联系实际的教学设计,让抽象的物理具体化

2022-09-11

大学物理学的知识, 是人类千百年来不懈探索到的自然界的奥秘, 是人类智慧的充分展现, 而更重要的是, 它的基本理论渗透在自然科学和现代技术的各个领域, 是自然科学和工程技术的基础。由于物理学的知识特点, 使的大学物理的教学承载了更多其他课程所不能替代的使命, 我们大学物理教学要达到的主要目的是:一、知识传输, 通过教学使学生对物理学的基本概念、基本理论、基本方法能够有比较系统的认识和正确的理解, 为进一步学习打下坚实的基础。二、培养分析问题解决问题的能力, 能够灵活运用知识来解决实际中的问题, 是任何课程教学的最终的目的。三、科学精神的培养, 通过教学要培养学生求实创新、不畏困难的科学精神, 以及社会责任感等良好品质。即要使学生知识、能力、素质共同发展[1]。要达到任何一个教学目的, 最有效的途径都是要在教学过程中与具体实际相结合、与现实问题相结合, 但我们目前的教学设计显然太过理论化、太抽象, 使学生难以接受。本文从大学物理所要达到的目的出发, 在教学实践中总结了几点在教学过程中联系实际的方式, 与大家共同探讨。

1 抽象概念与实际相结合

物理理论由概念、假设与定律三部分构成, 概念是其中基础的、重要的一部分, 但概念往往是抽象的。例如时间的概念, 其物理定义为:时间反映物质运动过程的持续性和顺序性。单纯从时间的抽象定义, 学生不可能对时间有具体形象的认识, 也不可能体会出时间这一概念在物理学中的意义与地位。在时间概念的教学设计中可以从以下几个方面将其形象化:

第一, 从人文意义的角度认识时间。提到时间, 同学可能首先想到“逝者如斯夫”的文学描述, 想到人类历史的长河, 甚至追溯到宇宙起源的时间, 人的一生是非常短暂的, 引导同学珍惜眼前的每一天, 过有意义的人生。

第二, 从时间计量方式的发展历程来认识时间。时间和空间是运动着的物质的存在形式, 没有脱离物质的时间和空间。人类对时间的计量也是以物体的周期性运动为依据的。人类最早根据太阳、月亮的周期运动有了“日”、“月”的时间单位, 为了计量更小的时间单位如时、分、秒、毫秒、微秒等, 更准确的计量时间, 人类发明了钟表, 从机械摆钟、电子钟表、直到现在高精度的原子钟。高速摄像机1秒钟内能拍摄一亿幅画面, 必须非常精确地控制每幅画拍摄的时间;爱因斯坦的相对论, 在有了原子钟以后才被验证是正确的。为满足时代科技发展的要求, 人类在追求时间精度的过程中将永无止境。

第三, 时间的相对性。比较牛顿的绝对时空观与狭义相对论的时空观。

通过上面的教学设计, 可以使同学对时间有比较感性的认识。

2 物理定律应用与实际相结合

学生一般是通过习题掌握掌握物理定律的应用, 并且在解习题的过程中, 逐渐培养起来分析问题, 解决问题的能力, 所以习题的作用是至关重要的。但现在的大部分习题是非常简单、抽象、不具体、不结合实际的, 解题就是简单的套公式, 根本谈不上分析问题, 解决问题, 更严重的后果是, 导致学生认为“物理没有用”。所以必须选择与实际问题紧密结合的习题, 例如在运动学中可讲解这样一道习题:在十米跳台的运动项目中, 跳台下水池的深度应为多少?运动员入水后, 受到水的阻力f=0.25ρsv2, ρ为水的密度, s为运动员身体与运动方向垂直的截面面积, 可近似为0.08m2, v为运动员在水中沉降的速度大小。设运动员质量m=50kg。问题分析, 首先这是关系到运动员生命安全的问题, 会引起学生极大的兴趣。运动员入水前可认为经历了10m的自由落体过程, 所以入水时的速度m/s, 入水后浮力近似等于重力, 则合外力F=-0.25ρsv2, 由牛顿第二定律, 得

即:

水池所需的深度为:

运动员在速度v=2m/s时接触水池底部就是安全的, 积分可解得h=4.86m, 故国际跳水规则规定10m跳台下水池深度要在4.5m到5.0m之间。

3 通过数字技术与实际相结合

大学物理教学中常运用的现代数字技术有计算机模拟和数值计算。在缺少进行课堂演示实验的条件时, 可通过计算机模拟使抽象的物理图像可视化, 如平面简谐波的传播、光的干涉等现象。另外当有些问题难以解析求解时, 这时数值方法成为解决问题的强有力的工具。数值方法正在现代科学研究中扮演相当重要的角色, 所以对于当今理工科的大学生, 有必要掌握基本的数值计算方法。并且通过数值方法求解, 同时将问题的解用图形的方式展现出来, 能够帮助学生加深对物理概念, 物理现象的理解。

4 科学精神与实际相结合

科学是第一生产力, 但科学也是一把双刃剑, 在讲述爱因斯坦质能方程时, 可以引导学生思考, 为什么这一科学发现即造福了人类, 使人类使用到了核能, 但也导致产生了对人类危害极大的原子弹。要告诫学生, 科学研究或科学结果的运用一定要符合全人类的共同利益。科学不应该成为某些利益集团牟取利益的手段, 这应成为一个科学工作者的科技道德标准。只有这样我们的世界才会更加和谐。

通过与实际相结合的教学, 能够充分展现物理学的魅力, 充分调动学生的学习兴趣, 使同学建立清晰的物理概念与规律, 有利于学生的知识、能力、素质的共同发展。

摘要：本文提出在大学物理教学中要注重联系实际, 使抽象的物理具体化, 结合自己的教学实践, 给出物理定律的应用、抽象概念的理解、科学素质的培养与实际相结合的案例。通过联系实际的教学实现学生知识、能力、素质共同发展的教学目的。

关键词：联系实际,知识,能力,素质