如何上好大学物理第一堂课

余龙宝

（合肥师范学院 物理与电子工程系，安徽 合肥 230601）

如何上好大学物理第一堂课

余龙宝

（合肥师范学院 物理与电子工程系，安徽 合肥 230601）

为实现大学物理课程“培养和提高学生的科学素质，提高学生对物理知识的应用能力”的教学目标，响应地方大学应用型人才培养的号召，我们以如何上好大学物理第一课为切入点，简析如何通过激发学生的学习兴趣，调动学生的学习主动性，来培养学生的创新思维和自主探究能力，从而切实提升学生的物理素养，最终实现应用型人才的培养目标。

大学物理；课堂教学；物理学发展史；应用型

大学物理是理工科类的一门必修的基础课程［1－2］，通过本课程的学习，使大学生熟悉自然界物质的结构、性质、相互作用及其运动的基本规律，为后续基础与专业课程的学习及进一步获取相关知识奠定必要的物理基础。近年来，以现代教育理念为指导，面向“应用型人才”的培养定位［3］，修订了教学大纲，研究了课程体系、整合教学内容，进行了教学过程、教学方法与手段的改革与实践，很大程度上给教学过程带来了方便，也提高了教学效率和效果。然而，大学物理与中学物理有着很大的区别，主要在于应用高等数学的方法，从根本的假设出发，推导出物理的基本规律和原理。因此，这门学科的理论性强，逻辑思维严密，除了物理实验之外，理论部分主要是物理分析和数学推导，这让大多数同学感到枯燥而难懂，缺少趣味性。因此在大学物理的课堂上，对有经验的教师来说，都不会照本宣科，需要准备大量的课外材料，如有关物理发展史［4］，积极培养大学生热爱大学物理这门课程。

针对如何学好物理的困惑，这里我们将以大学物理第一堂课为例来看教学过程中教师所必备的新理念，首先，教师需要认识到大学物理的重要性，了解物理的发展历程，在课堂上多讲解物理学家的故事和物理的趣闻，增强学生的学习兴趣。其次，教师还需要全面把握物理的学习内容，注重知识的更新，注重知识的整体性，让学生清楚地认识到大学物理主要学习什么，激发他们主动地、自发性地探索物理本质，培养学生创新思维和意识［5］，这样他们在学习过程中才能真正的感觉到学习的快乐，才能愿意主动地去学习。最后，我们教师需要培养学生的学习方法和技巧，让他们明白如何去学习基本知识和原理，如何把握物理中的规律。下面将从这三个方面详细地分析如何培养学生的学习兴趣，特别是如何上好大学物理的第一堂课。

1 为什么学习大学物理

1．1 物理学是一切工程技术的重要支柱

众所周知，科学是不断发展、进步的，物理学也是不断更新和完善的。到目前为止，物理学经历了五次大的理论综合。物理与工程发展是内在联系的，是认识和改造自然世界的有力武器，实践证明，对科学技术起着推动的作用，甚至使整个人类社会和文明发生了根本性的变革。古代人认为上帝创造了大自然，但随着文明的进步，人类不断纠正着过去错误的认识，人类发明现代化的工具，改变我们的世界，给人类社会带来了极大地发展，也让我们越来越清楚地认识到世界的本质。在探索物质本质的过程中，伟大的发现首先要归功于数学的发展，通过数学符号归纳出规律和本质。这导致了物理是最早从自然哲学中划分出来的一门独立学科。整个物理学包括古代物理学、经典物理学、以及现代物理学，这条历史长河在向前流淌的过程中已经完成了五次历史大综合，形成了瑰丽夺目的物理学思想和理论，造就了一批批杰出的物理学家。同时，物理学的五次大综合也折射出了社会的发展历程：

（1）第一次物理学史上的大综合，诞生了牛顿的经典力学。牛顿在伽利略、开普勒等人的基础上把物体运动规律归结为三条基本的运动定律和一条万有引力定律，把过去一向以为截然无关的地上物体和天体运动规律统一起来，并且运用自己发明的数学理论微积分创立了完整的经典力学体系，完成了物理学历史上的第一次大综合。1685年，43岁的牛顿出版了《自然哲学的数学原理》一书，将自己的研究成果在该书中进行了完整的阐述，建立了经典力学，从而开辟了经典物理学的先河。

（2）第二次物理学的大综合，确立了能量转化和守恒定律。通过焦耳、迈尔、亥姆霍兹、克劳修斯等一大批物理学家的共同努力，导致了热力学第一、第二定律的发现，特别是能量转化和守恒定律的建立，揭示了热、机械、电化学等各种运动形式之间的相互联系和相互转化的关系，从而实现了物理学的第二次大综合。这次大综合不仅由第一次动力革命而来，而且还直接引起了18世纪的工业革命，带来了生产力的巨大发展和社会领域的重大变革。

（3）第三次物理学的大综合和统一电磁场理论的确立。19世纪60年代，麦克斯韦把从库仑定律开始一直到法拉弟电磁感应定律等所有的电磁学理论系统进行系统的归纳和总结，在此基础上提出了联系电荷、电流、电场和磁场的4个偏微分方程组。他提出了位移电流的假设，认为不仅传导电流产生磁场，而且空间电场的变化也会产生磁场；同样，变化的磁场不仅在导体上产生感应电流，也会在空间产生电场。即变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，电场和磁场的相互转化产生电磁波。在这个理论的基础上他推导出电磁波在真空中的速度与光在真空中的速度相等，在此启发下，麦克斯韦又提出光的电磁场理论，即光是频率介于某一范围内的电磁波。在这个意义上，麦克斯韦把电磁、光现象的本质统一起来了，完成了物理学的第三次大综合。应该说第三次物理学理论的大综合对人类社会的影响是非常深远的，它直接导致了第二次动力革命。

（4）第四次物理学理论大综合与爱因斯坦的相对论。爱因斯坦提出了“一切物理定律在所有的惯性系中其形式保持不变的狭义相对性原理”和“引力场同参照系的相当的加速度在物理上完全等价”的广义等效原理，把物质和运动、时间和空间进一步统一起来，把物体的物理本质和时空的几何描述统一起来，完成了物理学的第四次大综合。

（5）第五次物理学理论大综合与量子力学。在普朗克量子学说的基础上，以爱因斯坦光量子理论为先导，1924年法国物理学家德布罗意提出和发展了波粒二象性的思想，提出了物质波的假设，指出一切物质微粒都像光一样，既有粒子性，又有波动性，从而建立了量子力学。自此，人们对物理学世界的认识实现了由宏观领域到微观领域的飞跃，描述宏观现象的牛顿力学成了量子力学的一种极限情况，这是物理学理论的又一次大综合，从而开辟了现代物理学的发展和现代技术的革新，给世界带来了翻天覆地的变化。

1．2 物理学是自然科学和技术科学的理论基础

随着科学体系的不断扩展，理论和方法不断渗透，各种分支学科、边缘学科和应用学科也应运而生。例如，力学分为：流体力学、固体力学、结构力学和空气动力学等，热学分为：热动力学、传导热学和工程热力学等，电磁学分为电机学、电子学、电力学和无线电学等，光学分为应用几何光学、干涉计量学和非线性光学等，近代物理学分为：相对论、激光物理学、半导体物理、等离子体物理、超导物理、高能物理等学科。而且物理学更是渗透到其他学科，如天文学、宇宙学、化学和生物学等，形成了更多的交叉学科。这些学科都是源于物理学的五大综合理论基础，根据技术的需要向各自领域不断发展和渗透，从而形成了现今强大的科学体系。因此，作为理工科的学生，在学习大学课程之中，大学物理是一门必修的基础课，也只有在充分理解和掌握了一定的物理规律和基础知识，学会处理问题的科学方法，才能学好后续的专业课程和技能。

1．3 物理学是创新思想的源泉

创新是以新思维、新发明和新描述为特征的一种概念化过程。由于物理学具有普遍性、基本性和科学性，所以物理学在自然科学中具有特殊的地位，特别是物理学研究过程中的创新思想。任何科学的发展都是来源于人类的不断创新和尝试，在现代社会的变革中，科技创新是社会生产力发展的动力源泉。我们常说的科技创新主要是在科学技术领域的创新，表现在自然科学知识的新发现、技术工艺的创新。然而任何的创新都需要基本的知识和原理，以及科学的思维方法。因此，大学物理不仅要求学生掌握物理学中的基本知识和根本原理，更是要培养学生提出问题、思考问题和解决问题的思维意识，培养学生应用新的方法、新的技术来处理科学中遇到的各种问题。

2 大学物理需要学些什么

物理学是研究物质结构及其相互作用的关系，除了学习必要的基本理论之外，大学生还需要掌握最基本的物理规律才是最终目标。以下是学生在学习物理过程中需认真对待的两个个方面：

2．1 研究物质运动的最基本、最普遍的规律

物理学的研究对象是整个世界，而世界是物质的，实物和场都是客观存在的物质。根据物质的空间尺度大小，我们可以将世界分为三个大层次：宇观世界、宏观世界和微观世界。物理学研究的范围非常之广泛，在空间尺度上从宇观的1027m到微观的10－15m，在时间尺度上从宇宙的寿命1018s到微观的射线寿命10－15s。大千世界，物质所表现的形态形形色色、千姿百态，而物理学正是要在这五彩斑斓的缤纷世界中寻找最基本、最普遍的规律，从牛顿的经典力学到爱因斯坦的广义相对论，人类逐渐发掘更深层次、更基本的物质本质，也不断更新了人们的认知形态，例如从地心说到现今的宇宙学，从绝对的时空论到相对的时空观，最终建立时间与空间是相互联系的统一理论。

2．2 学习辩证唯物主义的科学世界观

通常，认识事物本质需要一个过程，从观察事物的外在表现，到基本规律的发现，再到实践论证理论的合理性。所以，物理体系的建立也是需要通过这样严谨的认识过程，从基本现象的总结，到实验室简化的模拟，再到抽象规律的认识，从而做出基本假设，最后得出了基本原理和规律。因此所有理论都是有一定的局限性，来源于一定范围内的事实，也只适用解释这个范围内的现象，而超出一定的范围就可能成为谬论。然而，在寻找最普遍的物理规律时，必须应用辩证唯物主义的思维方法，从杂乱无章的实验数据中提炼出根本的依据，才能归纳出最为基本的规律，特别要注意抓住事物之间内在联系与相互关联，如实验中发现电磁波的速度为光速，从而认识到光就是电磁波的本质。

3 怎样学好大学物理

3．1 提高认识能力，增强学习的积极性和主动性

兴趣是最好的老师，在物理教学过程中，教师首先要掌握学生进入适宜的学习状态，特别重要的是创设一个最佳的物理教学情景，使学生在心理上、生理上、情绪上产生积极的效应。其次，课堂上的教学内容需要有吸引学生注意力的亮点，主要是教师应用知识本身的魅力和探求真理的乐趣来吸引学生，培养他们的学习兴趣。激发学生学习兴趣之后，需要积极培养他们的学习方法，避免盲目地学习，设法提高学习效率，尽量在有限的时间内高效地掌握学习要领和重点知识。

3．2 弄清物理概念和物理量的准确含义

整体性是系统科学中的一个基本概念，是系统最基本的、最重要的性质。整体性表明，不仅应该发挥系统中各要素的功能，更重要的是要发挥各要素相互联系形成结构的新的功能。学生在学习过程中要善于总结，善于提炼出重点内容，才能更系统地、更完整地掌握物理中的基本规律，才能真正领会到学习大学物理的意义。

3．3 学好数学，注意物理规律的数学表述

物理学思想与方法的教学比传授物理学知识本身更为重要。大学物理主要应用到微积分与矢量分析法，是学生感觉最难的方法。为使学生能更好地掌握学习方法，我始终以一条主线——引导学生建立“微元”的概念，将“微元”融会贯通到整个大学物理课程的教学中，以注重物理模型的建立和数学思维的训练。

3．4 认真做好实验，独立完成作业

大学物理实验课是对大学物理的理论学习提供了一个重要的验证平台，是理工科学生进入大学后最先接触的对其进行科学实验基本训练的一门基础必修课。而实验教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有不可或缺的作用。在实验学习的过程中要提高学生分析问题和解决问题的能力，做到理论与实践相结合，主动地发现问题、提出问题和解决问题。此外，教师还需积极营造一个最佳的学习物理氛围，课堂上学生能够认真听讲，积极主动回答提问，课后能够独立完成作业。

总之，基于高等教育的“应用性”本科人才的培养目标，以及大学物理课程体系的教学改革，我们要努力创新大学物理课堂教学，培养学生创新意识和逻辑思维能力。身处其中的大学物理老师应从大学物理的第一堂课开始，在充分发挥正确引导作用的同时，要最大限度地激发学生的学习兴趣，从而实现学生创新精神、创新思想和创新能力的培养与提高。

［1］ 廖旭，任学藻，周自刚．大学物理课程教学的改革与实践［J］．西南科技大学《高教研究》，2007（1）：63-65．

［2］ 陈红霞．大学物理教学的思考与改革［J］．林区教学，2011（5）：114-116．

［3］ 曾庆光，王忆，朱慧群．应用型人才培养模式下的大学物理教学改革［J］．时代教育，2011（5）：36-40．

［4］ 张晓森，孟影．大学物理教学中引入物理学史的研究［J］．物理通报，2011（1）：6-8．

［5］ 谭朝阳．创新大学物理课堂教学的新思路［J］．科技教育创新，2011（2）：208-209．

On Importance of the First Class of College Physics

YU Long-bao（Department of Physics and Electronic Engineering，Hefei Normal University，Hefei 230061，China）

In an attempt to achieve the teaching aims of College Physics：to cultivate and enhance students’scientific literacy，and to improve their practical ability to apply physical knowledge，and in an answer to the call that local universities need to train more and more application-oriented talents，we now take“how to teach at the first class of College Physics”as an example．We make a brief analysis of how to stimulate learning interest among students and waken their initiative so as to promote the innovative and inquiring ability of students，aiming at improving students’awareness of physics to reach at the training objective of application-oriented talents．

College Physics；classroom teaching；history of modern physics；application-oriented

04－3

A

1674-2273（2011）06-0049-04

2011－05－10

余龙宝（1979－），男，安徽安庆人，合肥师范学院物理与电子工程系教师，博士，主要研究方向：量子信息学。