浅析新工科背景下在思维导图指导下的研讨对大学生物理思维的影响

赵超樱 葛凡 黄清龙 吴玲

【摘要】：大学生物理课程的学习方法跟高中生物理课程的学习方法是完全不一样的。前者更加侧重物理思维的培养和对物理原理的过程分析。本校物理课程中存在的问题，在课程设计中采用教学网络平台和思维导图交互使用的方法，为后续开展物理教学给出指导意见。

【关键词】：新工科背景  思维导图  物理  教学网络平台

【基金项目】感谢杭州电子科技大学高等教育教学改革一般项目（ZX180402309048）支持。

中图分类号：G624.4

1、大学生物理课程与高中生物理课程的区别

高中生物理课程中介绍的原理通常直接给出最终结论，没有复杂的推导过程。这样有部分学生通过强行记忆记住了结果，但是对于为什么会出来这个结果学生思考得非常很少。高中生对物理知识的理解都是片段化的，还没有完全消化吸收，还不能独立解决一个理论问题。大学生物理课程刚好反过来重点讲这个结果是怎么出来的？大学生物理课程的讲解也是依照从一到多，从简到难的过程^[1]。譬如《应用光学》课程从单个球面镜成像到两个球面镜成像（单透镜成像）再到多个透镜构成的透镜组成像。如果考虑透镜的厚度，那么两个球面镜成像（单透镜成像）还需要再修正^[2-3]。譬如《物理学原理及其工程应用》课程从单个质点到多个质点，再从多个质点到质点系，举一反三，再从力学到电磁学，遵从相同的物理思维方式，从抽象到具体。通过物理建模，能独立的解决一个实际的问题。

2、物理课程的设计和物理思维的培养

大学生物理课程的学习过程中，知识点很多，每堂课的知识点又相互关联。如果每节课都是推导繁杂的公式，学生最后考试通过刷题获得高分，这样长久下去学生对物理课程的学习就会散失兴趣，会觉得课程枯燥无味。在新工科背景下，我们将与生活息息相关的有趣的物理现象作为研讨题目，让研讨组的同学通过思维导图先将知识点引出来，并通过实际案例介绍知识点。这些实际案例是他们从小玩过，或者是用过的某些技术，但是不知道其中的物理原理，或者对原理模棱两可。在此基础上，通过让学生课后手工制作和视频录制等方式在课堂上进行讲解和演示，并运用已有的知识进行数值模拟。这培养了学生的物理思维。让学生充分的发挥实践动手能力。这些题目极大的带动了学生的学习积极性。独立完成一个小的课程设计，并在课堂上讲解和演示，极大的增强他们的自信。这在其他课程中是没有的。通过《应用光学》课程设计让大学生了解这些高大上的光学仪器设计的基本过程。从中找到激发点。单纯的讲课并不能把这个过程完整的呈现出来。这是一个循序渐进的过程。需要学生对光学知识有一定的了解，同时将知识与实践相结合，培养他们用物理思维方式来思考问题。通过《物理学原理及其工程应用》课程设计整个过程连贯起来就是：发现问题，提出问题和解决问题。物理思维的培养过程是一个循序渐进的过程。最后通过教学网络平台考察学生对这个知识点的理解。对于知识点掌握不好的学生，作业打回重做，直到将知识点掌握了为止。这样的课程设计可以让学生直观的体会到物理原理的实际应用与工业界的巧妙设计，感受到物理对于日常生活的重要性和不可或缺性。让学生从高中的题海战术中解脱出来，进入物理思维的海洋中去，对很多司空见惯的生活现象能问一个为什么？

3、思维导图在大学生物理课程学习中的应用

譬如《应用光学》课程中的景深。首先，让光学专业的学生先通过思维导图引出照相机、摄影机、望远镜等光学仪器要求在某个像平面上给出整个空间的像时产生的景深现象。举例普通手机拍摄出的背景虚化的景深效果图。并比较有无景深时，图像的成像质量。其次，让学生自己动手做牛顿环实验，通过调节显微镜的调焦旋钮调节牛顿环图像，发现在很小的一段距离内都可以看清，并进一步解释产生这个现象的原因。再次，通过景深计算器、景深软件来调节参数，给出不同参数对景深的影响。最后，通过教学网络平台加深学生对景深这个知识点的理解。

譬如《物理学原理及其工程应用》课程中的竹蜻蜓。竹蜻蜓是世界上最早的飞机模型，17世纪由中国的苏州巧匠首次发明，18世纪才传到欧洲。首先，让机械制造专业的学生先通过思维导图给出线动量和角动量之间的关联和区别。举例花样滑冰、跳水、九条命的猫等让学生总结出角動量守恒的条件。其次，让学生自己动手做竹蜻蜓，研究不同材质、不同横截面积，不同旋转速度和不同旋转角度等因素对竹蜻蜓角动量特性的影响。最后，通过教学网络平台加深学生对角动量守恒这个知识点的理解。

参考文献：

[1]姚文苇。思维导图在大学物理教学中的有效应用。教书育人（高教论坛），2015，8：94