大学物理与高中物理力学的教学衔接

周　政

(湖南工学院数理科学与能源工程学院，湖南　衡阳421002)



理工科教学与应用

大学物理与高中物理力学的教学衔接

周政

(湖南工学院数理科学与能源工程学院，湖南衡阳421002)

文章通过一道力学题探讨了大学物理与高中物理思维方式的不同，提出在大学物理力学部分的教学中要多与高中物理进行比较，并重视它们之间的教学衔接。这些观点对于工科大学生物理兴趣的提高具有一定的参考价值。

大学物理;教学衔接;物理兴趣

力学作为大学物理学中的第一篇内容，是物理学的基础，对它学习的好与坏直接影响了整个大学物理课程的质量。由于数学方法上的限制，高中物理一般处理恒定条件下接近理想状态的物理问题，培养学生基本的物理思维能力，但是，这种思维方式并不能处理实际的生活问题[1]。大学物理作为高中物理的进一步延伸和扩展，处理的物理问题更加接近真实的世界。大学物理通常是在学习了高等数学的微积分后才开设的，使学生能站在更高的位置，更系统和全面的理解和处理更具普遍意义的变量问题[2]。这需要高等数学中最基本的积分求导、连续极限等思想方法，这种思维方式和高中物理培养的思维方式有很大的不同，因此需要老师在力学部分教学中积极的引导，使学生早日形成大学物理所需的思维方式，为后面的学习打下坚实的基础。文章先简单地以一道物理力学题为例，比较大学物理和高中物理解题思路上的区别与联系。

例题：一人用绳子通过定滑轮拉着小车前进，小车位于高出绳端h的平台上(如上图所示)，人的速率已知并保持不变，求小车的速度大小[3]。

高中解法：人拉着绳的一端前进，会产生两个运动效果，一个效果使绳子不断伸长，另一个效果使绳端绕着定滑轮做圆周运动，把速度在这两个方向进行分解，从而得到小车的速率等于人的速率乘以一个余弦函数，这个余弦函数与人离平台的距离以及平台的高度有关。

大学解法：首先建立坐标系，以小车前进的方向为x轴正方向，以定滑轮为坐标原点，小车的坐标设为x，人的坐标设为s，根据大学物理对瞬时速度的定义，小车和人的速度大小分别是上述坐标对时间的一阶导数。由于平台高度不变，l、s以及h三者存在一个几何关系，把它两边对时间求导，再结合速度的表达式，即可得到小车的速度大小。

通过比较大学方法和高中方法对这道简单力学题的求解思路之后，我们并不能得出哪种方法更简单，因为其内在的原理是一致的。高中物理知识也能解决一些变速问题，但是要运用一些物理技巧或者深层次的物理内涵，比如我们要清楚这道力学题中人拉着绳子前进绳端的两个运动效果。而大学物理是结合在高等数学基础之上的，运用高等数学的微积分思想可以从一般的解题方法和思维方式去理解和解释物理现象，挖掘出物理现象背后的本质问题，反而不需要更多的解题技巧。

大学物理课堂教学是目前教师向学生传授物理知识的主要途径，如何巧妙设计大学物理课堂教学内容和方法对于提高工科大学生的物理学习兴趣起重要的作用。学生刚进入大学物理的学习时，解题方法和思维方式都还停留在高中物理的基础之上，使得许多工科大学生刚接触大学物理学习时，感觉其内容晦涩难懂，学习非常吃力，这将导致他们很难对大学物理后面知识的学习提起兴趣、甚至厌学。而力学作为整个大学物理课程的基础和首篇内容，扭转他们的高中物理养成的定势思维就显得尤为重要。因此，在力学的学习中教师应该恰当地与高中物理的知识点及解题方法等多方面进行比较，并且注重它们之间的教学衔接[4]，这会极大地提高他们的物理学习兴趣。下面分力学共同涉及知识点和新增知识点[5]，分析在大学物理教学中如何对它们与高中物理知识进行比较，以及它们之间如何进行教学衔接。

第一、共同涉及知识点的教学比较及其衔接；共同涉及的知识点主要包括以下几点：质点运动学中几个物理量的描述，质点动力学中三个牛顿运动定律及它们的应用、动量定理、动量守恒定律、动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律、功等，以及机械振动和机械波。高中阶段所学的基本物理量的定义是恒量间的关系，而到了大学物理阶段，由于高等数学运用到物理学中，这些物理量的定义也由简单的恒量间的关系变成了变量间的函数关系，突出变量间的瞬时时和矢量性，从而更加贴近真实的世界。正是这些基本物理量定义的改变，质点运动学和质点动力学中的定律和定理的推导和理解也随之发生了改变和升华。对于这些共同的知识点，恰当的在大学物理教学中进行教学上的比较，合理的进行大学物理和高中物理间的教学衔接，能加深学生们对相关知识点的理解，起到事半功倍的效果。例如：速度的定义，这是学生们碰到的第一个用高等数学中导数表示的物理量，速度等于位置矢量对时间的一阶导数。而高中物理对速度的定义是：物体所发生的位移除以所需时间，当时间趋于无穷小时，即为物体在该时刻的瞬时速度。显然，高中物理给出速度的定义是一个很模糊的概念，而大学物理运用高等数学知识揭示了瞬时速度的本质。再如，教学时还可以简单比较大学物理和高中物理对匀加速直线运动中质点的位移公式的推导。大学物理教师在讲授这些知识点时，如果能够结合高中物理知识，并指出高中知识的不足，保证学生思维方式上的连贯性，不至纠结于数学符号上的枯燥，引起他们的好奇心，必定会激发学生对物理的兴趣。

第二、新增知识点的教学比较及其衔接；大学物理新增的知识点主要是指刚体力学部分。刚体力学整个知识点在高中物理中没有，那么对于这部分知识大学物理如何与高中物理进行教学上的比较呢？注意到刚体是一种特殊的质点系，可以认为刚体力学是质点运动学和质点动力学的基本原理在刚体中的应用。例如：刚体定轴转动的转动定律，它在刚体力学中的地位与牛顿第二定律在质点动力学中的地位就是等价的。转动定律中的外力矩、转动惯量、角加速度，分别可以与牛顿第二定律中的外力、质量、加速度类比，这样进行教学比较，学生对转动定律中的转动惯量也有清晰的物理认识。刚体力学中的许多知识点与质点所遵循的动力学对应，因此在讲完刚体力学新课时，大学教师最好再全面的、总结性的把它们相对应的知识点进行比较，学生们学习刚体力学不会过于吃力，也能使他们对所学知识有比较系统的掌握。

在大学物理力学教学中与高中物理相关知识点进行比较，并使它们有机的衔接，加深物理知识的起点，对于大学物理教师和大学学生都具有重要意义。对于大学物理教师而言，这需要他们进一步了解高中物理力学的知识结构，做到思维连贯的讲解，为学生顺利地、无障碍地进入深层次物理学习打下基础，这有助于产生良好的教学效果，并高质量地完成教学任务，从而教师们的教学水平得到提高。对大学学生而言，力学中许多基本概念的定义和问题的理解与高中物理不同，研究的角度也不相同，使学生自己学会如何去思考，如何建立事物之间的联系，这将有利于他们整体思维能力的提高。

那么，如何做好它们之间的比较，达到大学物理力学部分的教学要求，对于大学教师和大学学生，我有以下几点建议：第一、大学物理教师应时刻关注高中物理教学改革。高中新课改正在如火如荼地进行，大学不能做世外桃源，应该主动了解学生已知的知识水平，在大学物理教学中才能做到有的放矢、重点突出。第二，大学物理教师应重视教学方法的改善。在大学物理力学教学中，多采用启发式教学引导学生学习，通过教学上的比较，使学生对大学物理和高中物理的异同点有比较清晰的认识。第三，大学物理教师还应重视教学手段的提高。目前最主要的现代化教学手段就是把多媒体引入到传统的课堂教学。在教学中，可以将一些难懂的物理现象和过程以动画的形式演示出来，使学生直观地获取感性认识，再从感性认识上升到理性认识，提高课堂效率以及学生对物理问题的认识程度。第四，大学学生须尽快改变学习方法。与高中比较，大学物理每节课的内容多，总的课时少，这就要求学生加强自主学习能力，提前预习，及时完成老师布置的作业，并经常性的复习、总结。第五、大学学生须逐步改变物理思维方式。在高中物理中，注重物理定律或者定理与实验相结合，而大学物理是以高等数学为基础，基本脱离实验，把理论完全抽象成纯数学，这要求学生的思维方式也要发生根本性的变化。第六、大学学生须树立正确的学习态度。高中阶段老师和家长管的比较严，学生也有升学压力，他们每天都在努力学习，吸取知识素养。但是，进入大学以后，许多大学生学习态度发生了很大变化。大学物理作为理论性比较强的学科，很难持续地吸引他们的兴趣。因此，学生们树立起正确的学习态度也是至关重要的。

总之，大学物理教学与高中物理教学有很大的不同，高中物理课堂内容少、节凑慢，一节课可能只讲一到二个知识点，学生可以很快的消化，而大学物理课堂内容多、难度大，大学教师如能恰当的与高中物理相关知识点进行比较，利用学生的高中物理基础知识，并注重讲授内容的自然衔接，理顺知识和思维的连贯性，激发学生对物理的学习兴趣，就能起到良好的教学效果。

[1]贾君茹·如何实现学生从中学物理到大学物理学习的转变[J].西安航空技术高等专科学校学报，2003(3).

[2]伍春燕·从中学物理到大学物理的过渡与升华——浅谈大学物理的学习方法[J].中山大学学报论丛，2002(1).

[3]赵近芳·大学物理学(第四版)[M].北京：北京邮电大学出版社，2014.

[4]孟桂菊·加强大学和中学物理教学衔接[J].光明日报，2001(2).

[5]夏志广·大学物理课程和中学物理课程力学部分的衔接研究[J].物理通报，2011(9).

(责任编辑：王德红)

Comparison and Connection in the Mechanical Teaching of Both College Physics and Senior High School Physics

Zhou Zheng

(Mathematical Science and Energy Engineering College,Hunan Institute of Technogy,Hengyang 421002,Hunan,China)

This paper explains the difference of thinking method between the college physics and senior high school physics, based on a problem of mechanics. We present our views that comparison with the senior high school physics should be carried out frequently in mechanical part of the college physics, and pay attention to the teaching connection between them. These views may be of reference value for the improvement of engineering college students’ physical interesting.

college physics,teaching connection,physical interesting

2015-11-18

湖南省自然科学基金(2015JJ4020)中期成果。

周政(1983.05～)，男，湖南衡阳人，湖南工学院数理科学与能源工程学院讲师，博士。研究方向：超冷原子气体中多体量子物理。

G642

A

1673-9507(2016)01-0118-03