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關(guān)鍵字:類比法 大學(xué)物理 教學(xué)
一、引言
類比法是一種比較的思維過程,通過與已知事物對(duì)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(shì)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(duì)學(xué)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(duì)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(duì)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(chǎng)與穩(wěn)恒磁場(chǎng)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(duì)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(duì)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(chǎng)與穩(wěn)恒磁場(chǎng)
靜電學(xué)部分與恒定電流的磁場(chǎng)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(duì)號(hào)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(duì)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(chǎng)疊加原理計(jì)算帶電體產(chǎn)生的電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的思路以及當(dāng)電場(chǎng)分布具有對(duì)稱性時(shí)利用高斯定理可以大大簡(jiǎn)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(chǎng)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(chǎng)分布具有某種對(duì)稱性時(shí)是不是也可以利用某定理使得計(jì)算大大簡(jiǎn)略。通過這種類比思維引導(dǎo)可以使學(xué)生對(duì)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(chǎng)與靜磁場(chǎng)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)學(xué)物理的興趣,是一種科學(xué)的教學(xué)手段和方法。
表1 質(zhì)點(diǎn)與剛體力學(xué)規(guī)律對(duì)照表
參考文獻(xiàn):
[1]張清,類比法在大學(xué)物理中的應(yīng)用[J]安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 19(2) 2002
[2]郭奕玲,沈慧君;物理學(xué)史[M]. 北京;清華大學(xué)出版社,2005
關(guān)鍵詞:電磁學(xué);電動(dòng)力學(xué);體系;矢量
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2014)19-0102-02
電與磁不僅是我們生活中常見的現(xiàn)象,也是物理學(xué)科中的一個(gè)重要組成部分。從初中開始我們就已經(jīng)接觸有關(guān)電與磁的基本概念,高中的時(shí)候我們研究一些電流、磁現(xiàn)象的基本規(guī)律以及一些基本的場(chǎng)問題,在大學(xué)物理的學(xué)習(xí)中,電與磁仍然是我們要深入研究的對(duì)象,電磁學(xué)和電動(dòng)力學(xué)這兩門課就是研究電磁場(chǎng)理論及其應(yīng)用的。但相對(duì)于電動(dòng)力學(xué)來說,電磁學(xué)所研究的對(duì)象和所需要的數(shù)學(xué)知識(shí)工具都比較簡(jiǎn)單,通過對(duì)電動(dòng)力學(xué)和電磁學(xué)的教學(xué)研究以及對(duì)關(guān)聯(lián)知識(shí)之間的思考,筆者認(rèn)為以下幾點(diǎn)對(duì)同學(xué)們學(xué)好電磁學(xué)和電動(dòng)力學(xué)有很大幫助。
一、樹立學(xué)科體系思想,注重知識(shí)間的橫向和縱向聯(lián)系
電動(dòng)力學(xué)和電磁學(xué)兩門課程所涉及的都是電與磁的理論基礎(chǔ)。電磁學(xué)以處理穩(wěn)態(tài)情況為主要內(nèi)容,主要講述電磁現(xiàn)象的主要概念和規(guī)律,可以說是對(duì)高中電磁知識(shí)的豐富和延伸;電動(dòng)力學(xué)則是從麥克斯韋方程出發(fā),討論電磁場(chǎng)和電磁波的性質(zhì)及其在各種條件(真空,介質(zhì))中的應(yīng)用。兩門課程既有獨(dú)立性又相互滲透,內(nèi)容上有深刻的聯(lián)系,這為兩門課程的關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)創(chuàng)造了自然條件[1]。我們?cè)趯W(xué)習(xí)的時(shí)候要注意知識(shí)間的橫向和縱向聯(lián)系,以便形成一個(gè)有條理的、層次分明的學(xué)習(xí)體系。
例如,在電磁學(xué)中學(xué)習(xí)靜電場(chǎng)時(shí)有:高斯定理:靜電場(chǎng)中任一閉合曲面的磁通量等于該曲面內(nèi)電荷的代數(shù)和除以?著。[2]即■■?d■=■;環(huán)路定理:靜電場(chǎng)沿任意一閉合曲線的環(huán)流為零,即■■?d■=0。在電動(dòng)力學(xué)學(xué)習(xí)中,我們只要注重知識(shí)間的橫向和縱向聯(lián)系,就可以從靜電場(chǎng)的高斯定理得到靜電場(chǎng)的散度?犖?■=■;聯(lián)系靜電場(chǎng)的環(huán)路定理就可以得到靜電場(chǎng)的旋度?犖×■=0。
在電磁學(xué)中學(xué)習(xí)恒定電流激發(fā)的磁場(chǎng)時(shí)有,磁場(chǎng)的高斯定理:■對(duì)任意閉合曲線的通量都為零,即■■?d■=0;安培環(huán)路定理:恒定磁■場(chǎng)對(duì)任意曲線L的環(huán)流滿足■■?d■=?滋0I。而在電動(dòng)力學(xué)學(xué)習(xí)中,我們又會(huì)利用磁場(chǎng)高斯定理來研究磁場(chǎng)的散度?犖?■=0;利用安培環(huán)路定理研究磁場(chǎng)的旋度?犖×■=?滋0■。
從這些基本規(guī)律之間的聯(lián)系我們不難看出這兩門課程之間的緊密關(guān)系,因此,在學(xué)習(xí)的時(shí)候要有目的地將電磁學(xué)和電動(dòng)力學(xué)課程進(jìn)行關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí),要注意前后知識(shí)之間的聯(lián)系,利用知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系將兩門課程形成一個(gè)有機(jī)整體,這樣更容易將繁雜的電磁知識(shí)歸類,有助于促進(jìn)兩門課程學(xué)習(xí)的相輔相成,在已有的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)將更容易掌握有難度的知識(shí)點(diǎn)。
二、注重“從個(gè)別到一般”、“從特殊到普遍”的學(xué)習(xí)方法
在學(xué)習(xí)電磁學(xué)內(nèi)容和電動(dòng)力學(xué)中的麥克斯韋方程組后,很多同學(xué)都認(rèn)為麥克斯韋方程組就是綜合庫侖定律、安培定律、畢奧-薩伐爾定律和法拉第電磁感應(yīng)定律并補(bǔ)充了位移電流的效應(yīng)后的結(jié)果,其實(shí)這種認(rèn)識(shí)是不夠確切的。如果你分別用庫侖定律和麥克斯韋方程組去求解等速運(yùn)動(dòng)帶電粒子的電磁場(chǎng),就會(huì)發(fā)現(xiàn)所得兩個(gè)結(jié)果是不一樣的。這是因?yàn)閹靵龆勺鳛殪o電場(chǎng)的規(guī)律,其中既包含了電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律又有其自身的特殊性。所以在學(xué)習(xí)的過程中要注意各個(gè)規(guī)律的適用性。
在我們學(xué)習(xí)的過程中,我們通常都是從特殊情況開始學(xué)習(xí)的。因?yàn)樘厥鈼l件都是比較簡(jiǎn)單的情況,而一般現(xiàn)象就會(huì)比較復(fù)雜,就會(huì)涉及更多的變量。怎樣才能從個(gè)別的、特殊的現(xiàn)象得到一般的、普遍的規(guī)律,這就需要我們對(duì)那些特殊的規(guī)律進(jìn)行一分為二的透徹分析,既要明白定律的特殊之處在哪里,又要深刻理解其中蘊(yùn)含的普遍意義。因?yàn)槠毡樾缘臇|西就包含在一些特殊的情形中,而特殊規(guī)律雖然有其特殊地適用范圍,但其中必然包含著一些普遍規(guī)律。通過認(rèn)真分析,我們就要分辨出那些特殊定律中有哪些是特有的,哪些部分又具有普遍的意義。
下面我們就以電磁學(xué)中的基本方程――麥克斯韋方程為例進(jìn)行分析。
?犖?■=■是適合靜電場(chǎng)的庫侖定律以及高斯定理導(dǎo)出的,反映的是電荷對(duì)電場(chǎng)作用的局域性質(zhì),空間某點(diǎn)領(lǐng)域上,場(chǎng)的散度只和該點(diǎn)上的電荷密度有關(guān)而和其他點(diǎn)的電荷分布無關(guān),電荷只激發(fā)其鄰近的場(chǎng)。由此可知,雖然庫侖定律描述的場(chǎng)不適合普遍情況,但高斯定理所反映的電荷與電場(chǎng)線的定量關(guān)系卻是普遍適用的,在一般的運(yùn)動(dòng)電荷情況下,局域關(guān)系?犖?■=■仍然成立[2]。
?犖×■=0是庫侖定律下的電場(chǎng)對(duì)任意一條閉合回路求環(huán)量得來的,它證明了電場(chǎng)的無旋性,但在實(shí)踐當(dāng)中,我們可以發(fā)現(xiàn)無旋性只是適合靜電場(chǎng)的情形,而在一般情況下的電場(chǎng)是有旋的。根據(jù)普遍的電磁感應(yīng)定律可以得到有關(guān)一般電場(chǎng)的旋度關(guān)系?犖×■=-■。
?犖?■=0是在磁場(chǎng)穩(wěn)定的情況下得出的,■來源于與之適合的恒定電流產(chǎn)生情況下的畢奧―薩伐爾定律,說明靜磁場(chǎng)的散度為零。但實(shí)踐證明,一般的磁場(chǎng)也有?犖?■=0,它是一個(gè)不僅適合特殊情形也適合普遍情況的公式。
?犖×■=?滋0■是在恒定情況下成立的,一般情況下是否適合呢?答案是否定的。將公式兩邊取散度,有?犖?(?犖×■)=?犖??滋0■,因?yàn)椋繝?(?犖×■)=0,所以?犖?■=0時(shí),上述公式是成立的。然而對(duì)恒定電流來說有?犖?■=0,電流不是恒定的時(shí)候,根據(jù)電荷守恒定律得到的是?犖?■=-■,這說明公式的適用范圍是有限的[3]。為將?犖?■=0推廣,麥克斯韋引入了一個(gè)假設(shè)的物理量――位移電流■D。使在一般情況下也有?犖?(■+■D)=0,最終我們可以得到一般的表達(dá)式?犖×■=?滋0■+?滋0ε0■。
從以上這些例子不難看出,物理學(xué)中許多一般性的定理的產(chǎn)生,都是在不斷總結(jié)特殊情況下的規(guī)律并加以修正而得出的。因此,我們?cè)趯W(xué)習(xí)電磁知識(shí)的時(shí)候一定要注意把握“從個(gè)別到一般”、“從特殊到普遍”的學(xué)習(xí)規(guī)律,這樣才能更好地學(xué)習(xí)和理解物理世界的奧秘。
三、利用數(shù)學(xué)知識(shí)把握電磁學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的學(xué)習(xí)
矢量和標(biāo)量是數(shù)學(xué)知識(shí)中很重要的概念,矢量代表的是有大小、有方向的量,標(biāo)量代表的是數(shù)值的大小。標(biāo)量和矢量可以構(gòu)成標(biāo)量場(chǎng)和矢量場(chǎng)。而電場(chǎng)和磁場(chǎng)也是通過場(chǎng)來對(duì)處于其中的物體進(jìn)行作用的,且電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度都是有大小有方向的量,所以電場(chǎng)和磁場(chǎng)就構(gòu)成了矢量場(chǎng)。在學(xué)習(xí)電磁學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的時(shí)候我們都會(huì)用到矢量,如果我們能認(rèn)真把握好矢量運(yùn)算在兩門課程之中的運(yùn)用,對(duì)我們學(xué)習(xí)好電磁知識(shí)將會(huì)有很大的幫助。
例1:邊長(zhǎng)為a的立方體各個(gè)頂角上均放有一電量為q的點(diǎn)電荷,求各點(diǎn)電荷所激發(fā)的電場(chǎng)在立方體中心的總電勢(shì)和總場(chǎng)強(qiáng)。
電勢(shì)是標(biāo)量,若以無窮遠(yuǎn)為零電勢(shì)點(diǎn),則每個(gè)點(diǎn)電荷在立方體中心的電勢(shì)為U0=q/4πε×■a,由標(biāo)量的性質(zhì)可知,總電勢(shì)為8U0;由矢量場(chǎng)的性質(zhì)可知,每個(gè)點(diǎn)電荷在立方體中心O激發(fā)的電場(chǎng)都是矢量,O點(diǎn)的總場(chǎng)強(qiáng)就是將各點(diǎn)電荷在O點(diǎn)所激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)的矢量疊加起來,根據(jù)對(duì)稱性,各矢量疊加后總場(chǎng)強(qiáng)為零。矢量分析作為解決電場(chǎng)和磁場(chǎng)問題的一個(gè)有效手段,在電磁學(xué)中用到的是比較基礎(chǔ)的矢量加減、點(diǎn)乘、叉乘,在學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)的時(shí)候,隨著我們對(duì)電磁場(chǎng)問題研究的深入,我們需要了解更多的有關(guān)矢量場(chǎng)的特點(diǎn)。矢量場(chǎng)最重要的特點(diǎn)就是散度和旋度,將散度和旋度的概念引入電磁場(chǎng)就會(huì)得到許多新的且十分重要的電磁場(chǎng)的性質(zhì),對(duì)我們認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)有很大幫助。
例2:靜電場(chǎng)的散度為?犖?■=■,根據(jù)散度的意義,我們可以從這個(gè)式子里邊知道靜電場(chǎng)是有源的,若是?犖?■=0,則可以說明該處沒有電場(chǎng)線發(fā)出。靜電場(chǎng)的旋度?犖×■=0,則說明在靜電場(chǎng)的情況下電場(chǎng)沒有渦旋狀的結(jié)構(gòu)。而任意由電流激發(fā)的磁場(chǎng)的散度都是?犖?■=0,則告訴我們電流激發(fā)的磁場(chǎng)都是無源的,任意一條磁感應(yīng)線都是閉合曲線。
從許多的例子都不難看出,矢量分析對(duì)我們學(xué)習(xí)電磁知識(shí)有很大的幫助,好好利用矢量這一數(shù)學(xué)工具將使我們?cè)趯W(xué)習(xí)電磁學(xué)和電動(dòng)力學(xué)這兩門課程的時(shí)候能更好地形成一條主線,更好地由淺入深地掌握電磁場(chǎng)的各種性質(zhì)和運(yùn)算。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞 電動(dòng)力學(xué)課程 教學(xué)改革 思考 實(shí)踐
電動(dòng)力學(xué)是四大力學(xué)之一,綜合了經(jīng)典電磁學(xué)的最高成就,相對(duì)電磁學(xué)而言,其可以揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律,具有概念、公式、符號(hào)抽象,內(nèi)容繁多,教學(xué)效率較低的顯著特征,是電子通信相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,電動(dòng)力學(xué)在通信、電工、超導(dǎo)和微電子等諸多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。電動(dòng)力學(xué)課程中的物理概念和思想較為抽象,不易理解,學(xué)生只有具備扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)和豐富的想象力,才能理解和掌握電動(dòng)力學(xué)課程中的物理概念和數(shù)學(xué)方法。由于電動(dòng)力學(xué)是物理學(xué)相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程,也是推動(dòng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)理論,因此,深入研究和思考電動(dòng)力學(xué)理論課程教學(xué)存在的問題,總結(jié)出提升電動(dòng)力學(xué)教學(xué)效果的建議,對(duì)促進(jìn)高校電動(dòng)力學(xué)的教學(xué)改革和推動(dòng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
1電動(dòng)力學(xué)教學(xué)中存在的問題
1.1教學(xué)內(nèi)容多,課時(shí)少
電動(dòng)力學(xué)主要涵蓋電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律、靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)、電磁波的輻射和傳播以及狹義相對(duì)論等五大部分的教學(xué)內(nèi)容。僅有電磁波的相關(guān)內(nèi)容廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活、軍事和物理學(xué)研究前沿等領(lǐng)域。在電動(dòng)力學(xué)實(shí)際的教學(xué)工作中,電動(dòng)力學(xué)教師通常會(huì)依照教學(xué)大綱進(jìn)行講解,注重靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)等相關(guān)內(nèi)容的理論知識(shí)、基本方法以及電磁波在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用,電磁波在物理前沿以及軍事方面的應(yīng)用長(zhǎng)期得不到電動(dòng)力學(xué)教師的重視,導(dǎo)致這種現(xiàn)象的緣由是電動(dòng)力學(xué)課程本身有著物理概念抽象、符號(hào)和公式難以理解以及教學(xué)難度大等顯著特征,教學(xué)內(nèi)容多和課時(shí)少的矛盾突出,這勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)力學(xué)教師為了提升考試通過率而減少教學(xué)內(nèi)容,這就大幅度降低了電動(dòng)力學(xué)的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。
1.2教學(xué)方法有待改善
受我國傳統(tǒng)接受式教學(xué)模式的影響,電動(dòng)力學(xué)的教學(xué)活動(dòng)主要以教師為中心,教師在實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)中處于主體地位,主要采取講解、板書以及多媒體等教學(xué)模式向?qū)W生傳授知識(shí),學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中處于被動(dòng)地位,這樣的教學(xué)模式有利于學(xué)生及時(shí)理解電動(dòng)力學(xué)的概念,但是卻制約著學(xué)生獨(dú)立思考能力的發(fā)展,不利于增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)的積極性。另外,隨著多媒體技術(shù)在教學(xué)活動(dòng)中的普及和應(yīng)用,大多數(shù)教師逐步從傳統(tǒng)“粉筆+板書”的教學(xué)模式向以多媒體為主、板書為輔的教學(xué)模式過渡,這就會(huì)導(dǎo)致教師講課的語速不自覺的加快,學(xué)生在課堂上幾乎沒有獨(dú)立思考的時(shí)間,也不可能準(zhǔn)確理解和掌握課本上的基本概念和有關(guān)公式的論證過程,大大降低了電動(dòng)力學(xué)課程的教學(xué)效果。
1.3考核方式不完善
目前,絕大部分高校的電動(dòng)力學(xué)考核方式有兩部分構(gòu)成,即平時(shí)成績(jī)占30%,期末考試成績(jī)占70%。平時(shí)成績(jī)主要取決于學(xué)生的課堂表現(xiàn)和作業(yè)完成情況,而期末測(cè)試注重對(duì)課本基礎(chǔ)理論知識(shí)的記憶和模仿,幾乎沒有綜合能力的測(cè)試。所以學(xué)生只重視期末考試,平時(shí)學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)的積極性不高,通過考前臨時(shí)性的記憶完成電動(dòng)力學(xué)課程的考核已經(jīng)成為一種常態(tài),這樣的考核方式不利于學(xué)生探索性思維的發(fā)展,也不利于學(xué)生全面掌握電動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)。
2電動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)改革的思考和實(shí)踐
2.1調(diào)整教學(xué)內(nèi)容
在實(shí)際的教學(xué)工作中,大多數(shù)學(xué)生在面對(duì)電動(dòng)力學(xué)復(fù)雜的運(yùn)算推導(dǎo)時(shí)通常會(huì)表現(xiàn)出畏難情緒,對(duì)公式的推導(dǎo)束手無策,從而失去了學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)的積極性。因此,電動(dòng)力學(xué)教育工作者要積極主動(dòng)地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,在正式講解電動(dòng)力學(xué)課程之前增添數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的講解,協(xié)助學(xué)生解決學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)障礙,從而樹立起學(xué)好電動(dòng)力學(xué)課程的信心,從而提升該課程的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。
2.2創(chuàng)新教學(xué)模式
電動(dòng)力學(xué)教師要根據(jù)教學(xué)要求和學(xué)生的實(shí)際情況,靈活地運(yùn)用教學(xué)方法。教師要主動(dòng)并善于分析電動(dòng)力學(xué)課程不同章節(jié)之間的聯(lián)系,總結(jié)出處理問題的共同點(diǎn)和不同點(diǎn),不斷創(chuàng)新教學(xué)模式,從而達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。例如在講解靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)這部分內(nèi)容時(shí),電動(dòng)力學(xué)教師利用靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)研究方法相似的特征,深入講解靜電場(chǎng)這部分內(nèi)容,讓學(xué)生準(zhǔn)確掌握靜電場(chǎng)的各種分析方法,之后再采取類比法講解靜電場(chǎng)的相關(guān)內(nèi)容,這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。與此同時(shí),電動(dòng)力學(xué)教師要善于利用多媒體技術(shù)教學(xué),將復(fù)雜和難以理解的物理學(xué)現(xiàn)象通過多媒體技術(shù)形象生動(dòng)地呈現(xiàn)在學(xué)生面前,為學(xué)生理解疑難問題創(chuàng)造良好的條件,從而提升電動(dòng)力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。
2.3健全課程的考核方式
電動(dòng)力學(xué)教學(xué)工作者要不斷健全課程的考核方式,增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)的積極性。各大高??梢赃m當(dāng)?shù)靥嵘綍r(shí)成績(jī)占總成績(jī)的比例,積極貫徹學(xué)習(xí)為目的、考核為手段的教學(xué)理念,讓學(xué)生清醒地認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)過程的重要性作用,豐富考核的內(nèi)容和方式,從多方面考察學(xué)生的知識(shí)和能力。例如在每單元結(jié)束時(shí)進(jìn)行單元測(cè)試,將單元測(cè)試的成績(jī)納入平時(shí)成績(jī);定期開展探究性的學(xué)習(xí)活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)、分析和解決問題問題的能力,并將探究性學(xué)習(xí)的成果納入平時(shí)成績(jī);在期末考試試題中增大綜合題目的比重,從而讓學(xué)生更加重視電動(dòng)力學(xué)的學(xué)習(xí)。
3結(jié)論
電動(dòng)力學(xué)是物理學(xué)相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程,對(duì)培養(yǎng)和提升學(xué)生的抽象思維能力具有重要作用。在電動(dòng)力學(xué)的實(shí)際教學(xué)中依舊存在著教學(xué)內(nèi)容多和課時(shí)少矛盾、教學(xué)方法有待改善和考核方式不完善等諸多不良問題,電動(dòng)力學(xué)教師要注重課程教學(xué)的改革工作,積極調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、不斷創(chuàng)新教學(xué)模式和健全課程的考核方式,從而有效提升電動(dòng)力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量,為我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展培養(yǎng)出更多的高素質(zhì)人才。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞:獨(dú)立學(xué)院;物理實(shí)驗(yàn);人才培養(yǎng);教學(xué)改革
高等教育高度發(fā)達(dá)的今天,獨(dú)立學(xué)院如雨后春筍般異軍突起,旨在培養(yǎng)本科應(yīng)用型人才,辦大眾教育而非精英教育。培養(yǎng)社會(huì)廣泛需要的、有專長(zhǎng)的、較高層次的應(yīng)用型人才則成為獨(dú)立學(xué)院的首要任務(wù)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是高等學(xué)校教育體系的重要組成部分,對(duì)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考,發(fā)現(xiàn)問題解決問題能力,創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力有著其他課程的不可替代性。對(duì)于以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主要目標(biāo)的獨(dú)立學(xué)院的大學(xué)生來說,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課對(duì)工科學(xué)生無疑是一門重要的、必修的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課。然而由于各工科專業(yè)方向不同,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目繁多,涉及面廣,基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)時(shí)有限,全面的學(xué)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容就比較困難。
1.針對(duì)不同專業(yè)知識(shí)點(diǎn)的需要選擇不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,使大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課和后續(xù)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)的結(jié)合
我院是一所以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主的獨(dú)立學(xué)院,工科專業(yè)按大的方向可分為:計(jì)算機(jī)與生物工程兩大類。具體專業(yè)有計(jì)算機(jī)應(yīng)用、電子信息工程、信息與計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)、生物工程、化學(xué)工程與工藝、食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全、食品營養(yǎng)與檢測(cè)、食品加工技術(shù)、食品生物技術(shù)和生物技術(shù)與應(yīng)用。目前,我院的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)只考慮實(shí)驗(yàn)課輪次循環(huán)方便,教學(xué)內(nèi)容和模式是:工科各專業(yè)學(xué)生學(xué)完誤差理論后,統(tǒng)一從力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)各選幾個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,然后按實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的難易分成基本物理量的測(cè)量與儀器使用性實(shí)驗(yàn)、綜合性物理量測(cè)量、簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三個(gè)模塊,分三級(jí)梯度授課。在實(shí)驗(yàn)課的過程中我們發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)的學(xué)生對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目反應(yīng)不同,電子信息工程專業(yè)、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生對(duì)電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)興趣很濃,實(shí)驗(yàn)也很認(rèn)真,而對(duì)力、熱學(xué)的一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如:拉伸法測(cè)金屬絲楊氏彈性模量、剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)定等則不太感興趣,實(shí)驗(yàn)也常常敷衍了事。反之,生物工程、食品科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生則對(duì)電磁學(xué)的一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如:靜電場(chǎng)描繪、磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)定等表示不可理解。并且經(jīng)常有學(xué)生問這個(gè)實(shí)驗(yàn)和他們學(xué)的專業(yè)有什么聯(lián)系。
面對(duì)這種情況,筆者認(rèn)為我們應(yīng)對(duì)各專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu),包括專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課設(shè)置情況以及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行研究,在學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝備條件下,同時(shí)能夠保持物理課程的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上篩選盡可能與專業(yè)方向靠攏的必修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革。具體做法是針對(duì)不同專業(yè)知識(shí)點(diǎn)的需要,選擇不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。生物工程類專業(yè)后續(xù)課程需要的力、熱學(xué)、光學(xué)的知識(shí)較多,從基本物理量的測(cè)量與儀器使用性實(shí)驗(yàn)開始就盡可能的選擇力、熱學(xué)、光學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如:楊氏彈性模量測(cè)定、物體密度測(cè)定、等厚干涉、分光計(jì)的調(diào)整與三棱鏡折射率測(cè)量、偏振光的觀察與應(yīng)用等。而計(jì)算機(jī)類專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇則緊緊圍繞電磁學(xué)、近代物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目展開,如:電橋測(cè)電阻、示波器的使用、靜電場(chǎng)描繪、普朗克常數(shù)測(cè)定等,然后再把所選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分成基本物理量的測(cè)量與基本儀器使用性實(shí)驗(yàn)、基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練性實(shí)驗(yàn)、綜合和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),實(shí)施三級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。
2.同一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不同專業(yè)選擇不同的實(shí)驗(yàn)方法,使大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課既結(jié)合專業(yè)應(yīng)用又滿足物理學(xué)的基本需要
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課作為工科學(xué)校大學(xué)生進(jìn)校的第一門科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程不僅肩負(fù)著讓學(xué)生受到嚴(yán)格的、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練,掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、方法和技巧,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力和創(chuàng)新精神、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析和解決實(shí)際問題的能力的使命,同時(shí)也是使學(xué)生通過大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)物理概念理解的深化,了解物理概念和規(guī)律產(chǎn)生的科學(xué)技術(shù)背景及其歷史性的貢獻(xiàn)的必要手段。因此僅僅從后續(xù)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課及其實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)用角度去設(shè)置大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目顯然是不夠的,為了使學(xué)生既能夠比較全面的掌握大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)所涉及的物理學(xué)概念和教學(xué)內(nèi)容,達(dá)到系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練,掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、方法和技巧的要求,又能夠和學(xué)生自己所學(xué)專業(yè)有機(jī)結(jié)合,我們應(yīng)采取同一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)不同專業(yè)選擇不同的實(shí)驗(yàn)方法。例如:金屬揚(yáng)氏彈性模量測(cè)定對(duì)于生物工程類專業(yè)的學(xué)生直接選用傳統(tǒng)的光杠桿尺讀望遠(yuǎn)鏡法進(jìn)行測(cè)量,而對(duì)于需要熟練掌握示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器計(jì)算機(jī)類專業(yè)的學(xué)生采用金屬動(dòng)態(tài)揚(yáng)氏模量實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
3.引入高新技術(shù),賦予大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課以現(xiàn)代氣息
高新技術(shù)的發(fā)展,科技信息的激增和知識(shí)更新的加快促使高等教育向更加重視素質(zhì)教育的方向發(fā)展,獨(dú)立學(xué)院的目標(biāo)是培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用型人才,要培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用型人才,就必須使工程技術(shù)人才培養(yǎng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)――大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)接軌。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)只有和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)接軌才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情,也才能使現(xiàn)代科技進(jìn)步的成果滲透到傳統(tǒng)的經(jīng)典課程內(nèi)容之中,例如計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)信息處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、仿真技術(shù)、光譜技術(shù)等在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容中都已經(jīng)涉及,把這些先進(jìn)的技術(shù)引入到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中,不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情,同時(shí),從物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、物理實(shí)驗(yàn)方法、儀器的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用等方面拓寬了學(xué)生的知識(shí)面,培養(yǎng)了他們的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。這就要求我們必須改變和調(diào)整傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段,同時(shí)有先進(jìn)的儀器設(shè)備和較為充足的經(jīng)費(fèi)保障。
4.建立開放實(shí)驗(yàn)室,營造多元化教學(xué)環(huán)境,實(shí)行以綜合能力判定學(xué)生成績(jī)的考核方法
【關(guān)鍵詞】普通物理 試卷評(píng)析 難度 區(qū)分度
【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810(2013)30-0067-01
普通物理是大學(xué)理工科的必修課程,不僅對(duì)后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí),而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)都有著重要的基礎(chǔ)性作用。然而普通物理課程特有的復(fù)雜性和抽象性常常令學(xué)生難以理解和掌握??茖W(xué)系統(tǒng)的試卷分析有助于了解教學(xué)中存在的問題,為今后普通物理教學(xué)改進(jìn)提供指導(dǎo)。為此,我們對(duì)普通物理試卷進(jìn)行舉例評(píng)估。
一 對(duì)象與方法
1.對(duì)象
對(duì)象為2013~2014學(xué)年春季學(xué)期數(shù)學(xué)學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)2011級(jí)四年制1、2班普通物理課程期末考試試卷。在教務(wù)處統(tǒng)一組織安排下進(jìn)行考試,考試時(shí)間為100分鐘,試題由任課教師出兩套,隨機(jī)抽取。充足的試卷份數(shù),保證了試卷分析的科學(xué)性、有效性。
2.方法
依據(jù)提前制定的標(biāo)準(zhǔn)答案,采用流水方式進(jìn)行閱卷。數(shù)據(jù)處理:將每份試卷的總成績(jī)和每小題的得分情況分別輸入計(jì)算機(jī),進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算,得出結(jié)論。
二 調(diào)查結(jié)果分析
1.試卷內(nèi)容基本情況
本次考試試卷題數(shù)共30道。題型包括客觀題(判斷題、選擇題、填空題)和主觀題(簡(jiǎn)答題、計(jì)算題)。其中客觀題25道,分值為40分,主觀題5道,分值為60分。試卷總分100分。
2.考試成績(jī)分析
試卷成績(jī)分析涉及學(xué)生總數(shù)、參加考試人數(shù)、缺考人數(shù)。最高分、最低分、平均分與全距。優(yōu)秀、良好、及格與不及格的人數(shù)分布及百分比。
3.試卷質(zhì)量分析
試卷質(zhì)量分析指標(biāo)有:試題難度、區(qū)分度等。
第一,試題難度。試題難度是說明試題難易程度的,以P表示。難度的最大值為1,最小值為0。試題難度越大表示試題越容易,難度值越小則試題越難。本次考試試卷難度值為0.81。
第二,試題區(qū)分度。區(qū)分度是指測(cè)題對(duì)于被試反應(yīng)的區(qū)分程度和鑒別能力,用符號(hào)D表示。其數(shù)值范圍為[-1.00,+1.00]。試題區(qū)分度統(tǒng)計(jì)及評(píng)價(jià)見附表。
三 討論
1.考試整體成績(jī)分布
100份試卷,平均成績(jī)78分,最高分92分,最低分23分,全距69分。及格人數(shù)91人,及格率91%,優(yōu)秀率14.89%。
學(xué)生成績(jī)呈近似正態(tài)分布。成績(jī)正態(tài)分布性也反映了試題的知識(shí)點(diǎn)全面,難易程度適中。優(yōu)秀率較高,表明學(xué)生對(duì)普通物理課程在知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力發(fā)展等方面已基本達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。但有的試卷卷面成績(jī)不及格,主要原因可能是由于大班授課,部分學(xué)生學(xué)習(xí)效果較差。
2.試題難度
試卷難度為0.81,試卷總體偏易。沒有復(fù)雜的計(jì)算、靈活性較大的難題。其中與中學(xué)物理聯(lián)系比較緊密的知識(shí)點(diǎn)(第2題)偏易,可適當(dāng)增大難度。而涉及剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(第15題),麥克斯韋方程組(第22題),氣體粘性力(第4題)的題偏難,應(yīng)稍降低難度。其中有12道題屬于難度適中題。如能量及能量轉(zhuǎn)移(第11題)、靜電場(chǎng)(第30題)、畢奧薩伏爾定律(第24題)等??梢钥闯觯瑢W(xué)生對(duì)力和運(yùn)動(dòng)部分的基本概念,基礎(chǔ)知識(shí)掌握得很理想。但在剛體上應(yīng)給予適當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)和引導(dǎo)。
四 總結(jié)
試卷基本上覆蓋了教材中的主要知識(shí)點(diǎn),題型分布合理。本次考試的平均分是78分,成績(jī)基本上符合正態(tài)分布。試卷的難度系數(shù)是0.81,相對(duì)偏易。區(qū)分度適中,基本能區(qū)別學(xué)生的水平。
參考文獻(xiàn)
[1]王孝玲.教育測(cè)量[M].上海:華東師范大學(xué)出版社,2005
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