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關(guān)鍵詞:量子力學(xué);材料類專業(yè);教學(xué)探索
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)08-0122-02
對于普通高校的材料類本科教學(xué)來說,要求學(xué)生具有數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等方面的基本理論和基本知識,掌握材料設(shè)計、性能優(yōu)選、工藝優(yōu)化的原則,以及材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系。這就需要學(xué)生具有材料學(xué)科的完整的知識體系,量子力學(xué)是半導(dǎo)體、固體物理以及計算材料學(xué)、材料測試表征技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ),在材料科學(xué)體系中有著非常重要的地位。然而其由于本課程的學(xué)習(xí)是基于高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、數(shù)學(xué)物理方法等前期課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上的,學(xué)生對這些基礎(chǔ)課程的掌握情況參差不齊,而大部分學(xué)生對前期課程多有遺忘,課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中需要理解的知識點(diǎn)很多,所以要學(xué)好這門課程需要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,及時復(fù)習(xí)前期基礎(chǔ)課程和預(yù)習(xí)相關(guān)知識。由于知識間銜接緊密,需要邏輯推理內(nèi)容非常多,學(xué)生稍有走神或缺課就會跟不上教師的教學(xué)進(jìn)度,從而對后續(xù)知識的學(xué)習(xí)也喪失信心。此外,對于工科大環(huán)境下的學(xué)生群體來說,學(xué)生普遍對實(shí)用的專業(yè)課程較感興趣,而對基礎(chǔ)理論課程不夠重視,認(rèn)為學(xué)習(xí)非??菰镆矝]有大多的用處。種種原因造成了在工科大環(huán)境下的理論物理教學(xué)特別是量子力學(xué)課程的教學(xué)困難重重,因此將理論教學(xué)與專業(yè)特色相結(jié)合,探索具有專業(yè)特色的量子力學(xué)的教學(xué)方法具有重要的意義。如何消除學(xué)生對本課程的畏懼心理,如何調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,讓學(xué)生在課堂上有收獲的同時也要自覺利用好課余時間學(xué)習(xí)是解決本課程教學(xué)的關(guān)鍵。本文結(jié)合材料類專業(yè)的綜合情況,經(jīng)過實(shí)踐探索,總結(jié)幾點(diǎn)較為實(shí)用的教學(xué)方法。
一、與專業(yè)課程體系相結(jié)合,突出課程的重要性
備課之前先熟悉所授課專業(yè)的培養(yǎng)方案,了解學(xué)生的已修課程、同學(xué)期開設(shè)的專業(yè)課程以及后續(xù)的專業(yè)課程。材料類專業(yè)的量子力學(xué)課程一般在第四學(xué)期開課,在此之前學(xué)生已經(jīng)修完了高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、線性代數(shù)、數(shù)學(xué)物理方法等前期課程。同時學(xué)生開始接觸一些材料類的專業(yè)課程,例如材料科學(xué)基礎(chǔ)、高分子物理、物理化學(xué)等,在之后的第五以及第六學(xué)期將有大量的學(xué)科專業(yè)課,如材料分析測試技術(shù)、計算材料學(xué)等。教師在對本專業(yè)的課程設(shè)置以及知識框架有了整體的了解以后,有針對性地翻閱一下一些核心專業(yè)課程的教材,將專業(yè)課程當(dāng)中涉及量子力學(xué)基礎(chǔ)的內(nèi)容篩選出來以備用。在給學(xué)生講授第一堂課時既將本課程的重要地位告知學(xué)生,哪些課程在后續(xù)課程種會涉及到相關(guān)知識,哪些領(lǐng)域會用到本課程的知識,以及量子力學(xué)對本專業(yè)以及相關(guān)專業(yè)的研究生入學(xué)考試以及繼續(xù)深造時的必要性。讓學(xué)生一開始對本課程的學(xué)習(xí)有心理上的重視。在具體教學(xué)的過程中,注意將量子理論與專業(yè)內(nèi)容相結(jié)合,包括已修課程和后續(xù)課程。通過多學(xué)科的滲透將整個材料學(xué)專業(yè)的課程內(nèi)容進(jìn)行貫穿,凸顯出量子理論的重要性和實(shí)用性,讓學(xué)生意識到量子力學(xué)并不是高高在上毫無用處的理論公式,同時也使得量子力學(xué)的教學(xué)更加豐富和生動。
二、與前沿科學(xué)相結(jié)合、活躍課堂氣氛
當(dāng)下的高校教師除了教學(xué)很大一部分時間精力都用于科學(xué)研究。平時實(shí)驗或看文獻(xiàn)時可以將所涉及的一些前沿科技成果加以搜集,課堂上通過多媒體以圖片、音響等直觀的方式將其進(jìn)行簡要的介紹。活躍課堂氣氛的同時有可以加深對該理論的理解,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在給學(xué)生講解理論知識的同時注重結(jié)合理論的應(yīng)用領(lǐng)域,結(jié)合材料學(xué)科的特點(diǎn)以及學(xué)校的特色。作者所在的本校是有著交通特色專業(yè)背景,本校材料類專業(yè)也有水泥混凝土、瀝青混合料等工程材料方面的課程,學(xué)生就業(yè)也有很大比例在交通相關(guān)領(lǐng)域。結(jié)合本科的這一特征,教師講課時可以作一些前沿材料在交通領(lǐng)域的最新進(jìn)展。在講解知識基礎(chǔ)的同時穿插該部分知識的應(yīng)用方面的展望,展示過程中采用借助多媒體以圖片、音響和板書講解相結(jié)合的方式。通過多種途徑讓量子力學(xué)這種看似“高大上”的學(xué)科也有“接地氣”的一面,不至于全是枯燥的理論和生硬的公式,有利于對學(xué)生學(xué)習(xí)動力的激發(fā)。對于自己的科研課題也可以作一些介紹,還可以挑選部分基礎(chǔ)較好的感興趣的本科生參與到課題的研究或者參觀學(xué)習(xí),零距離的接觸前沿科學(xué),對調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也有一定的幫助。
三、多種教學(xué)手段相結(jié)合,調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性
在教學(xué)的過程中采用多種教學(xué)手段相結(jié)合。鑒于量子力學(xué)的理論抽象、知識量大、數(shù)學(xué)推理公式繁多,在教學(xué)過程中教師的講授以基本概念的理解、基本物理思想的和基本的物理模型的建立為主,對于需要推理演算的部分可以引導(dǎo)學(xué)生利用課余時間自學(xué)。首先可以拓展多樣化的考核方式。課程考核的成績以期末考試為主但是學(xué)期內(nèi)平時的表現(xiàn)也是必要的。可以考慮適當(dāng)增大平時考核的分?jǐn)?shù)比例,便于調(diào)動學(xué)生充分利用課余的時間。其中平時表現(xiàn)又可以分為多個方面來考核,充分調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)激情。課堂教師講授為主,適時設(shè)問作為課外思考作業(yè),作業(yè)以書面形式或者學(xué)生在下一次課作簡短的展示的方式。才外還可以給學(xué)生布置小論文,鼓勵學(xué)生多進(jìn)圖書館,查閱相關(guān)文獻(xiàn)書籍寫一兩篇小綜述。在第一堂課即向?qū)W生說明考核的方式和比例,在考分的壓力下學(xué)生自然會積極準(zhǔn)備相關(guān)內(nèi)容。在應(yīng)對這些平時作業(yè)的過程實(shí)際上就是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過程中,既鞏固了量課程知識,又鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和思維。在教學(xué)當(dāng)中采用多媒體和傳統(tǒng)的板書相結(jié)合的方式,多媒體信息涵蓋量較大,對一些復(fù)雜又必須的推導(dǎo)過程可以采用PPT作快速的展示,而對于一些重要的公式及定理則需要采用板書加以強(qiáng)化,通過教師邊書寫邊口訴講解,學(xué)生有足夠的時間消化理解。同時可以采用多媒體多展示一些圖片、動畫等內(nèi)容,盡量在枯燥的理論講授過程中增添一些有趣的小插曲,例如該理論提出的科學(xué)家的肖像及簡介、名言名句,小故事等。在W習(xí)原子的波爾理論以及氫原子模型的時候,使用PPT展示基本公式和理論,再輔以教師在黑板上作圖的方式講解??梢詫⒃觾?nèi)電子的運(yùn)動類比于在操場跑步以及天體的運(yùn)動,在做計算近似時甚至可以將近似級類比于上課教室內(nèi)的座次對個人學(xué)習(xí)效果的影響、人際關(guān)系的親疏對個人情感生活的影響程度等。此外還可以鼓勵學(xué)生多接觸一些科普書籍以及最新出版的一些學(xué)術(shù)專著,例如上帝擲骰子就是很通俗的前沿物理科普書籍。通過多種渠道將量子力學(xué)枯燥難懂的教學(xué)過程生動化、有趣化。
作為材料類專業(yè)核心課程的量子力學(xué)一直都是教和學(xué)雙方都感到很困難的課程。由于量子力學(xué)的理論性較強(qiáng),學(xué)習(xí)過程相對枯燥,學(xué)科的實(shí)用性不是很明顯,學(xué)生容易厭學(xué)。教師在教學(xué)過程中需要不斷的探索適合本專業(yè)學(xué)生的教學(xué)方法。通過與專業(yè)課程相結(jié)合,與學(xué)校特色想結(jié)合,采取多種教學(xué)手段,結(jié)合最新的前沿科學(xué)研究,多方面入手使理論知識深入淺出,使教學(xué)過程生動有趣、調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,對提高教學(xué)質(zhì)量有非常有益的幫助。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞原子物理;物理學(xué)史;教學(xué);科學(xué)思維
1引言
原子物理是物理學(xué)專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。與其他理論性抽象性較強(qiáng)的學(xué)科不同,原子物理課程介紹的對象為微觀結(jié)構(gòu),微觀體系具有其特定的規(guī)律而且不能直接觀測,所以不具有宏觀物體運(yùn)動的直觀性,必須借助實(shí)驗手段,因此教學(xué)中有大量的實(shí)驗介紹。與其他學(xué)科一樣,理論的建立都必須以實(shí)驗為基礎(chǔ)并遵從“實(shí)驗—理論—實(shí)驗”的發(fā)展原則。在原子物理的教學(xué)中一直以來側(cè)重于通過實(shí)驗現(xiàn)象的分析,發(fā)展理論模型,揭示原子結(jié)構(gòu)及運(yùn)動規(guī)律,揭示其微觀結(jié)構(gòu)及本質(zhì)運(yùn)動規(guī)律。通過物理學(xué)史的引入,介紹物理學(xué)家的實(shí)驗構(gòu)想,實(shí)驗結(jié)果與分析可以更加清晰地讓學(xué)生看到科學(xué)探索的過程:在實(shí)驗過程中發(fā)現(xiàn)更多新信息歸納總結(jié)推測修正理論然后再在實(shí)踐中加以檢驗。實(shí)際教學(xué)中結(jié)合物理學(xué)史的講授能夠極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時也從中看到實(shí)驗與理論是怎樣相互推進(jìn)完善我們對原子世界的認(rèn)知。諾獎輩出的近代物理發(fā)展史貫穿整個原子物理學(xué),本文將著重以α粒子散射實(shí)驗、玻爾氫原子模型和康普頓散射實(shí)驗為例討論原子物理教學(xué)與物理學(xué)史的結(jié)合并分析其優(yōu)勢。
2α粒子散射實(shí)驗教學(xué)過程與物理學(xué)史的結(jié)合
原子物理學(xué)發(fā)展處于經(jīng)典物理完善與量子概念提出的這段革命性時期,具有豐富的史料,在教學(xué)中結(jié)合物理學(xué)史,將極大地提升教學(xué)效果,這不僅有利于本課程的教學(xué),也將對學(xué)科乃至科學(xué)思維方法的培養(yǎng)都具有積極意義。將原子物理學(xué)發(fā)展史融入知識的傳授過程中可增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性。例如在講授盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型[1-2]前分析當(dāng)時人們對原子的認(rèn)識。原子是中性,不帶電,湯姆孫(J.J.Thomson)發(fā)現(xiàn)了電子并由此提出了葡萄干布丁模型。然后此處,電子的發(fā)現(xiàn)也經(jīng)歷了一個曲折的科學(xué)發(fā)展過程。早在1811年阿伏伽德羅(A.Avogadrao)提出的假說中隱含常數(shù)NA,聯(lián)系到電荷存在最小單位,到1833年法拉第(M.Fara-day)提出電解定律并推得1mol任何原子單價離子永遠(yuǎn)帶有相同電量,直至1874年,斯通尼(G.J.Stoney)才明確提出“電子”這一名詞來命名電荷最小單位。由實(shí)驗現(xiàn)象到理論推測,這只是微觀世界探索路上的一小步。23年以后,1897年,湯姆孫通過放電管陰極射線偏轉(zhuǎn)真正從實(shí)驗上確定了電子的存在,成為“最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”。然而,這“理所當(dāng)然”的結(jié)果也不是唾手可得的。首先,人們對陰極射線的研究已有數(shù)十年歷史,由于真空度不高,很多偉大的物理學(xué)家在類似的實(shí)驗中并未發(fā)現(xiàn)陰極射線的偏轉(zhuǎn),錯誤地認(rèn)為陰極射線不帶電,真理被掩蓋在射線管的低真空環(huán)境中。另一方面,在1890年,休斯脫(A.Schuster)研究氫放電管中陰極射線偏轉(zhuǎn)時算得荷質(zhì)比是千倍以上,他不敢相信自己的測量結(jié)果,認(rèn)為這是荒謬的,真理又一次敗給“固有”觀念。在與湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的同年,德國考夫曼(W.Kaufman)在類似的實(shí)驗中測得比湯姆孫還要精確的荷質(zhì)比,但他沒有勇氣發(fā)表這些結(jié)果。這些都是真理都碰到鼻子尖上還沒有得到真理的人。可見,科學(xué)探索過程不是一帆風(fēng)順的,通過這些擴(kuò)展和背景知識介紹讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)研究要嚴(yán)謹(jǐn),忠于客觀事實(shí),勇于突破傳統(tǒng)觀念。接下來在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗中,湯姆孫葡萄干布丁模型的失敗、核式結(jié)構(gòu)的成功,這部分的教學(xué)中可以讓學(xué)生看到實(shí)驗與理論兩手并行,設(shè)計實(shí)驗驗證理論,新的實(shí)驗現(xiàn)象修正理論,原子物理這一門學(xué)科的發(fā)展,充滿了對固有觀念的顛覆,帶著懷疑和批判的精神進(jìn)一步驗證,由此一步一步接近真理,學(xué)生們可以真切地體會科學(xué)家們通過用客觀事實(shí)來修正和進(jìn)一步完善理論的科學(xué)思維方法。除了對知識點(diǎn)本身的介紹,結(jié)合物理學(xué)史的講授能夠在課堂上吸引和牽動更多學(xué)生思考,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)基本的科學(xué)素養(yǎng)。
3玻爾氫原子模型教學(xué)過程與物理學(xué)史的結(jié)合
在玻爾模型的講解中也可以通過對著名物理學(xué)家們對“量子”概念的認(rèn)識理解過程以及介紹1927年第五屆索爾維會議,很好地讓學(xué)生了解近代物理發(fā)展的精彩一幕。這樣可以有效避開傳統(tǒng)的灌輸邏輯思維方法的教學(xué),通過介紹物理學(xué)家的認(rèn)知過程、思想斗爭、學(xué)術(shù)辯論,讓學(xué)生看到知識的構(gòu)建過程,更加深刻領(lǐng)悟物理學(xué)研究的思想方法。如1900年普朗克(M.Planck)“勉強(qiáng)”地發(fā)表了著名的量子假說,作為經(jīng)典物理的大師,普朗克不得不拋棄能量是連續(xù)的傳統(tǒng)經(jīng)典物理概念,導(dǎo)出了與實(shí)驗完全符合的黑體輻射經(jīng)驗公式。并且因為量子理論的創(chuàng)立而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。普朗克本人是如此地不喜歡自己提出的量子概念,很想把量子說納入經(jīng)典軌道,但十余年的斗爭終敗,最后在各種經(jīng)典解釋一一碰壁后他才真正理解量子的深刻含義。由此可以再次讓學(xué)生看到,科學(xué)研究確實(shí)不僅需要勇氣挑戰(zhàn)經(jīng)典,還要學(xué)會改變固有觀念和思維方式。物理理論的萌芽、發(fā)展和完善,這個復(fù)雜的過程中學(xué)生能夠深切地體會其中的曲折艱辛。在介紹玻爾氫原子模型的部分,可以引入玻爾與愛因斯坦的世紀(jì)之爭。玻爾1885年出生于丹麥,在哥本哈根大學(xué)學(xué)習(xí)物理期間發(fā)展和完善了湯姆孫和洛倫茲的研究方法,并且創(chuàng)造性地把普朗克提出的量子假說應(yīng)用于盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型,非常完美地解釋了困惑物理學(xué)家們近30年的光譜實(shí)驗。玻爾作為哥本哈根學(xué)派的創(chuàng)始人,不僅成功地解釋了氫原子光譜,還提出互補(bǔ)原理和哥本哈根詮釋來解釋量子力學(xué)。在玻爾成立的哥本哈根大學(xué)理論物理學(xué)研究所還誕生了大量杰出優(yōu)秀的物理學(xué)家,是當(dāng)時世界上最重要最活躍的學(xué)術(shù)中心。玻爾與愛因斯坦的世紀(jì)之爭因為對物理學(xué)發(fā)展具有極為重要的作用而被載入史冊。在第五屆索爾維會議中,愛因斯坦質(zhì)疑海森堡的不確定性原理,并拋出了“上帝不會擲骰子”的觀點(diǎn),而玻爾反駁“愛因斯坦,不要告訴上帝怎么做”。愛因斯坦對測不準(zhǔn)關(guān)系和量子力學(xué)的幾率解釋極為不滿,認(rèn)為量子力學(xué)不完備,并提出一個思想實(shí)驗來反駁測不準(zhǔn)關(guān)系。但這正好被玻爾用分析場的可測性證明了量子場論的無矛盾條件。愛因斯坦提出了很多問題,找到很多矛盾,但都被玻爾一一攻破,反而更加全面地證明自己的正確性,闡明了量子力學(xué)的原理。兩位偉大的科學(xué)家一直在爭斗,但玻爾十分尊重愛因斯坦的挑戰(zhàn),愛因斯坦的批評和挑戰(zhàn)也促進(jìn)了大家對微觀理論的認(rèn)識。正所謂真理越辯越明,索爾維會議上玻爾與愛因斯坦的世紀(jì)爭辯的介紹不僅更能提升學(xué)生對物理研究過程的了解和對科學(xué)發(fā)展的認(rèn)識,同時有利于正確看待學(xué)術(shù)討論、爭議、合作,培養(yǎng)學(xué)術(shù)精神和正確的價值觀。另一方面通過介紹以玻爾為中心的哥本哈根學(xué)派的工作,可以展開極為豐富的信息,這對激發(fā)學(xué)生興趣給學(xué)生以啟迪、聯(lián)系專業(yè)學(xué)科可以起到更加積極的作用。此外,在教學(xué)過程中由玻爾理論到索末菲理論再到第三章介紹的量子理論電子云概念的提出,從介紹氫原子到類氫離子再到最外層只有一個電子的堿金屬,單電子原子到雙電子原子再到多電子原子,每一個部分都是物理學(xué)發(fā)展堅實(shí)的腳印,讓學(xué)生看到,實(shí)際上現(xiàn)有的物理知識無一不是通過無數(shù)的曲折反復(fù)由簡到繁升華高度概括得到的精華,這樣的教學(xué)過程將更有益于滲透物理思想和學(xué)習(xí)科學(xué)思維的方法,從而樹立科學(xué)的世界觀[3]。
4康普頓散射實(shí)驗教學(xué)過程與物理學(xué)史的結(jié)合
科學(xué)發(fā)展實(shí)驗與理論兩手并行,例如1923年美國物理學(xué)家康普頓(pton)在研究X射線與物質(zhì)散射的實(shí)驗中證明了X射線的粒子性,完滿地解釋了光量子說,人類對光的本性的認(rèn)識在實(shí)驗中完滿。這是一個漫長曲折的過程,從17世紀(jì)末開始,牛頓提出的“微粒說”認(rèn)為光是微小的粒子,而惠更斯提出了與之相對立的“波動說”,人們對光的認(rèn)識局限在當(dāng)時所能觀測的有限的實(shí)驗現(xiàn)象中,加之牛頓崇高的威望使得“微粒說”一度占領(lǐng)統(tǒng)治地位。一百年后,托馬斯•楊通過光的干涉實(shí)驗驗證了惠更斯原理,“波動說”開始充滿生機(jī)。到了19世紀(jì)中葉,麥克斯韋提出“電磁說”,由此光的波動理論占據(jù)主導(dǎo)地位。但很快因為波動理論認(rèn)為光的傳播需要介質(zhì),這難以解釋宇宙中光的傳播,“波動說”又身陷囹圄,而且“波動說”在光電效應(yīng)面前蒼白而無力。1905年,愛因斯坦提出“光量子說”成功解釋了光電效應(yīng),這樣幾經(jīng)曲折,康普頓散射實(shí)驗終結(jié)了人們對于“光量子說”的懷疑,最終認(rèn)識到光具有波粒二象性,粒子與波動完美統(tǒng)一??灯疹D散射實(shí)驗這個漂亮的句號可以啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識到人們對于客觀事物的認(rèn)知總存在歷史局限性,前人們經(jīng)歷了從無知到多角度多方面看實(shí)物,從相對真理到越來越接近絕對真理的過程。
5小結(jié)
在原子物理這門課程的教學(xué)過程中充滿了革命性創(chuàng)新性的故事,聯(lián)系物理學(xué)史開放性的教學(xué),對于培養(yǎng)學(xué)生不拘泥思維,敢想敢干勇于創(chuàng)新將起到積極的促進(jìn)作用。物理教學(xué)中,特別是原子物理課程教學(xué)中扒開死氣沉沉的公式,充分利用物理學(xué)史資料,呈現(xiàn)真實(shí)的歷史不僅可以充實(shí)和豐富課堂內(nèi)容,開闊學(xué)生視野,活躍課堂氣氛,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,更重要的是可以讓學(xué)生對專業(yè)學(xué)科展開立體的聯(lián)系,知識不再是單一的點(diǎn),還可以連成線,展開為面,知識是立體的,充滿生命力的,向各方面生長的。綜上,原子物理教學(xué)過程中緊密結(jié)合科學(xué)事例的歷史,將更有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,深入探索實(shí)驗現(xiàn)象,積極動腦思考物理本質(zhì),培養(yǎng)科學(xué)思維方法。知識的多寡不是我們教學(xué)中所追求的終極目標(biāo),探索精神的培養(yǎng),對物理本質(zhì)的全面理解以及建立正確的科學(xué)思維方法,樹立正確的科學(xué)觀才是充滿生命力的有活力的教學(xué)。
參考文獻(xiàn)
[1]楊福家.原子物理學(xué)[M].北京:高等教育出版社.
[2]褚圣麟.原子物理學(xué)[M].北京:高等教育出版社.
關(guān)鍵詞:熱力學(xué);統(tǒng)計物理;教學(xué)
熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)、電動力學(xué)、理論力學(xué)和量子力學(xué)是物理學(xué)專業(yè)四大理論課程,但是對于大部分學(xué)生來講,他們除了對理論力學(xué)稍感興趣外,對其他三大理論課都是從心理上帶著恐懼的,覺得特別難理解。熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)是關(guān)于熱現(xiàn)象理論的兩個組成部分:熱力學(xué)為宏觀理論,而統(tǒng)計物理學(xué)則是微觀理論。熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)與其他三門理論課之間有著緊密的聯(lián)系,學(xué)好熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)掌握其學(xué)習(xí)方法及思維方式對于學(xué)習(xí)其他相關(guān)學(xué)科有著非常重要的意義。本文就是以自身教學(xué)實(shí)踐為出發(fā)點(diǎn),分析了在熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)教學(xué)過程中遇到的問題,并且提出了自己的建議及解決問題的方法。
一、教學(xué)中遇到的問題
1.學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足
熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)在該校是在物理學(xué)本科專業(yè)大三的第一個學(xué)期開設(shè)的,對于這個時間段的大學(xué)生來講,他們已經(jīng)開始對畢業(yè)后自己的去向進(jìn)行思考。在考慮就業(yè)壓力及自身條件和家庭因素后,絕大部分學(xué)生選擇的是畢業(yè)后就業(yè),而只有少數(shù)學(xué)生選擇繼續(xù)考研究生。那些已經(jīng)決定畢業(yè)后就業(yè)的大部分學(xué)生提不起對熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)的興趣,這門課也不足以引起他們足夠的重視,在他們看來,畢業(yè)后他們不會再用到它,再加上這門課程相對于大學(xué)物理這種基礎(chǔ)課有一定的難度,他們從心理上不愿意把時間用在與自己認(rèn)為跟未來就業(yè)無關(guān)的課程上。其次是現(xiàn)在的“90后”大學(xué)生大多數(shù)為獨(dú)生子女,心理依賴性強(qiáng),除了少數(shù)打算考研的學(xué)生會在課前預(yù)習(xí)和課堂上做筆記外,大部分學(xué)生很少動筆。所以,如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,發(fā)揮其主動性是教師應(yīng)該首要解決的問題。
2.數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱
熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)這門課程中大部分用到高等數(shù)學(xué)中的知識,例如,某些復(fù)雜的積分要用到換元法或者是分步積分法,某些問題中要用到泰勒展開式,但是有些學(xué)生數(shù)學(xué)知識掌握不牢固,不能靈活地運(yùn)用數(shù)學(xué)工具來解決熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)中遇到的問題。
3.物理概念不清晰
熱力學(xué)研究的是由大量微觀粒子(分子或其他粒子)組成的宏觀物質(zhì)系統(tǒng)。同時熱力學(xué)中某些知識點(diǎn)與高中時期講過的熱學(xué)部分知識點(diǎn)重合,所以大部分學(xué)生覺得理解起來相對容易些。而統(tǒng)計物理學(xué)理論是對物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)作出某些假設(shè)之后,應(yīng)用統(tǒng)計物理學(xué)理論求得具體物質(zhì)的特性,并且闡明產(chǎn)生這些特性的微觀機(jī)理。大部分學(xué)生對物理概念理解不清晰、不透徹,比如,由大量全同近獨(dú)立粒子組成的系統(tǒng),粒子的微觀狀態(tài)數(shù)對于玻爾茲曼系統(tǒng)、玻色系統(tǒng)和費(fèi)米系統(tǒng)的不同。
二、對熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)教學(xué)方法提出的幾點(diǎn)建議
1.教師應(yīng)熟悉教材,深入研究
教師應(yīng)該熟悉自己所教課程的教材,概念清晰,公式推導(dǎo)完整。并且應(yīng)該在課下多看些關(guān)于熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)方面的其他資料及網(wǎng)上的影像講課視頻,檢查自身不足,深入研究,不能如蜻蜓點(diǎn)水般膚淺地理解知識點(diǎn)。
2.改變傳統(tǒng)教學(xué)模式,提高學(xué)生主動性
現(xiàn)在的大學(xué)生已經(jīng)不喜歡滿堂灌、填鴨式的教學(xué)模式,所以教師應(yīng)該適當(dāng)調(diào)整自身的講課方式,比如,可以將傳統(tǒng)的板書和多媒體結(jié)合,一些重要的公式推導(dǎo)用板書細(xì)致講解,一些比較容易理解的概念可以用幻燈放映帶過即可,沒必要在學(xué)生已經(jīng)熟悉的簡單的知識點(diǎn)上做冗長的陳述。另外對于師范類學(xué)生可以鼓勵他們自己課下準(zhǔn)備教案課件,一個學(xué)期抽出適當(dāng)?shù)恼n時給學(xué)生,讓他們走上講臺。這樣既鍛煉了他們的心理素質(zhì),為他們?nèi)蘸笞鼋處熯@一工作積累一定的經(jīng)驗。同時也激發(fā)了他們自身學(xué)習(xí)的積極性,他們必然會在課下認(rèn)真看書,遇到困難會查閱相關(guān)資料或者與其他同學(xué)討論,這也是對他們自主學(xué)習(xí)能力的一種很好的鍛煉。
3.注重理論的應(yīng)用及知識間的融會貫通
熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)教師不應(yīng)該只是為了完成教學(xué)任務(wù)在規(guī)定時間里將一本教材的理論知識原封不動地講給學(xué)生,而是清楚知識之間的融會貫通,靈活運(yùn)用已知的知識來引出未知的知識點(diǎn)。比如,在介紹均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)一節(jié)中麥克斯韋關(guān)系及四個基本方程時,可以將熵(S)、壓強(qiáng)(P)、溫度(T)及體積(V)分別用英文單詞sun(太陽),peak(山峰),tree(樹)及valley(山谷)表示,然后繪出一個圓(圓的上端為S,下端為T,左端為P,右端為V,箭頭方向為從上到下,從左到右),可以用一個英文句子來記憶箭頭的方向:The Sun is pouring down his rays upon the Tree,and the brook is flowing from the Peak to the Valley,然后利用基本方程及麥?zhǔn)详P(guān)系的記憶方法就可以輕松地掌握這兩部分知識,這樣既建立了英語與熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)之間的聯(lián)系,又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時教師應(yīng)該注意熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)理論知識與實(shí)踐應(yīng)用之間的聯(lián)系,比如,熱力學(xué)熵的概念,完全可以將其拓展,有生物熵、信息熵、農(nóng)業(yè)熵,還可以涉及熵與能量品質(zhì)及社會的關(guān)系。
綜上所述,提高教師自身素質(zhì),改變傳統(tǒng)教學(xué)模式,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性,注重理論與實(shí)踐和熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)課程與其他學(xué)科之間的聯(lián)系,相信學(xué)生會對該課程更感興趣,并且會提高分析、解決問題的能力。
參考文獻(xiàn):
[1]梁希俠.統(tǒng)計物理學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2008.
[2]林宗涵.熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)[M].北京大學(xué)出版社,2007.
[3]汪志誠.熱力學(xué)與統(tǒng)計物理[M].4版.北京:高等教育出版社,2003.
關(guān)鍵詞:固體物理;課堂教學(xué);教學(xué)改革
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)17-0129-02
固體物理是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子(原子、離子、電子等)之間相互作用與運(yùn)動規(guī)律以闡明其性能與用途的學(xué)科。固體物理與凝聚態(tài)物理和新材料科學(xué)緊密相連,是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要物理基礎(chǔ),是當(dāng)今物理學(xué)領(lǐng)域中最重要的學(xué)科之一,因此它是物理學(xué)專業(yè)高年級的一門重要基礎(chǔ)理論與應(yīng)用的課程。該課程對固體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究是從原子、電子和分子的角度進(jìn)行的。它與金屬物理、普通物理、材料科學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理,尤其是量子力學(xué)等相關(guān)學(xué)科聯(lián)系非常緊密。對于固體電子論、固體的磁性、晶格振動和晶體的熱學(xué)性質(zhì)、超導(dǎo)體、半導(dǎo)體等專題要著重研究。所以說,在物理學(xué)專業(yè)起到承前啟后作用的專業(yè)課程是固體物理。如何較好地講授該門課程,取得良好的教學(xué)效果,是一個值得深入研究的問題。就當(dāng)前固體物理在教學(xué)實(shí)踐中出現(xiàn)的問題,我們從其教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等三個方面進(jìn)行探索性的實(shí)踐與改革。
一、教學(xué)中存在的問題
1.教學(xué)內(nèi)容方面的問題。首先固體物理課程所包含的知識面較為廣泛,理論性和專業(yè)性較強(qiáng),抽象難懂,大量運(yùn)用比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理方法,增加了學(xué)習(xí)強(qiáng)度,使學(xué)生的學(xué)習(xí)變得較為困難。其次,固體物理的較高要求,使得學(xué)生的空間想象能力變得更加豐富,尤其是在學(xué)習(xí)晶體結(jié)構(gòu)這部分內(nèi)容的時候,空間想象是必不可少的,這更進(jìn)一步地增加了學(xué)習(xí)難度。再者,由于諸多方面的原因?qū)е鹿腆w物理教學(xué)學(xué)時緊張,固體物理課程被不可避免的壓縮刪減。這樣就使得教師在基本的講授時間之外,選擇用很少的課余時間進(jìn)行專題講解,這樣非常不利于拓展學(xué)生的視野和知識層面。另外,在社會不斷進(jìn)步、科技發(fā)展迅猛的時代,激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)等一系列現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究均取得了很大的突破,固體物理學(xué)科發(fā)展也發(fā)生著日新月異的變化,層出不窮的高新技術(shù),不斷涌現(xiàn)出來的新概念,而現(xiàn)有的經(jīng)典教材卻少有前沿知識的更新,對固體物理前沿的新動態(tài)、新成果、新概念介紹得不夠,這樣就很容易導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的動力和興趣,同時也給我們的固體物理教學(xué)帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
2.教學(xué)手段方面的問題。傳統(tǒng)的固體物理教學(xué)手段基本采用“黑板+粉筆”的傳統(tǒng)模式,教師依然使用傳統(tǒng)教具和較為抽象的語言來傳授知識,沒有具體的形象描述。而固體物理課程內(nèi)容相對豐富,對于稍微復(fù)雜的三維晶體結(jié)構(gòu)、倒易空間及其能帶結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)等難以描述清楚,致使學(xué)生難以理解一維到三維的擴(kuò)展,對該門課程沒有形象深刻的認(rèn)識,感覺很空洞,對固體物理的基本定理、公式、概念等沒有較多的體會,這就讓固體物理變得非常難學(xué),學(xué)生越學(xué)越受挫,從而對固體物理失去學(xué)習(xí)的興趣,最終導(dǎo)致學(xué)生對固體物理產(chǎn)生厭學(xué)情緒。
3.教學(xué)方法方面的問題。固體物理教學(xué)的傳統(tǒng)形式比較單一,“填鴨式”教學(xué)模式讓教師成為主體,教師唱獨(dú)角戲。這種教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)理論知識全面,公式推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)、精練,只能使學(xué)生被動地接受前人已經(jīng)積累的知識,單純靠機(jī)械記憶,從而降低了學(xué)生的理解程度。這種教學(xué)模式也沒有對學(xué)生進(jìn)行很好的引導(dǎo),讓學(xué)生積極主動地去思考和研究,去發(fā)現(xiàn)問題和提出問題,甚至解決問題,限制了學(xué)生的創(chuàng)造性。教學(xué)方法的單一也使學(xué)生缺少了對本門課程的整體認(rèn)識,不知道各章節(jié)間的聯(lián)系,腦中只有零散的知識點(diǎn),學(xué)習(xí)效果大打折扣,覺得固體物理課程原理多、模型多、定律和概念多,這就更容易使學(xué)生對固體物理學(xué)習(xí)失去興趣。在教學(xué)過程中大量講授物理模型的推導(dǎo)過程,比如黃昆的《固體物理》中能帶理論等章節(jié)含有大量涉及量子力學(xué)的理論推導(dǎo),這使學(xué)生接受起來比較困難,學(xué)生對理論性相對較強(qiáng)的內(nèi)容可能不太感興趣,而對實(shí)用或未來就業(yè)價值更高的知識比較感興趣。
二、課程教學(xué)改革和實(shí)踐
針對我校的實(shí)際情況和固體物理課程教學(xué)中存在的諸多問題,我們相應(yīng)改革了課堂教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容,以期推動固體物理課程的建設(shè)。
1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。針對本校本專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)以及課程的學(xué)時安排,對固體物理課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和整合。第一章晶體結(jié)構(gòu),主要講述晶格、周期對稱性、幾種基本的晶體結(jié)構(gòu)和倒格子;第二章固體的結(jié)合,主要介紹晶體結(jié)合力的物理本質(zhì),并介紹基于不同結(jié)合力的幾種基本晶體類型;第三章晶格振動和晶體的熱學(xué)性質(zhì),重點(diǎn)講述愛因斯坦模型、德拜模型以及一維單原子鏈和一維雙原子鏈,其他內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué);第四章能帶理論,主要講述布洛赫定理,近自由電子近似,緊束縛近似,固體能帶,能帶結(jié)構(gòu)計算,介紹費(fèi)米面和態(tài)密度定義及其物理實(shí)質(zhì);第五章晶體中電子在電場和磁場中的運(yùn)動,講述特定電場、磁場下電子的運(yùn)動規(guī)律;第六章缺陷,簡要講述缺陷產(chǎn)生機(jī)制,介紹點(diǎn)缺陷,其他內(nèi)容安排學(xué)生自學(xué)。
另一方面,在教學(xué)內(nèi)容中適當(dāng)添加一些與本學(xué)科相關(guān)的現(xiàn)代技術(shù)和物理前沿,開闊學(xué)生眼界、提高學(xué)習(xí)興趣和積極性。
2.教學(xué)手段多樣化。以前課堂教學(xué)是單一的黑板教學(xué),而固體物理對學(xué)生的空間想象能力要求高,因此,為提高課堂教學(xué)質(zhì)量和講課效率,引入具有生動、形象、直觀、靈活、信息量大等突出優(yōu)點(diǎn)的現(xiàn)代多媒體教學(xué)。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)上選擇合適的動畫和圖片,設(shè)計和建立一套完善的多媒體課件教學(xué)系統(tǒng)。比如,在講晶體結(jié)構(gòu)的時候,可以加入氯化鈉、金剛石等晶體的三維結(jié)構(gòu)圖,讓學(xué)生360度觀看晶體結(jié)構(gòu);在講布里淵區(qū)的時候,利用ppt動畫效果,使學(xué)生深刻理解布里淵區(qū)的畫法。但是,在實(shí)際教學(xué)過程中也暴露出僅用多媒體教學(xué)的不足之處。據(jù)學(xué)生反映,多媒體畫面具有瞬息多變、一晃而過、翻頁太快使學(xué)生來不及思考、概念印象模糊、記憶膚淺等弊端,因此必須恰當(dāng)使用多媒體課件。筆者的體會是,使用多媒體但決不能依賴多媒體,而是將使用多媒體課件與傳統(tǒng)講課方法有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ),獲得最佳授課效果。這就要求多媒體課件不能是書本的拷貝,更不能對著多媒體課件照本宣科,而是要求課件制作必須精良,使用要恰到好處。
將一些國內(nèi)外優(yōu)秀的記錄片引入到固體物理的教學(xué)中。如,在課程的開始階段介紹該教材的編著者――黃昆先生。我們可以以記錄片的形式介紹黃昆先生的生平,讓學(xué)生在了解編著者的同時,對這本教材也有更進(jìn)一步的了解,這就很容易地調(diào)動起學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)興趣。又如,在講解超導(dǎo)時,教師可以運(yùn)用《絕對零度》這一紀(jì)錄片,讓學(xué)生對超導(dǎo)體的特殊性質(zhì)和超導(dǎo)的研究歷史有更加形象的認(rèn)識。
3.教學(xué)方法靈活化。結(jié)合本校本專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn),靈活的運(yùn)用教學(xué)方法,選擇學(xué)生易于理解的方法進(jìn)行講授,盡量避免大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程。對于物理概念、物理原理和物理模型的描述是固體物理教學(xué)中具體問題闡述的著重點(diǎn),同時,教師對于較為詳細(xì)的固體器件技術(shù)問題和較為繁瑣的教學(xué)推導(dǎo)都要盡量減少。在講解推導(dǎo)過程較為復(fù)雜但結(jié)論卻很重要的內(nèi)容時,教師一般會直接給出結(jié)果,這是大多數(shù)學(xué)生都愿意接受的,相對于那些少數(shù)需要更深入學(xué)習(xí)研究的學(xué)生,我們就可以采取將具體的推導(dǎo)過程用別的課件給出的形式,盡量讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究,碰到問題再與老師進(jìn)行探討。
在教學(xué)中貫徹“教為主導(dǎo),學(xué)為主體”的原則。采用啟發(fā)式教學(xué),讓學(xué)生在教學(xué)過程中通過積極思考對問題進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和提問,促使學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)由被動變?yōu)橹鲃?。在各章?jié)的教學(xué)中也采用同樣的方法,使學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入思考,并且經(jīng)常聯(lián)系前面學(xué)過的知識,找出知識點(diǎn)間的關(guān)系,使學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容有宏觀的認(rèn)識,避免知識學(xué)的零散雜亂。
三、結(jié)語
當(dāng)今社會,科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展,使得固體物理教學(xué)也面臨著越來越多的改革和挑戰(zhàn),固體物理的教學(xué)諸方面也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和轉(zhuǎn)變。針對物理學(xué)專業(yè)固體物理課程特點(diǎn),結(jié)合本學(xué)校本專業(yè)學(xué)生特點(diǎn),開展該課程課堂教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法的改革與實(shí)踐,有效地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí),使學(xué)生學(xué)出了自信和成效,讓老師和學(xué)生共同分享到課堂教學(xué)改革的樂趣和收獲,為物理學(xué)專業(yè)課程的課堂教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索。
參考文獻(xiàn):
[1]黃昆.固體物理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1988.
[2]鐘佑潔,楊尊先.基于現(xiàn)代信息技術(shù)的固體物理教學(xué)改革研究[J].技術(shù)物理教學(xué),2013,(21):1-4.
[3]C.Kittel.固體物理導(dǎo)論:第8版[M].項金鐘,吳興惠,譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.
[4]張麗萍.固體物理研究性教學(xué)探索與實(shí)踐[J].技術(shù)物理教學(xué),2013,(21):81-82.
[5]鐘佑潔,楊尊先.電子學(xué)科的固體物理教學(xué)改革初探[J].物理通報,2013,(08).
[6]夏愛林.固體物理課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2012,(04).
[7]趙增茹,王高峰.固體物理教學(xué)改革的探索[J].科技信息,2013,(5).
[8]梅顯秀.固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].大學(xué)物理,2011,(7).
[9]孟影,邵繼紅,華揚(yáng).固體物理教學(xué)改革的探索[J].合肥師范學(xué)院學(xué)報,2010,(06).
1.1研究對象的不同對于研究對象,中學(xué)物理一般只討論自然現(xiàn)象中的簡單問題如一維問題,而大學(xué)物理討論的是二維、三維甚至多維等復(fù)雜問題。比如對于力學(xué)內(nèi)容,中學(xué)力學(xué)只研究加速度為恒矢量的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)問題,而大學(xué)力學(xué)則還要研究加速度變化時的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)問題,中學(xué)力學(xué)只研究質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動問題,而大學(xué)物理力學(xué)還要研究剛體的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)問題,從研究對象上看更廣更趨于一般化。中學(xué)物理僅對宏觀簡單特殊規(guī)律作一般性的認(rèn)識和了解就夠了,而大學(xué)物理則要進(jìn)一步研究物質(zhì)運(yùn)動的理論本質(zhì),要運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計的方法得出自然界一般性的普適規(guī)律,更上升了一個理論的高度。
1.2研究方法的不同中學(xué)物理因研究對象簡單,數(shù)學(xué)知識基礎(chǔ)少,所以研究方法基本是歸納法,討論的規(guī)律基本上是從物理現(xiàn)象出發(fā),通過簡單實(shí)驗總結(jié)出來的簡單規(guī)律,比如中學(xué)物理力學(xué)中得出動量定理、動能定理的時候都是實(shí)驗歸納法得出的,并且涉及的力基本是恒定的,只講恒力的沖量、恒力的功,平均沖力等,在電磁學(xué)中只介紹勻強(qiáng)磁場、勻強(qiáng)電場的規(guī)律等。而大學(xué)物理與自然實(shí)際就更接近了,要討論變力的沖量、變力所做的功、非均勻磁場、電場,而研究這些復(fù)雜問題所用工具主要是高等數(shù)學(xué)的微積分思想、矢量代數(shù),通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)演繹的方法結(jié)合物理概念得出物理規(guī)律,即大學(xué)物理講的規(guī)律比中學(xué)物理的規(guī)律又上升了一個理論的高度。
1.3教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度的不同從教學(xué)內(nèi)容來講,中學(xué)物理量少,概念、原理、規(guī)律簡單,對物理基本概念和基本定律只有初步淺層的認(rèn)識,而大學(xué)物理涉及的知識量大,概念、原理多且相對復(fù)雜,對物理基本規(guī)律和物理基本定律要求更多的是掌握其本質(zhì)和內(nèi)涵。從教學(xué)進(jìn)度上講,中學(xué)物理講的較慢,每個概念,每個公式,每個原理教師會進(jìn)行全面詳細(xì)講解,每一個知識點(diǎn)教師都會講透講精,講課重點(diǎn)放在解題技巧的應(yīng)試訓(xùn)練上,教師會給學(xué)生總結(jié)題型,歸納方法,并督促學(xué)生為了高考不斷學(xué)習(xí),學(xué)生的學(xué)多是跟著教師按部就班。而大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容量大,而教學(xué)時數(shù)非常有限,進(jìn)度快,教師講課一般都只著重把握知識整體框架,講清思路,注重理論性、系統(tǒng)性,不象中學(xué)那樣講得精細(xì)全面。對于解題方法有總結(jié)歸納,但習(xí)題課的次數(shù)較少,學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決問題的能力較弱,對習(xí)慣于被安排、缺乏學(xué)習(xí)主動性的中學(xué)生,就很難在短時間內(nèi)適應(yīng)大學(xué)教學(xué)過程。
1.4學(xué)生學(xué)習(xí)方法的不同中學(xué)生一般課前不預(yù)習(xí),課后也很少翻閱知識輔導(dǎo)書,只要課堂上跟著老師聽課,課余時間除了完成老師布置的作業(yè)外,就是作大量的習(xí)題,實(shí)行題海戰(zhàn)術(shù),重復(fù)熟練程度高,認(rèn)為學(xué)好物理的標(biāo)準(zhǔn)就是多做題,解難題,學(xué)生自主接受新知識的能力較差,不善于提問題,對教師的依賴性較強(qiáng)。而大學(xué)生必須做到課前預(yù)習(xí),帶著問題去聽課,課堂上抓住重點(diǎn)、難點(diǎn),做好課堂筆記,課后要翻閱大量課外資料,對所學(xué)知識要融會貫通,及時復(fù)結(jié),做的題目不在多,而在精,要學(xué)會自學(xué),善于提出問題,要有比較強(qiáng)的學(xué)習(xí)主體意識。中學(xué)物理由于數(shù)學(xué)知識的欠缺,很多物理概念、規(guī)律都是直接給出,沒有經(jīng)過推導(dǎo),這就決定了中學(xué)生接受物理知識的方式主要靠記憶,而大學(xué)由于有了高等數(shù)學(xué)、矢量代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計等工具,物理概念、物理規(guī)律大多可以做詳盡的推理,因而大學(xué)物理學(xué)習(xí)概念更注重概念的理解和掌握,物理過程的分析和論證。
2如何做好大學(xué)物理和中學(xué)物理教學(xué)的銜接
2.1循序漸進(jìn),適當(dāng)放慢教學(xué)進(jìn)度學(xué)生已習(xí)慣于中學(xué)教學(xué)慢節(jié)奏,少容量,講練結(jié)合的教學(xué)方法,若一開始就進(jìn)行快節(jié)奏,大容量的教學(xué),學(xué)生一下子不能適應(yīng),這不僅影響了大學(xué)物理的教學(xué)效果,同時也會挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性。所以,我們在教學(xué)過程中最初應(yīng)適當(dāng)放慢教學(xué)進(jìn)度,使學(xué)生逐漸適應(yīng),慢慢逐步進(jìn)入正常的教學(xué)進(jìn)度,從而達(dá)到讓學(xué)生適應(yīng)大學(xué)的教學(xué)進(jìn)度,學(xué)會大學(xué)的學(xué)習(xí)方法。
2.2通過物理緒論課灌輸大學(xué)物理的重要性大學(xué)教師應(yīng)充分考慮大學(xué)物理和中學(xué)物理的區(qū)別,從一開始就讓學(xué)生明白大學(xué)物理和中學(xué)物理在研究對象、研究內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法等方面有許多的不同,讓學(xué)生知道大學(xué)物理不是中學(xué)物理的簡單重復(fù)。同時我們在緒論課中,應(yīng)介紹物理學(xué)的發(fā)展歷史、物理學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀和物理學(xué)的發(fā)展的未來展望,從而引起學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣,另外對理工科學(xué)生來說,可以適當(dāng)?shù)亟o他們介紹物理學(xué)和自己未來的專業(yè)的聯(lián)系,以提高他們學(xué)習(xí)物理的積極性,例如對我們紡織專業(yè)的學(xué)生,可適當(dāng)介紹量子力學(xué)與紡織材料等、質(zhì)點(diǎn)、剛體力學(xué)與紡織機(jī)械方面的關(guān)系。同時還應(yīng)強(qiáng)調(diào),大學(xué)物理的基礎(chǔ)學(xué)科性質(zhì),學(xué)學(xué)物理不僅僅服務(wù)于后續(xù)的專業(yè)知識,更重要的是學(xué)會一種思維的方法、學(xué)習(xí)方法以及研究問題的方法。
2.3從中學(xué)物理內(nèi)容過渡導(dǎo)入大學(xué)物理課題在教學(xué)內(nèi)容方面,很多大學(xué)物理知識是在中學(xué)物理內(nèi)容基礎(chǔ)上的提高,教師在物理教學(xué)時應(yīng)簡要復(fù)習(xí)中學(xué)教材內(nèi)容,使學(xué)生對所學(xué)過的內(nèi)容做一個簡單回憶,隨后指出中學(xué)物理知識的局限性或特殊性,從而比較自然地引入內(nèi)容,使學(xué)生順利地從中學(xué)物理知識過渡到大學(xué)物理知識的學(xué)習(xí)。要做到這一點(diǎn),必須了解和研究中學(xué)物理教材內(nèi)容,比如直線運(yùn)動,中學(xué)研究了勻加速或勻減速直線運(yùn)動,但加速度變化時的直線運(yùn)動該如何考慮呢?比如圓周運(yùn)動,中學(xué)研究的是勻速圓周運(yùn)動的規(guī)律,但當(dāng)速率變化時,圓周運(yùn)動的規(guī)律又是如何呢?恒力的沖量的定義式和恒力做功的公式中學(xué)里都學(xué)過,變力的沖量和變力所作的做功又如何計算呢?這樣中學(xué)內(nèi)容過渡導(dǎo)入的話學(xué)生會很容易從已學(xué)過的知識比較順利地過渡到大學(xué)知識。