大學(xué)物理思維
《大學(xué)物理》作為全校性的基礎(chǔ)必修課,教學(xué)目的主要是傳授物理知識(shí)和培養(yǎng)科學(xué)思維方法。上述這些看法的存在,說明了對物理教學(xué)的目的不清,或者是偏重了其知識(shí)灌輸?shù)囊幻妗Ｒ韵率菍W(xué)習(xí)啦小編為大家準(zhǔn)備的大學(xué)物理思維，僅供參考!
在大學(xué)物理中加入類比思維有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解，提高學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也有利于學(xué)生養(yǎng)成一種科學(xué)的思維方法。本文簡單列舉了幾處類比思維在大學(xué)物理中的應(yīng)用。
一、引言
類比法是一種比較的思維過程，通過與已知事物對比，同中求異，異中求同，最后達(dá)到較快教好認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的目的[1]。如幼兒園小朋友在學(xué)習(xí)數(shù)字時(shí)老師并不是直接把每個(gè)基本數(shù)字寫在黑板上讓他們抄寫直到記住為止，而是通過童謠為載體讓每個(gè)數(shù)字與生活中常見的事物相聯(lián)系起來，如1像鉛筆，2像小鴨等等，小孩腦中立刻很直觀的印象。類比思維在物理上應(yīng)用也取得很大的成就[2]。如惠更斯將光與聲波類比，確信光也和聲波一樣是以波的形勢傳播;在光具有波粒二象性的說法提出以后，德布羅意將實(shí)物粒子與光學(xué)粒子類比，提出了實(shí)物粒子的波粒二象性假說;大量事實(shí)表明，類比法的應(yīng)用在科學(xué)探索，理論研究以及生產(chǎn)實(shí)踐中有著舉足輕重的作用。同樣在教學(xué)方法中也可以大量采用類比思維，下面就以大學(xué)物理教學(xué)為例。
作為理工專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)課大學(xué)物理由于內(nèi)容乏味難懂;與當(dāng)前科學(xué)發(fā)展脫節(jié)等等都造成了學(xué)生對學(xué)習(xí)大學(xué)物理的興趣大幅下降，期末不及格率大幅上升。主要可以總結(jié)為兩個(gè)方面。第一方面來自學(xué)科本身，大學(xué)物理涉及了整個(gè)經(jīng)典物理以及近代物理的部分內(nèi)容，可謂知識(shí)點(diǎn)多，覆蓋范圍廣。另外大學(xué)物理作為一理科學(xué)科，必須要以深厚的數(shù)學(xué)知識(shí)作為基礎(chǔ)。而這些對于非物理專業(yè)的學(xué)生來說是比較困難的。第二方面來自學(xué)生以及老師，學(xué)生認(rèn)為大學(xué)物理并非專業(yè)課所以對待它的態(tài)度并不積極，加上內(nèi)容繁多，公式繁瑣更是加重其厭學(xué)情緒。另外，部分老師在講授時(shí)不注意方式方法，照本宣科嚴(yán)重打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。作為一名高校教師，如何利用物理本身的特點(diǎn)、適當(dāng)?shù)姆椒▽W(xué)生最不感興趣的概念、定律等變成生動(dòng)、活潑、易理解。最后達(dá)到激發(fā)學(xué)生求學(xué)積極性的目的，顯得格外重要。從學(xué)生反映以及教師間相互聽課總結(jié);在講解新的物理概念或者規(guī)律時(shí)加入類別思維，將舊知識(shí)和新知識(shí)結(jié)合到一起可以使學(xué)生溫故而知新，舉一反三，豐富教學(xué)形式的同時(shí)有助于學(xué)生的理解和應(yīng)用，學(xué)生利用好類比思維可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)積極性，課堂參與性，活躍了課堂氣氛，從而大大提高教學(xué)效率。以下主要以力學(xué)中質(zhì)點(diǎn)與剛體力學(xué)，電磁學(xué)中靜電場與穩(wěn)恒磁場為例。
二、質(zhì)點(diǎn)與剛體力學(xué)規(guī)律
以《普通物理學(xué)》程守洙版[3]為例，第二章運(yùn)動(dòng)的守恒量和守恒定律，由于有高中物理基礎(chǔ)，而此章內(nèi)容只是在此基礎(chǔ)之上稍作深化并涉及高數(shù)微積分，新的概念物理量也不多，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)基本沒有問題。但進(jìn)入到第三章剛體運(yùn)動(dòng)，由于前面兩章涉及都是直線運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，學(xué)生很難從已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)中跳出來，因此感覺學(xué)習(xí)很吃力。教師抓住學(xué)生對直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律熟悉、剛體轉(zhuǎn)動(dòng)過程與直線運(yùn)動(dòng)中有很多相似之處，應(yīng)用類比思維把每一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律中的物理量都對應(yīng)找一個(gè)在直線運(yùn)動(dòng)中充當(dāng)相同角色地位的物理量，詳見表1[4]。
三、靜電場與穩(wěn)恒磁場
靜電學(xué)部分與恒定電流的磁場部分在知識(shí)結(jié)構(gòu)的安排上都具有一定的規(guī)律性。因此在教學(xué)中可以多花點(diǎn)時(shí)間講解靜電學(xué)部分，只要學(xué)生掌握了其基本性質(zhì)及其規(guī)律，到講解靜磁學(xué)部分時(shí)可以參考靜電學(xué)的學(xué)習(xí)方法與思路，利用類別方法將其對號入座。學(xué)生學(xué)習(xí)起來也會(huì)感覺思路清晰。自然能達(dá)到事半功倍的效果。以如何引入安培環(huán)路定理為例：⑴引導(dǎo)學(xué)生一塊兒復(fù)習(xí)靜電學(xué)中兩個(gè)基本定理高斯定理和環(huán)路定理，同時(shí)強(qiáng)調(diào)對兩個(gè)定理的理解。⑵引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)磁學(xué)部分高斯定理，強(qiáng)調(diào)磁力線的特點(diǎn)。⑶提問參考靜電學(xué)部分，靜磁部分也應(yīng)該有環(huán)路定理⑷引導(dǎo)學(xué)生回顧利用庫侖定律以及場疊加原理計(jì)算帶電體產(chǎn)生的電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度的思路以及當(dāng)電場分布具有對稱性時(shí)利用高斯定理可以大大簡化計(jì)算步驟，引導(dǎo)學(xué)生回顧上節(jié)課利用畢奧薩伐爾定律計(jì)算磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的思路以及引導(dǎo)他們類比靜電學(xué)部分的解題思路考慮當(dāng)磁場分布具有某種對稱性時(shí)是不是也可以利用某定理使得計(jì)算大大簡略。通過這種類比思維引導(dǎo)可以使學(xué)生對安培環(huán)路定理形式、應(yīng)用有初步的了解。還有很多其它地方都可以利用類比思維，如表2所示
表2 靜電場與靜磁場規(guī)律類比表
四、結(jié)語
通過類比的思維可以有效地幫助學(xué)生較快掌握大學(xué)物理基本知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)大學(xué)物理的興趣，是一種科學(xué)的教學(xué)手段和方法。
大學(xué)物理學(xué)習(xí)方法
1. 力學(xué)部分：該部分以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為主線，各部分之間聯(lián)系密切，強(qiáng)調(diào)矢量的概念、微積分方法在力學(xué)中的運(yùn)用。如由牛頓運(yùn)動(dòng)定律可推出動(dòng)量定理、功能原理、角動(dòng)量定理等，借助于對質(zhì)點(diǎn)的研究方法可對剛體進(jìn)行研究，質(zhì)點(diǎn)、剛體的角動(dòng)量，角動(dòng)量定理及角動(dòng)量守恒。這部分的難點(diǎn)主要有(1)變力作用下牛頓定律的積分問題，在求解這類問題時(shí)要注意正確分離變量、作合適的變量替換等。(2)質(zhì)點(diǎn)、剛體的角動(dòng)量和角動(dòng)量守恒，在求解這類問題時(shí)要注意角動(dòng)量的矢量性，注意角動(dòng)量與動(dòng)量、角動(dòng)量守恒與動(dòng)量守恒的區(qū)別。
2. 熱學(xué)部分：該部分主要是從微觀和宏觀的角度闡述熱力學(xué)系統(tǒng)的熱運(yùn)動(dòng)規(guī)律，微觀理論解釋熱運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)，宏觀理論描述系統(tǒng)狀態(tài)變化的規(guī)律，兩部分彼此聯(lián)系、互相補(bǔ)充。這部分的難點(diǎn)主要有(1)速率分布函數(shù)的理解，應(yīng)注意從分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和速率分布函數(shù)的定義來分析理解。(2)熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義及熵的概念的理解，應(yīng)從系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)與微觀狀態(tài)數(shù)之間的關(guān)系出發(fā)，結(jié)合熱力學(xué)過程自動(dòng)進(jìn)行的方向性來理解。
3. 電磁學(xué)部分：該部分主要是從場的觀點(diǎn)闡述靜電場、穩(wěn)恒磁場的基本概念、基本規(guī)律，電磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系、物理本質(zhì)。這部分的主要難點(diǎn)有(1)任意帶電體場強(qiáng)的求解，在求解這類問題時(shí)應(yīng)注意帶電體電荷元的劃分、場強(qiáng)的矢量性、坐標(biāo)系的合理選取等問題。(2)有導(dǎo)體存在時(shí)靜電場的分布及導(dǎo)體上的電荷分布，在求解這類問題時(shí)應(yīng)注意合理應(yīng)用靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)場強(qiáng)、電勢分布的特點(diǎn)及場強(qiáng)、電勢的疊加原理。(3)由畢奧-薩伐爾定律求某種載流體產(chǎn)生的磁場，求解這類問題時(shí)應(yīng)注意定律的矢量性，與靜電場強(qiáng)計(jì)算的相同點(diǎn)、不同點(diǎn)。(4)感生電場、位移電流的理解，要注意他們的產(chǎn)生條件、相互關(guān)系、存在空間等問題。
4. 波動(dòng)光學(xué)部分：該部分主要是從光的波動(dòng)性出發(fā)闡述光的干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象的基本規(guī)律。這部分的主要難點(diǎn)是光柵的衍射規(guī)律，應(yīng)從分析光的多縫干涉和單縫衍射規(guī)律入手理解光柵的衍射、缺級、分辨本領(lǐng)等。
5. 近代物理學(xué)部分：該部分主要介紹描述物體高速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的狹義相對論和描述微觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量子物理基礎(chǔ)。相對論部分的難點(diǎn)是相對論運(yùn)動(dòng)學(xué)，對這部分的理解應(yīng)從相對論的時(shí)空觀出發(fā)，正確理解慣性系的等價(jià)性，時(shí)間、空間的測量以及運(yùn)動(dòng)的相對性。量子物理部分的難點(diǎn)是(1)實(shí)物粒子的波粒二象性及德布羅意物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋，可結(jié)合光的波粒二象性、光與實(shí)物粒子的區(qū)別、統(tǒng)計(jì)概率的概念以及當(dāng)今量子力學(xué)界對量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)的爭論來理解這部分內(nèi)容。(2)對薛定諤方程的理解， 可將量子力學(xué)研究問題的方法與經(jīng)典力學(xué)進(jìn)行比較，結(jié)合方程的具體簡單應(yīng)用理解方程的地位、應(yīng)用方法及其物理意義。
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