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灌輸?shù)囊幻?。以下是學(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)字時老師并不是直接把每個基本數(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，德布羅意將實物粒子與光學(xué)粒子類比，提出了實物粒子的波粒二象性假說;大量事實表明，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)為兩個方面。第一方面來自學(xué)科本身，大學(xué)物理涉及了整個經(jīng)典物理以及近代物理的部分內(nèi)容，可謂知識點多，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、適當(dāng)?shù)姆椒▽W(xué)生最不感興趣的概念、定律等變成生動、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)律時加入類別思維，將舊知識和新知識結(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，第二章運動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)入到第三章剛體運動，由于前面兩章涉及都是直線運動及運動規(guī)律，學(xué)生很難從已有的知識結(jié)構(gòu)中跳出來，因此感覺學(xué)習(xí)很吃力。教師抓住學(xué)生對直線運動規(guī)律熟悉、剛體轉(zhuǎn)動過程與直線運動中有很多相似之處，應(yīng)用類比思維把每一個轉(zhuǎn)動規(guī)律中的物理量都對應(yīng)找一個在直線運動中充當(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)中可以多花點時間講解靜電學(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)中兩個基本定理高斯定理和環(huán)路定理，同時強調(diào)對兩個定理的理解。⑵引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)磁學(xué)部分高斯定理，強調(diào)磁力線的特點。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算帶電體產(chǎn)生的電場中某一點的電場強度的思路以及當(dāng)電場分布具有對稱性時利用高斯定理可以大大簡化計算步驟，引導(dǎo)學(xué)生回顧上節(jié)課利用畢奧薩伐爾定律計算磁場中某點磁感應(yīng)強度的思路以及引導(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是不是也可以利用某定理使得計算大大簡略。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)物理基本知識點，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：該部分以牛頓運動定律為主線，各部分之間聯(lián)系密切，強調(diào)矢量的概念、微積分方法在力學(xué)中的運用。如由牛頓運動定律可推出動量定理、功能原理、角動量定理等，借助于對質(zhì)點的研究方法可對剛體進(jìn)行研究，質(zhì)點、剛體的角動量，角動量定理及角動量守恒。這部分的難點主要有(1)變力作用下牛頓定律的積分問題，在求解這類問題時要注意正確分離變量、作合適的變量替換等。(2)質(zhì)點、剛體的角動量和角動量守恒，在求解這類問題時要注意角動量的矢量性，注意角動量與動量、角動量守恒與動量守恒的區(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)的熱運動規(guī)律，微觀理論解釋熱運動的本質(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、互相補充。這部分的難點主要有(1)速率分布函數(shù)的理解，應(yīng)注意從分子運動的特點和速率分布函數(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)。這部分的主要難點有(1)任意帶電體場強的求解，在求解這類問題時應(yīng)注意帶電體電荷元的劃分、場強的矢量性、坐標(biāo)系的合理選取等問題。(2)有導(dǎo)體存在時靜電場的分布及導(dǎo)體上的電荷分布，在求解這類問題時應(yīng)注意合理應(yīng)用靜電平衡時導(dǎo)體內(nèi)場強、電勢分布的特點及場強、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，求解這類問題時應(yīng)注意定律的矢量性，與靜電場強計算的相同點、不同點。(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. 波動光學(xué)部分：該部分主要是從光的波動性出發(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動規(guī)律的狹義相對論和描述微觀物體運動規(guī)律的量子物理基礎(chǔ)。相對論部分的難點是相對論運動學(xué)，對這部分的理解應(yīng)從相對論的時空觀出發(fā)，正確理解慣性系的等價性，時間、空間的測量以及運動的相對性。量子物理部分的難點是(1)實物粒子的波粒二象性及德布羅意物質(zhì)波的統(tǒng)計解釋，可結(jié)合光的波粒二象性、光與實物粒子的區(qū)別、統(tǒng)計概率的概念以及當(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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