大学物理的导学模式及其课例

2013-01-17潘学琴

物理通报 2013年9期

潘学琴

(装甲兵工程学院基础部理化教研室北京 100072)

孙作江

(防化学院物理教研室北京 102205)

近年来，为了响应院校教育转型的号召[1，2]，大学物理教学改革[3,4]的重点是充分调动学生学习的积极性、尊重学生的主体地位、发挥教师的主导作用．在注重物理知识结构学习的同时，加强学生能力的培养——自主学习能力、动手实践能力和联系实际的能力[5,6]．探索和实践以自主、创新和实践为特点的大学物理导学模式．

1 导学模式的操作要点[7]

1.1 问题引导自主学习掌握基础

教师提出本节的基本问题，学生根据问题的引导，自主学习，既掌握本节的基本内容，又培养了学生的自主学习能力．

1.2 点拨提高动手实践深化理解

在完成自主学习的基础上，教师针对具体问题进行点拨、分析和讨论，得出一些联系实际的或有趣的结论，建议学生动脑动手，开展创新比赛，看谁的设计、制作巧妙有效．通过实践来检验这些有趣的结论，即提升学生对基本理论的理解，又培养了学生的创新能力，为下面进一步的学习做好铺垫．

1.3 要求拓展注重应用归纳提高

通过“问题引导、自主学习”“点拨提高、动手实践”的教学，学生对基本理论及其简单应用已有了较好的理解，这时进一步要求学生在此基础上自主学习理论知识，并了解在科技前沿、生产实际等方面的重要应用，进一步拓展该内容的外延；同时要求学生对本知识点进行归纳小结，同以前的类似点或关联点进行对比，建构新的、更完整的知识结构框架．

2 导学模式的课例——碰撞和两体问题

以文献[8]中的“碰撞和两体问题”为例，给出导学模式的教学总体设计及操作要点．

2.1 在问题引导下打牢基础

课前，教师将“碰撞”的基本内容以问题的形式提出来，学生根据问题的引导，自主学习，掌握本节的基本内容．具体问题是：

(1)什么叫碰撞？生活中有哪些实例？

(2)碰撞分哪几类？各有什么特点？

(3)什么是完全非弹性碰撞？搞懂例题．

(4)什么是完全弹性碰撞？读懂例题．

2.2 在点拨和实践中升华理解

通过学生课前预习，对碰撞的概念有了比较系统的了解，在此基础上引导学员进一步讨论“资质能”，对碰撞中的具体情况深化理解，而后鼓励学员将理论知识进一步转化成实际应用．

如在“完全非弹性碰撞”中，分析引入了“资用能”，说明了现代高能粒子加速器——对撞机的物理机理．在“完全弹性碰撞”中，分析了公式[8，9]

的各种特殊情况的有趣结论(本公式的推导在自主学习中由学生自己完成)．

(1)当m1=m2时，交换速度，已有很多制作；

(2)当m1≪m2，且v20=0时，v1=-v10，这种情况生活中有很多实例；

(3)当m1≫m2，且v20=0时，v1=v10，v2=2v10，交通事故测量的依据之一；

(4)当m1≪m2，且v10与v20反向时，v1=-v10+2v20=-(|v10|+|2v20|)，此时v1的大小大于v10的大小，即碰撞后m1的速率明显增大了，这种现象叫弹弓效应，v1=-(|v10|+|2v20|)是最有利于速率增大的情况．

我们组织学生制作了多种演示器来演示弹弓效应．通过对弹弓效应的分析和相关的制作演示加深了学生对基本知识的理解，培养了学生的创新能力，极大地调动了学生科技制作、关注高科技的热情．图1是某学生针对v10=-v20时的弹弓效应演示器的设计和制作,则有v1=-3v10；演示时，手持上方露出的细铁棍，使铁柱与硬质地面保持垂直，铁柱稳定后，两指松开，使两小球同时做自由落体运动，待落到地面后，上面小球的弹起高度远远高于原自由下落时的高度，很好地演示了弹弓效应[10]．

图1 自制的弹弓效应演示器

2.3 在拓展和应用中实践创新

通过“问题引导、自主学习”和“点拨提高、动手实践”的教学，学生对碰撞的基本理论及其简单应用已有了较好的理解，教师进一步要求学生自主学习弹弓效应在航天技术中的应用[8]，理解伽利略探测器到达木星的3次增速的原理；理解探测土星的核动力航天器——“卡西尼”号4次利用了助推技术来加速和改变航向的原理，既加深了对碰撞的理解，又激发了学生对科技的兴趣和热情．

同时要求学生对本知识点进行归纳小结，同以前的类似点或关联点进行对比，建构新的更完整的知识结构框架．在这里，要求学生自主学习“两体问题”，要求学生把以前学过的“粒子散射”“电子绕氢核运动”等问题简化为单体问题，并讨论它的精确数学解析解，提高了认识，重构了知识框架．