與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法；喚醒學(xué)生的學(xué)習(xí)意識，不斷地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等靈活多樣的教學(xué)方法，才能真正地在有限的課堂教學(xué)時數(shù)內(nèi)收到好的教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]游銘鈞.素質(zhì)教育與課程改革[M]浙江：浙江教育出版社，1998.

[2]熊青玲.大學(xué)物理中關(guān)于矢量的應(yīng)用問題探討[J].希望月報，2008，（3）.

[3]程守洙，江之永.普通物理學(xué)（上冊）[M].第六版.北京：高等教育出版社，2006.

[4]顧錚先.大學(xué)物理同步輔導(dǎo)與復(fù)習(xí)自測[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.