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大学物理优先教学研究

概念,是指在认识事物的过程当中,对事物的共同本质加以抽象概括,从感性认识上升到理性认识。物理学的发展过程是科学家为了解决自然界遇到的新问题而不断探索的过程,所提物理概念是对所描述对象的高度概括[1]。大学物理是高等院校理工类专业开设的一门公共基础课。物理概念在大学物理教学过程中起到非常重要的作用、也是能否学好物理的关键,它是对物理基本理论、基本定律进行理解和掌握的前提和条件,也是大学物理知识体系的基础和核心。对大学物理概念的教学是能否实现提高教学质量、实现教学目的的关键。在大学物理教学过程当中应重视对概念的讲解、讨论及应用,这就要求要把对概念的教学放在优先考虑的地位。物理学是探索物质结构及其运动规律的科学,涉及力、热、电、光、原(子)等,大学物理学上的许多概念在医学、化学、数学、天文学、建筑学等学科上有着重要的应用,概念优先教学法能够启发学生对于物理学的直觉,有效的促进教学质量及教学效果的提高,使得对物理概念的教学在课堂上越来越受重视。

1概念教学阶段分析

其实,处于大学学习阶段的学生,对事物的发展规律及特点具备了一定程度的认知能力,所以在对大学物理概念进行讲解的时候,尽量避免和盘托出式的展现,教师应采取灵活多样的方式引入概念,简述概念产生时的背景与基础、解释引入概念的必要性和合理性,以激发学生的学习兴趣,帮助学生由感性认识上升到理性认识,再给出严格的定义。例如学习刚体一章引入转动惯量这一概念时,先从计算刚体的转动动能入手,让学生意识到引入转动惯量的必要性后,再给出严格的物理定义。在引入驻波的概念之前,首先让学生看一段关于浪尖上的舞蹈———欧洲驻波冲浪锦标赛的视频,从而激发学生兴趣、引发学生思考。采用非正式的、直觉性的想法过渡到它们的正式定义和物理名词。与看上去随意地、直接地被正式定义相比,这种采用富于启发性方法引入的概念,更容易被学生记忆和掌握[2]。为了使学生对概念有着准确的理解与掌握,还要明确概念的内涵与外延。部分学生以为对于大学物理的学习只要把相关的概念、公式、定理、定律等进行机械记忆,然后根据题意代入相关的数据,最后运用数学知识解出结果即可,导致了只要题目给出的物理情景稍加变换,就很容易出错,也找不出问题出在何处。如在学习光学中关于薄膜干涉的应用———牛顿环时,教材上所给出的装置是由一块曲率半径很大的平凸透镜和一块平面玻璃相接触而构成的,凸透镜与平面玻璃之间是空气,形成一个空气劈,当垂直入射的光在空气劈的上下两个表面时,产生的光程差有附加光程差,在环心所对应的劈尖厚度为零时,光程差是半波长的奇数倍,环的中心是暗纹,有的学生就机械的教条的记住这一点。但当把牛顿环装置中的凸透镜与平面玻璃之间的空气换成某种介质,并使这种介质的折射率大于构成透镜材料的折射率,而又小于构成平面玻璃材料的折射率时,环的中心变为亮纹就不可理解了,因为这部分学生没有理解由于半波损失引起附加光程差概念的深刻理解,只是教条的记住教材上给出的结论,没明确概念的内涵与外延,没有弄清楚当光在劈尖上下两个表面反射都有半波损失时,光程差中的附加光程差相互抵消,就不再有附加光程差了,在劈尖厚度为零的情况下,光程差为波长的整数倍,使得环心变为亮纹了。概念图也是概念优先教学法的重要组成部分,概念图作为一种教学技术由康奈尔大学的J.D.Novak博士根据DavidP.Ausubel的有意义学习理论提出的[3]。Novak指出概念图是某个主题的概念及其关系的图形化表示、是用来组织和表征知识的工具。通过概念图的方式,可以清晰的反映出概念与概念之间的关系,同时可以使学生建立起新概念与旧概念之间的联系,将所要学习的新知识同化到已掌握的概念系统当中,从而系统的掌握所学知识架构,同时也培养了学生的发散式思维模式、发掘学生的潜能、创造解决问题的新方式。通常概念的外延是按照由大到小的原则,以《大学物理》所涉及的光学内容的概念图如图1所示:概念图让平时所学的零零碎碎的知识系统化、条理化,并使学生在开阔视野、激发学习兴趣及培养逻辑思维能力等方面得到有效的提高,更加促进了对所学概念的理解和应用。

2概念的教法

深入理解并掌握基本概念是大学物理教学的基本要求,因为是否具有扎实的物理基础知识直接影响到后续专业课的学习效果。在进行大学物理教学的过程当中必须把概念放在优先的位置,根据大学物理课程的特点,对其中概念的教学方法大致有以下三种:2.1定义法物理定义是指对一种物理现象的本质特征及对一个物理概念的内涵外延的精要说明。在物理中有许多基础性的概念都是由定义法给出的,如位矢、温度、压强、电场强度、磁通量、光程、黑体、势垒贯穿等。对于这些基础性的物理概念的教学,无需过多的分析与讲评,直接以定义的形式给出,教学效果会更好。2.2比较法“比较法”是在教学过程中常用的思维方法之一,尤其是在大学物理概念教学的过程当中,有些物理概念在新引入时,如果与已掌握的比较熟悉的概念加以联系,采用比较法对不同物理概念间的相同特征或相异特征进行比较与鉴别,会加深对物理概念的理解与掌握,揭示概念的本质与区别,起到事半功倍的作用。比如在学习刚体转动时出现的角加速度、转动惯量、转动动能等新的物理概念时,可以与学生已经熟悉的有关一维运动的相关概念进行比较,见表1:2.3实验法物理学是一门以实验为基础的科学,在进行物理概念的教学过程中,教师通过演示实验,让学生通过观察实验后再引入物理概念,例如在引入衍射的物理概念时,可以首先演示单缝衍射的实验,让学生观察当激光通过单缝后在屏上所呈现的明暗相间的条纹,从而引出光在传播的过程中,能绕过障碍物继续传播的现象,从而引出衍射的概念。在大学物理的教学内容中,如艾里斑、光电效应、光的干涉、双折射、光的偏振等许多物理概念都可以通过实验法引入,这样一方面加深了学生对物理概念的理解、提高了学习兴趣,另一方面也训练了学生的逻辑思维能力、培养了学生的创新意识。

3概念的应用

“学以致用”是理工类院校培养应用型人才的目标,大学物理的基本概念和理论渗透在自然科学的各个领域并广泛地应用于生产技术的各个部门,故在进行大学物理的概念教学过程中要始终贯穿应用的理念。概念的形成并没有在概念定义之后就算结束,要想真正掌握物理概念,还必须经过巩固、深化的过程[4]。在完成概念的引入后,任课教师针对学生所学的专业方向引导学生进行相应的练习,通过练习,教师也要及时了解学生对所学概念的掌握情况,不断优化自我的教学设计及提高教学效率。大学物理是理工类院校的一门重要的基础课,对基础性知识的掌握情况是提高物理教学质量的关键。物理概念作为构成物理理论体系最基本的知识单元,必须把它放在优先教学的地位,只有在教学的过程中不断创新教学理念与教学方式,以科学的态度认认真真的把物理概念教好,才能让学生不仅能够掌握概念的内容,更能够理解概念的内涵与外延,体会到蕴含在概念中的物理思想和科学价值,为着力培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的人才而不断努力。

作者:张玉强 单位:公安海警学院基础部

参考文献:

[1]申先甲,李艳平,刘树勇,等.谈谈物理学史在素质教育中的作用[J].大学物理,2000,19(11):36-40.

[2]AlanGiambattista,BettyMcCarthyRichardson,RobertC.Richardson.CollegePhysics[M].2013.6CHINAMACHINEPRESS.

[3]NovakJD.TheTheoryUnderlyingConceptMapsandHowToConstructThem[DB/OL].

[4]王建涛,郑福臣,王海英.物理概念学习的障碍及教学策略[J].教学与管理,2010,(10):132-133.

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