由大学物理的学习方法反思教学方法

摘要：目前，大学物理课程是理工科大学生的一门重要基础课，该课程能够培养学生理性的逻辑思维、科学的分析和研究问题的思路方法。虽然不同专业的理工科学生从初中阶段就开始学习物理课程和知识，但由于大学物理知识的广泛性和普遍性以及在定量计算过程中往往需要用到高等数学中的微积分，因此很多学生感到大学物理学习起来抽象且困难。本文主要基于该现象，由教学过程中传授给学生的学习方法思考到帮助学生学习和独立思考的教学方法——抓住知识的逻辑主干、知识的整体框架，由此提升学习过程中的理解记忆，增强学习主动性，提高大学物理课程的教学效果。

关键词：大学物理；教学方法；主干教学；类比学习；理解记忆

一、引言

物理学是各自然科学和工程技术的基础[1]，大学物理课程是理工科学生必修的一门基础课，对学生学习后续专业课程知识以及培养理学思维和分析问题解决问题的逻辑思维和创新思维均有重要作用。《大学物理》课程内容非常广泛，包含力学、电磁学、热学、光学以及近代物理的基础知识，可也由于大学物理课程内容较多，范围较广，导致学生学习过程中感到抽象难以理解，感到知识跳跃不易联系，学习不成体系，对知识点一知半解，胡乱套用公式。基于该现象，在作者实际教学经验的基础上，通过对教学方法及教学效果的观察与反思，发现在教学过程中着意传授学生学习方法，如抓住知识逻辑主干，理解知识间的发展关系，再逐一细化，梳理知识的整体框架，由此提升理解记忆，增强学习主动性，同时在学习不同板块的知识时通过对照类比，会发现相似的知识框架与逻辑关系，学生在明确的学习方法思路指导下，对大学物理知识之间的逻辑关系有显著感悟，并且能够按照知识发展的顺序自主推导相关结论，提高了学生学习大学物理的积极性与主动性，大学物理课程教学效果也有明显改善。

二、大学物理理论课程的教学现状

虽然大学物理理论课程内容与高中物理相似，包括力学、电磁学、热学、光学的基础知识，但目前大学生对于大学物理课程的学习普遍感到复杂抽象学习困难，首先是因为与高中物理相比，大学物理的知识更加广泛，如新增了描述物体转动时引入了刚体的知识，学生会感到陌生与抽象，除新增的知识之外，大学物理不仅考虑极特殊的情况，还需考虑其他一般的、普遍的情况，因此往往需要运用高等数学的矢量运算和微积分的相关知识解决问题，而不是简单的套用公式，如计算力做功，不仅考虑恒力直线做功还要考虑变力曲线做功这样的一般情况，这就需要使用微积分的方法解决，再结合矢量的运算；其次由于大学物理课程内容较多，根据学时安排往往需要在较短时间内讲完大量内容，学生对前部分知识理解不透彻也更加导致后续学习跟不上，因此愈加觉得乏味枯燥压力大，学生对大学物理学习的态度也会变成为了应付考试，“能过就行”，这就偏离了这个课程的最初目的——培养科学理性客观的思维能力；另外从教师教学方面，目前主要采用的教学方法是讲授法，教学方法单一，教学方法和教学手段若不与时俱进，考虑多种感官相结合，则学生的学习兴趣、听课效率和学习效率均会下降。

三、大学物理理论课程教学方法改革探索

针对教学方法与教学过程这部分，首先教师需要转变教育理念，教师角色应从知识的传授者转变为学生学习的促进者与引导者，其次应不断改进与提升教学方法，帮助学生建立知识逻辑框架，抓住知识发展的主干，领悟知识间的逻辑关系，启发学生独立思考与推导，提升学习过程中的理解记忆，提高大学物理理论课程学习效果，改进教学的“教”也能提升学生的“学”，因为当新知识与学生固有的旧知识建立了逻辑联系后，学生的知识体系将能得到不断扩展，知识之树将会不断长出新芽。在讲授力学部分质点运动学：质点系的动量守恒定律、机械能守恒定律以及质点的角动量守恒定律时，向学生梳理了有一些相似的知识发展的逻辑关系，如，

从质点的动量定理

→质点系的动量定理，

当质点系所受合外力为零时，就得到质点系的动量守恒定律；

类似地，从质点的动能定理

在讲授质点的角动量这个较陌生的概念时，通过质点的动量定理（动量对时间的变化率等于力）思考到质点的角动量定理（角动量对时间的变化率等于什么？），

当质点所受合外力对某点的力矩为零，就有质点的角动量守恒定律，

以上质点动力学部分的这三部分的知识根据知识发展的逻辑关系就可以梳理出三个系列，三个框架，或者说三个“树干”，当抓住了知识发展的主干，则各原理的细节就像主干旁的细支，这能让学生学习的课本知识先逐渐充实，后又逐渐精简，在明显的逻辑与思路框架的指导下，学生也能减轻记忆压力，能够自主推导出后续结论，增强学习能动性，同时培养理性的逻辑思维。

另外，不同板块的知识也会具有相似的逻辑框架。如在讲解刚体定轴转动部分的知识时，也向学生强调与质点运动相似的逻辑关系，并做了梳理对比，如图1，因为刚体可看作质点系，因此刚体定轴转动动力学部分和质点动力学部分的知识发展很相似。刚体绕定轴转动时，刚体所受合外力矩的冲量矩等于刚体角动量的增量，当刚体所受合外力矩为零时，刚体绕定轴转动的角动量守恒；刚体所受合外力矩做功对应刚体转动动能的增量，另外，刚体定轴转动也有功能原理和机械能守恒定律。

类似地，在电磁学部分的教学中，首先已经认识了静电场，因此在介绍恒定磁场时也通过类比的方法，对静电场和恒定磁场的主要知识进行梳理对比（如图2），目的是希望通过建立相似的思维框架，加强学生的逻辑思维与理性分析问题的能力。

首先认识了电场，表示电场性质的物理量电场强度的计算总结起来有两种方法，第一种是微积分的方法，根据库仑定律和叠加原理求解，求任意电荷均匀分布的带电体产生的场强首先可取一电荷元，通过库仑定律可以表示出电荷元在周围空间某位置的场强，然后对带电体进行积分，即连续的叠加，便可求出该带电体在周围空间的场强分布；第二种是根据静电场的高斯定理求解，这种方法不需要积分，通过选取合适的高斯面，求出通过该闭合曲面的电通量，等式两边即可求得场强。通过类比，在学习磁场时，首先理解磁场，恒定电流周围激发的磁场即为恒定磁场，再求解磁感应强度，方法类似地也有两种，第一种也是通过微积分的方法，根据毕奥-萨伐尔定律和叠加原理，毕奥-萨伐尔定律描述了一小段电流元在周围某位置产生的磁感应强度的大小和方向，则整段电流在空间产生的磁场即通过叠加，也就是积分便可求出；第二种方法也是不需要积分的方法，但由于磁场和电场性质有所不同，磁场是有旋无源场，使得通过任意闭合曲面的磁通量为零，因此磁场中的高斯定理不能用来求解磁感应强度，接着再通过比较，由于静电场是保守场，因此导出了电场强度的环流等于零（静电场的环路定理），那么思考磁感应强度沿闭合回路的积分，得到了安培环路定理，即找到了求磁感应强度的不需要积分的另外一种方法，根据安培环路定理，分析磁场，选取了合适的闭合回路后，表示出闭合回路内包围的电流的代数和，根据等式两边即可求出磁感应强度。

像这样将知识发展的逻辑关系先梳理，接着再将相似的框架进行对比，首先能让学生明确知识主干，其次减少了学生畏难怕新的学习心理，因为不同的知识主干具有某些相似性，同时学生的理性客观的逻辑思维也得到了不断地巩固。

四、大学物理课程教学改革效果

通过梳理大学物理各个模块知识的知识脉络和主干框架，将知识发展的逻辑关系和学习思路进行显化，再经过比较法类比学习，能在一定程度上减轻学生学习不同板块物理知识的压力，而且还能在学习新知识的过程中多用理解记忆，减少了不牢固的机械记忆；同时学生将在已经建构并巩固了的熟悉的逻辑框架的指导下学习新知识，使原本学生感到抽象陌生的知识变得易学易懂[2]，比如刚体绕定轴转动的动力学部分。学生能将在之前的学习中已经建立的逻辑框架不断巩固与深化，这就在无形中帮助学生在脑海里建立了大学物理的知识体系思维导图，在使用过程中能选取相应模块然后提取出来，提升了学习效率与教学效果。

总结

基于目前大学物理理论课程的学习现状，思考并改进了教学方法，在教学过程中不仅单一地传授知识还会有导向地传授学习知识的方法，从学生的“学法”反向思考“教法”，体现了以教师为主导，以学生为中心的教学模式[3]；同时教学过程不仅“重结果”更“重过程”，更加关注学生的学习过程，最终也能提高学生的学习效果；教学目的也不仅是完成培养计划所规定的课程学习，获得自然社会的基本科学文化知识，更是希望培养学生学习能力和综合素质，锻炼自主学习和思考能力，使学生学会学习以适应快速发展变化的社会工作生活，培养新一代具有探究性、实践性、综合性的完整独立的人。

参考文献：

[1]张婷婷.浅析科学前沿知识对提高学生学习兴趣的促进作用——以大学物理教学为例[J].聚焦教育，2017（2）：154.

[2]李树锋.在大学物理教学中加强学生自主学习能力教育研究[J].中国现代教育装备，2015（11）：55-56.

[3]窦华.以学生学习为中心的大学物理教学模式的研究与实践[J].教育改革与发展，2020（10）：114-116.