通过力学教学实现中学物理到大学物理的良好过渡

李海英 郭 欣 倪牟翠 张金宝 李 玉

(吉林大学物理学院物理教学与研究中心,吉林 长春 130000)

物理学是自然科学的重要组成部分，在培养学生科学素质及创造力上有着其他学科不可替代的作用。作为基础教育课程，我国从初中二年级开始对学生开设物理课程，对于理科生，高中还要再学习3年。在长达5年的中学基础物理教育中，学生在物理基本知识与技能、过程与方法以及情感态度与价值观3个方面获得培养[1]，也给步入高校的理工科学生继续学习大学物理提供了坚实的理论基础。但由于我国中学物理与大学物理知识体系的相似性(螺旋式上升结构)，必然出现部分内容重复，导致学生觉得大学物理与中学物理差不多，没有新意，不感兴趣。此外中学养成的依赖性学习方式与大学教育提倡的自主性学习不适应，导致学生不会学习，随着学习内容的快速深化，感到大学物理难学，甚至厌学。这些问题严重影响大学物理的教学质量及培养目标的实现。因此如何完成由中学物理到大学物理的过渡性教学，就成了每位大学物理教师必须思考的问题。笔者认为解决这个问题的关键是要充分认识大学物理教学目标，并围绕该目标，实施大学物理教学过程。

作为高等学校理工科学生通识教育必修课的大学物理，其教育目标是：使学生系统掌握物理知识和方法的同时，还要注重培养学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识，努力实现学生在知识、能力、素质3个方面的协调发展[1]。可见，大学物理教学强调知识和方法的系统性，即通过教学让学生对物理学概念、定理、定律乃至方法之间的关联性、逻辑性搞清楚，形成体系；同时在这个过程中要注重能力和素质培养。这也就给由中学物理向大学物理教学的过渡提出了有效途径，即大学物理教学要在系统性和方法论教学上下工夫。

力学是物理学的重要部分，又是各个物理教学阶段的开篇章，同时也是大、中物理教学内容重复最多的部分。如果通过力学部分的教学调动起学生的学习热情，让学生学会学习，掌握分析问题和处理问题的方法，即能实现由中学物理向大学物理的良好过渡。下面结合力学教学实践，谈几点体会。

1 抓住中学生掌握物理知识的局限性弱点，适时提出问题，让学生感受到自己在知识和能力上的不足，认识大学物理的教学目标

通过教学发现，中学生对力学部分的知识内容掌握的相对比较扎实，特别是对描述物体运动的物理量和牛顿三定律记忆深刻，十分熟悉。而大学物理开篇还是讲解这些内容，如果按部就班地讲授，学生就会感觉与中学物理重复、差不多，没有新鲜感，于是轻视大物的学习。但笔者也发现，中学生对力学知识的了解多半还是离散的，很少建立起对力学系统的整体认识。比如，他们绝大多数学生不知道质点力学包括运动学和动力学两部分，更不知道什么是运动学，什么是动力学。他们知道牛顿运动定律适用的条件是质点和惯性系，但对于惯性系的理解却很模糊。他们能很熟练地用牛顿第二定律、动量定理、动能定理解决单个、最多两个质点运动的问题，但对质点系乃至刚体运动问题则束手无策。对动量定理、动能定理和牛顿第二定律之间的关系则更不清楚。如果在上第一堂课时，老师就提出诸如此类的，学生感觉应该能回答，但又不能确切回答的问题，就会有效地触动他们，让他们认识到自己的不足，打消其对大学物理的不重视心理。同时告诉他们回答不出这些问题的原因是，他们还没有系统地掌握物理学的力学体系，而要系统地掌握力学体系又需要用到与中学截然不同的解决问题的方法。也就是说大学物理的学习要在知识的系统性和解决问题的方法上下工夫。这样使他们既及早地了解大学物理的教学目标，又激发了他们的求知欲望。

2 对力学知识的教学要站在系统性的高度上进行，注意讲清物理知识的结构和联系。使学生形成物理学的整体图像，理解物理学的发展性，乃至迁移性

从物理学的知识体系角度，大学物理课程与中学物理课程在知识内容、层次和研究方法等方面是一种螺旋式攀升结构，因此必然出现重复。力学部分尤为突出。所以对重复内容，笔者在教学时采取让学生回顾中学所学到的知识点及其概念和规律，教师主要讲解物理思想和知识的整体结构。比如着重介绍力学概念、定理、定律之间的联系及其知识体系，回答上课伊始时提出的各种学生回答的似是而非的问题。使学生建立完整的力学体系图像。同时注意物理知识的发展性教学，让学生们理解初中、高中、大学都讲过的概念、定理、定律会有阶段性的含义，但其知识层次在不断提高。比如对质量概念的认识要从初中的密度与体积的乘积，发展为高中的惯性质量与引力质量，进而再发展为对二者的本质区别与联系的认识。使学生不断从新的角度审视和理解物理概念和规律，关注其内涵的丰富性、应用的扩展性及相互关系的变化。确实感受到大学物理比高中物理更胜一筹。此外还要在物理知识的迁移性上下工夫，尽量将所讲的知识联系到实际问题，让学生感受到物理知识的实用性及对科技发展的指导性。这样不仅使学生感兴趣于物理，而且还提高了学生应用物理知识，理解、解决实际问题的能力。实现物理知识的良好迁移。

3 注意方法论教学，使学生学会方法，逐步具备科学研究的指导思想和能力，实现学生在知识、方法、素质3个方面的协调发展

大学物理力学所学内容大部分是中学物理的深入、提高和拓展[2]。具体体现为，中学物理常常是在相对恒定情况下讨论物体的运动情况，而大学物理则是在各种变化情况下研究物体的运动，更贴近于实际问题，比如物体的运动由匀速变为变速，恒力做功变为变力做功等。这就要求解决物理问题的数学方法不能等同于中学。因此高等数学的极限、导数、积分等方法将被应用于物理问题的解决。这种解决问题的方法在物理学方法论中被称为数学法。此法的应用正是大多数学生学习大学物理的难点。通过教学笔者意识到之所以学生感到难是因为他们没有将抽象的数学概念、方法和实际的物理概念、物理量之间建立起联系[2]，因此遇到问题无从下手。所以在教学中讲清抽象的数学算符、公式含义与实际的物理概念、物理量之间的对应关系很重要。比如，数学中的平均值取极限即微分，正与物理问题中由某物理量在某间隔内的平均值求瞬时值相对应，因此求导的方法也就成了求解运动学第一类问题的方法。而取微元和积分的数学思想则对应着求解物理学中某个随时间或位置变化的可叠加的物理量的和的计算方法，即将问题的整体过程划分成若干微元，取任意微元，视该微元上原本变化的量为不变，得到微元上的待求物理量，最后将各微元上的待求量相加求和，即为积分运算。积分方法也是运动学第二类问题的求解方法。通过力学教学使学生掌握了微积分方法后，在之后的热学、电磁学中均有应用。此外，在力学教学中还有理想模型法、观察实验法等多种物理学研究方法。理想模型法能够锻炼学生简化、纯化，抓住主要矛盾，摒弃次要因素的能力，观察实验法有助于提高学生的观察能力等。大学物理的方法论教学是实现学生由中学物理到大学物理的不变到变、由宏观到微观、由整体到局部、由理想状态到实际状态过渡的关键[2]；是培养学生的学习能力、科学研究能力和创新能力的重要教学内容。

4 结语

以工科大学物理教学目标为指导，抓住学生的知识弱点，在教授知识的系统性和解决问题的方法论上下工夫；让学生真正体会到大学物理与中学物理在知识内容、层次及处理解决问题的方法上均有不同；才能有效地提高学生们的学习积极性，让他们逐渐学会学习，并能将所学知识迁移到实际问题的解决之中。既实现了大学物理的教学目标，也完成了由中学物理向大学物理的良好过渡。

[1] 宋国利，梁红，苏春艳.大学物理课程与中学物理课程有效衔接方式的研究[J].物理与工程，2012，22(1)：56-58.

Song Guoli, Liang Hong， Su Chunyan. The effective way to make the connection between the college physics and the high-school physics[J]. Physics and Engineering, 2012，22(1)： 56-58. (in Chinese)

[2] 张章.论从中学物理到大学物理学习转变的引导策略[J].湘潭师范学院学报(自然科学版),2005,27(4):128-130.

Zhang Zhang. The effective strategy of transformation from the high-school physics to the college physics[J]. Journal of Xiangtan Normal University(Nature Science), 2005, 27(4): 128-130. (in Chinese)