应用型本科大学物理课程教学探讨

许雪芬，王志萍

(无锡职业技术学院 基础部，江苏 无锡 214063)

0 引言

大学物理课程是高等学校理工科各专业学生的一门重要的通识性必修基础课，其基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分，是一个科学工作者和工程技术人员所必备的知识基础[1]。大学物理不同于其它一些公共基础课，是一门与实际生活联系密切和实践性较强的课程，在培养学生抽象思维，探索精神和创新能力方面起着举足轻重的作用。大学物理课的开设，可以为学生四年的系统学习打下坚实的基础。同时，大学物理课的教学过程在对低年级学生进行“知识”、“能力”、“素质”培养和教育方面具有其他课程不可替代的重要作用。

1 应用型本科的特点

大学物理所讲授的主体内容是力、热、电、光，再辅以介绍部分近代物理内容。大学物理的教学体系是在初中、高中阶段所讲内容基础上进行物理本源的介绍和公式的推导，以及在更复杂情况下采用更高一级的教学工具——高等数学来解决一些物理问题，即对初高中学习内容的扩展与深入。所以学生在学习之初，普遍认为在中学已学过物理，不知道大学为何还要学，从而造成学习积极性不高，目的性不明确的倾向。

应用型本科教育属于较高层次的技术教育，它同一般普通本科相比具有鲜明的技术应用性特征。应用本科培养的不是学科型、学术型、研究型人才，而是培养适应生产、建设、管理、服务第一线需要的高等技术应用性人才。应用本科是以适应社会需要为目标，以培养技术应用能力为主线，设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案，以“应用”为主旨和特征构建课程和教学内容体系，重视学生的技术应用能力的培养。

应用本科教育主要给予学生从事某种职业或生产劳动所需高素质高技能的教育。缩小毕业生就业与社会需求的差距，实现就业的无缝对接。这类学校的许多学生往往觉得学物理没有用，与自己的专业联系不大，对自己将来的影响就不得而知了。同时，应用型本科的学生与研究型大学学生相比较，还存在学生基础相对较差，接受能力和自学能力较弱，学习方法欠妥等特点。

2 改革应用型本科大学物理教学的一些措施

2.1 选择强化应用的教材

目前高校的大学物理课程教材众多，对于应用型本科来说，既要沿用经典的教材，又要适合应用型本科人才培养目标，能建立和加强物理学与工程技术的关系，强化应用能力的培养，也就是以“强化应用、压缩经典，重视现代”为指导思想编写的教材。为此，我们选择为了满足培养应用型人才的高等学校对大学物理课程改革和实际教学的要求而编写的经典教材——《物理学教程》(马文蔚等编)，与此相配套的是具有工程应用背景的《物理学原理在工程技术中的应用》，可以让学生体会物理学的实用，感受物理学在工程技术领域的基础作用。

2.2 用简单工程案例激发学生学习兴趣，培养用理论解决实际问题能力

大学物理作为面向低年级开设的公共基础课，不仅仅承担传授知识的任务，更肩负让学生对自然科学产生兴趣，对未知领域保持好奇心和想象力的使命，对培养学生学习能力和创新能力培养具有非常重要的意义。在应用型本科的物理教学过程中教师应避免因大量的公式、概念的堆积导致部分学生认为大学物理枯燥、难理解、“三多”(公式多、推导多、概念多)，满足学生在知识的拓展、应用方面的求知欲。通过教师引导，将抽象的理论模型转化为实例问题。解决实际的简单工程案例，激发学生学习兴趣。老师将教材中的知识点设计和还原为生动丰满的案例，建立从理论到实践的快速“链接”。

以《物理学原理在工程技术中的应用》中的“用声波干涉控制噪声”[2]为例，内燃机、通风机、鼓风机、压缩机和燃气轮机等工作时，在排放各种高速气流的过程中，都伴随有噪声。利用干涉原理制成的干涉型消声器可以降低这种噪声。

图1 干涉型消声器的结构原理图

图1是干涉型消声器的结构原理图。当发动机排气噪声声波沿水平管道自左向右传播到达A分成两束相干波，它们分别向上和向下沿着图中箭头所示的方向传播，经过不同的距离(r1和r2)后，在B处相遇。由干涉原理可知，两列声波在一定条件下因干涉而抵消。提出两个问题让学生思考讨论，一个是有干涉相消条件求出r1和r2之差至少应为多少?另一个是实际中有较宽的声音频率要消除，如何设计消声器?

再如“火车的危险速率与轨道长”案例，我们知道，在铺设铁路导轨时，必须考虑钢轨的热胀冷缩，所以相邻两根铁轨之间要留有一定的间隙。图2给出了邻近铁轨连接示意图。当列车行驶到两铁轨的接缝处时，车轮将受到一次冲击而发生受迫振动。这种冲击是以导轨长为一个单元而周期性的发生的。如果火车匀速开动，则火车受迫振动周期是固定的。当火车受迫振动的频率与车厢固有频率相同时，火车将发生共振，即车身会发生激烈颠簸。这种情况下火车的速度就是危险速率。图3给出了火车车厢结构示意图。如果已知车厢总负荷为m，车厢弹簧每受力被压缩，铁轨长为l，要求学生根据所学的简谐运动和受迫振动、共振的知识，先求出火车的危险速率，并让学生根据所得结果讨论以下问题:对高速行驶的火车，铁路导轨是否愈长愈好?如果导轨越长，由于热胀冷缩量正比于钢轨长度，导轨间的间距应该怎样调整?这样是否会导致车轮与接头处的碰撞要加剧?这有利于稳定行车吗?

2.3 用还原历史原貌等方法讲解近代物理，激发学生的好奇心

图2 火车行驶经过两铁轨接缝处示意图

图3 火车车厢结构示意图

近代物理部分的内容理论强而且数学计算复杂，应用型院校的学生觉得这部分内容没什么实际意义，可学可不学。但在实际的教学过程中，我们在讲解量子物理中黑体辐射时，首先介绍了当时历史的原貌，即十九世纪七十年代初德国要发展钢铁工业，炼钢要控制炉温，如何控制炉温呢?人们就在炼钢炉子上开一小孔，观察从小孔出来的热辐射，根据热辐射在不同波长的能量密度分布可以得到一些实验数据点，从而得到实验曲线，再根据实验曲线形状来判断炉温。为了能解释这类实验事实，许多科学家对实验曲线即黑体辐射曲线的进行深入研究。直到1900年，普朗克在试图从理论上解释黑体辐射的规律，才打破了能量连续变化这一传统的观念，提出了能量子的概念，从而开创了物理学的新纪元，宣告了量子物理的诞生[3]。同时，我们会提出日常生活中一些简单的问题让学生思考，如:为什么用肉眼看不见黑暗中的物体呢?用什么样的设备才能觉察到黑暗中的物体?等等，让学生带着一点好奇和问题学习。我们也把前沿的相关知识用定性加一点定量介绍给学生。通过以上一些办法，使学生们在学习量子物理这部分内容时在学习了物理历史背景的情况下，又带着问题学习，从而激发了学生较高的学习兴趣，教学效果良好。

2.4 利用现代化教学手段创设情境，激发学生学习物理兴趣

在教学过程中，提高学生的兴趣是提高教学质量的一个重要环节，尤其像物理这样课时少、学生怕学、教师难教的基础课程，兴趣就显得更加重要。爱因斯坦说“兴趣是最好的老师”，传统的“黑板加粉笔”的单一教学模式已满足不了现代化的教学。现代化教学手段通过文字、图形、图像、动画、音频和交互式，可使教学过程图文并茂，学生兴趣盎然。

比如在讲解“相对运动”这个教学难点时讲到质点的运动轨迹依赖于观察者(即参考系)。为了形象的说明这个知识点，我们用Flash动画形象地展示了质点的运动轨迹依赖于观察者的一个实例，即:让一个小女孩站在做匀速运动的船上，竖直上抛一个钢球，船上的小女孩看到钢球竖直上升并竖直下落，但是，站在岸边地面上的小男孩却看到钢球的运动轨迹为一抛物线。通过Flash的演示，让学生比较直观认识到钢球的运动情况依赖于参考系，也即依赖于物体间的相互关系。这个例子也就说明了运动的相对性。

再如，在讲授量子物理中的“黑体”这个理想模型时，有一空腔，在空腔壁上开一个小孔，可用Flash动画演示以下过程，即:射入这小孔的光线再逃逸出来的能量几乎为零，这个完全能吸收外来一切能量的小孔就可视为黑体。通过Flash的演示使学生直观地理解黑体。另外，小孔在吸收外来能量的同时，也对外进行辐射。当加热这个空腔到不同温度时，小孔就成为不同温度下的黑体面元。实验表明，黑体的辐射能力最强，且与温度有关。用Flash动画演示不同温度对应空腔不同颜色，同时也显示出黑体辐射与温度的关系。这样生动形象的过程让学生更有效的掌握所学的知识点。

总之，大量巧妙和精美的Flash动画和图片生动形象地展示了物理图像和动态的物理过程，能充分发挥多媒体教学的优势，改变以往的教学方法，突破传统教学模式，使物理学的教学更加生动、直观。从而可以激发学生学习物理的兴趣。

2.5 培养自主学习的能力

在知识层出不穷的当今时代，要求学生能学、会学，这也要求我们培养学生有自主学习的能力。大学物理是一门能够培养学生逻辑思维能力和自主学习能力的学科，我们在大学物理教学中从几个方面培养学生是自学能力。

(1)合理运用多媒体。利用多媒体的交互性的优势，教师可以对一些典型题的分析采用师生互动、学生间的互动形式进行，这样可以让学生积极参与，从而达到自主学习能力的渐进培养。

(2)激励学生提问和思考。我们在教学中注意做到重导、善导。在新课讲解时，老师善于利用已有的知识做一定的引导，让学生思考，引出新课题。在例题的讲解时，适当做引导，让学生想出几种解题方法。在讨论工程案例时，引导学生思考实际工程中的问题等等。

(3)让学生课后自学完成一个知识点。大学物理课内容多，难度较大，而课堂往往教学进度较快，课堂的时间主要重点讲的基本概念和基本原理，而一些应用性和拓展性的内容课堂上大多是来不及讲。同时，学生已有一定物理基础，但是学生来自不同地方，教育基础不同，个人素质也有差异。我们常常引导学生在课后通过“自主学习”来以及来进一步掌握和拓展，在下课前几分钟布置与课上内容相关的拓展性内容，或物理学与人们生活的密切关系具有一定趣味性的内容。在下次课让部分学生在课堂上进行讲解或讨论。通过课后“自主学习”，使学生建立起物理与生活实际或工程项目之间的认识，了解物理在工程技术中的作用和地位，从而使学生学习的兴趣和目的性增强。

(4)让学有余力的学生课后阅读一些拓展内容，领会物理学的基础性和前瞻性，老师与学生利用课余时间进行讨论和交流。

3 结束语

毫无疑问，大学物理的课堂教育是影响大学物理教学质量的关键。通过采取上述面向应用型本科大学物理教学的一些措施，学生对物理课的认识不再是几类习题、一大堆公式，不再是生硬的骨架，而是具有丰富的思想和方法并极具活力的一门课。在传统讲授大学物理课程的基础上，通过讲授与实际生活密切相关的物理新内容，将激发学生对大学物理课的学习兴趣;通过不断的讨论、进行案例教学，将会促使学生积极思考，增强相互交流，勇于发表自己的见解;通过学生的自主学习，将会增强学生自学和掌握新知识的能力。

[1]教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会.理工科类大学物理课程教学基本要求[M].(2010版)北京:高等教育出版社，2011:1.

[2]马文蔚，苏惠惠，解希顺.物理学原理在工程技术中的应用[M].北京:高等教育出版社，2005:216.

[3]马文蔚，周雨青.物理学教程[M].北京:高等教育出版社，2006:264.