关于高校大学物理课程中对物理定律与原理教法的探索

【摘要】针对目前大学物理课程中对物理定律和原理教学中存在的问题，在基于学生学习特征的基础上，提出了改进的四步教学法：即通过历史背景分析、具体内容分析、使用范围分析和意义与具体应用来对物理定律和原理进行讲授。

【关键词】物理定律与原理 四步教学法

【课题项目】本课题受广西区教改项目（2015GJA229）资助。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）07-0172-01

物理定律和原理是物理现象和物理过程在一定条件下发生发展和变化的必然趋势，它反映了在一定条件下某物理量之间的内在必然联系，它是构建物理大厦的框架，成为物理学发展的基础。在对大学物理学习过程中，物理定律和原理是大学生重点要掌握的内容，学生一旦熟练掌握了这些内容，将会更为有效地促进学习大学物理的效果。

一、当前大学物理课程中对物理定律和原理的教学现状

当前在讲授大学物理中物理定律和原理时，许多老师采用的一般程序为：先分析其研究目的、内容和方法；然后分析文字表述和关系式；再分析各个量之间的关系；最后分析适用范围和通过例题具体进行应用。这种方式基本上与中学教学方式类似，它存在一些明显的缺陷：

（一）传统教学模式缺乏系统性和体系性

物理学中的许多定律和原理既相对独立又彼此关联，彼此构成一个有机的整体。目前我们在具体教学过程中，往往只针对某一个定律和原理进行讲授，或者仅仅同一领域中的定律和原理的关联进行简单分析，而对于不同领域中彼此的关联几乎不提。如对力学里的动量守恒定律进行讲授时，会简单分析牛顿运动定律和动量定律之间的关联，而对于与其它如刚体力学之间的关联很少涉及。

（二）重应用，轻背景与发展现状分析

目前对物理定律和原理教学中，往往只注重培训学生解题的能力，而对于该定律和原理的背景和发展现状很少提及。即知其然而不知其所以然，学生学习的主要目是完成作业和考试。这种功利性的教学带来的后果是学生一旦学完、考完之后很快就忘记，几乎不会留下深刻的印象，这对于学生物理能力的培养效果不明显。

（三）对定律和原理的适用范围分析不够深入

在对物理定律和原理的使用范围分析时，缺乏发展的观点，只是局限在该教材内容设定的具体环境下。如对高斯定律讲授时，在分析适用范围时往往只注重对于静电场、静磁场和电荷对称分布情况下才能应用高斯定律，这种适用范围的分析过于表面和浅显，基本上是照本宣科，实际上高斯定律的适用范围远不如此。

二、应用四步教学法来讲授大学物理课程中的物理定律和原理

针对目前在大学物理定律和原理教学存在的问题，拟在先前教学的基础上提出四步教学法，总结为：一个中心与三个基本点，以对定律和原理会进行具体应用为中心；以背景分析、具体内容分析和适用范围分析为三个基本点。

（一）物理定律和原理历史背景分析

任何物理定律和原理的建立都具有相应的历史背景：包括建立的基础、过程、发展现状分析。这部分内容实际上是属于科学发展史的内容，历史故事可以提高学生学习的趣味性，起着把科学知识包上“糖衣”的作用，对于其历史背景的追溯，有助于学生更好地理解这些定律和原理。如以高斯定律为例，可以通过讲解高斯的发现历程、简介等来增强学生的兴趣。

（二）物理定律和原理具体内容分析

具体内容分析应包括：研究目的、内容和方法；内容的文字表述（即研究结果）；数学表达式；具体各量的单位关系等。如对动量守恒定律内容讲授时，其研究目的和内容是为了分析物质相互作用过程中形态的传递与转换，而采用的方法是用群论中的对称性问题所涉及到的守恒律，因而有着更为广泛的应用，而对它的具体文字和表达式应从牛顿运动学和动力学综合来推导，这有利于学生更容易理解。

（三）物理定律和原理适用范围分析

任何物理定律和原理都是在一定的环境中得到的，因此它有着特定的适用范围。对于其应用范围的分析是培养学生具体问题具体分析能力的重要手段。如牛顿运动定律，在适用范围讲授时：应让学生明确其应用范围的外延和内涵是动态的，它的应用从质点发展到质点系和刚体，从宏观运动拓展到天体运动和介观的粒子运动，最终概括成牛顿运动定律适用的范围为宏观、低速物体。宏观指的是在大于nm量级的物质运动，低速指远少于光速，平常所说的第一、第二和第三宇宙速度尽管很快，但还是远少于相比光速，在这种情况下，牛顿运动定律仍能非常精确反应物体的运动规律。

（四）物理定律与原理的意义与具体应用

物理定律与原理的意义是反映了各物理量之间是怎样联系的，如牛顿第一定律物理意义在于，它揭示了“运动和力”的关系——力不是维持物体运动状态的原因。而对其具体的应用是教学的重点和难点，规律和原理呈现出来之后，最终目的是通过运用来加深理解，使新知识与已有的其它知识链接起来，这就进入了四步教学的第四阶段——意义与具体运用阶段。

具体实施过程是通过恰当选择物理习题和生产、生活中的实际问题，有计划、有目的，循序渐进地引导学生解决这些问题，从而使学生逐步掌握解决问题的思维过程、思维策略和思维方法，最终实现其教学目的。在实施过程中，需要考虑学生特征，通常采取循序渐进、逐步加深的教学方法。具体可分为：初步的直接运用，如直接运用公式进行计算，运用定律和原理对物理性质直接判断等，这一内容一般在授新课中即可进行，以对新学知识作初步巩固；逐步提高的间接引申，如公式的变形使用，隐含条件的挖掘，推论的形成等；与其他物理知识的交叉和整合；对规律的再认识，与已有知识的整合，以达到融会贯通。在对物理定律和原理应用过程中，不能只停留在单一定律与原理的本身和其零星的运用上，应将它纳入学生已有的知识结构中去，这样才能做到对知识的全面掌握。在这一阶段过程中，教师通过做好再认识示范，教给学生方法，指导学生运用提纲进行结构性回忆和复习，通过做综合性练习题，让学生尝到再认识规律的好处。

通过四步教学法，学生能更有效地掌握和运用物理定律和原理来分析和解决具体问题，使学生更容易获得分析解决问题的能力和培养学生的物理素养，从而提升学生的自身科学素质。

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作者简介：

夏雄平（1979-），男，湖南娄底人，博士，副教授，研究方向：激光等离子体相互作用。