对公安应用物理教学改革的探讨——以贵州警察学院为例

徐 梅

（贵州警察学院，贵州 贵阳 550005）

1 大学物理教改的意义

《大学物理基础教程》是交通管理专业和刑事技术专业必学的重要学科。它不仅培养学生适应当前高科技发展、增强学生科学素养和对物理前沿研究成果的认识，而且在培养学生的创新精神和科学研究意识等方面具有重要作用[1-2]。然而大学物理在公安院校中重视不够，公安专业学生认为大学物理和今后工作实践结合度不高，导致学生学习心理预期下降，学习方式基本上是被动强行灌输式学习。如何提高学生学习大学物理的积极性，掌握物理学规律和方法、培养独立思考物理问题的思维能力，从而更好地在新兴崛起的物理研究领域发挥其作用，这些问题是作为一名大学物理教育教师亟须思考的问题。本着有利于提高教学质量、提升育人效果为原则，对公安专业的学生开展课程教学调查分析，从调查研究中提炼出几点突出结论，从结论出发提出新时代背景下教学改革的一些教改思路。

2 问卷调查及结论

以交通管理专业和刑事技术专业的大一学生为调查对象，设计大学物理教学现状调查问卷。通过问卷调查的方式及时了解学生的学习需求、学习中遇到的问题及困难，引导学生利用多元的新媒体网络资源自主学习以达到教学高质量的目的[3]。问卷共计140份，有效问卷135份，问卷共设置12个选择题，题型的设置主要针对学生对课程的认识、学生在学习中产生畏难情绪的地方以及如何激发学生课程学习兴趣方面出发。根据调查结果得出以下结论：（1）将近7成的学生认为用高等数学知识来解决物理问题时有必要的；（2）90%以上的学生觉得上大学物理这门课需要增加演示实验或动画视频；（3）6成的同学觉得一学期开设1-2次侧重物理应用的小班讨论课来辅助教学是有必要的。针对上述较为突出的调查结论，对大学物理提出以下几点教改思路。

3 大学物理教改思路

3.1 利用高等数学解决物理问题的能力

大学物理很多问题都要借助高等数学中的知识来解决，对于刚接触高等数学或是知识体系不扎实的学生来说，要想得心应手的运用此工具来解决大学物理遇到的问题是非常难的，学生因此会害怕学习大学物理课。所以，学生应用高等数学的能力要不断在大学物理教学中加强提高，让学生感受到通过高等数学去解决物理问题是一件有乐趣的事情。在讲学初期，要系统而全面地讲解涉及高等数学的物理问题。如质量为M，长为L的均质细棒AB，求转轴通过棒的中心并和棒垂直的转动惯量，这就利用高等数学中微积分知识来解决物理问题最好的例子。这是求刚体的转动惯量，因为刚体是特殊的质点系，每个质元的转动惯量可表示为I=mr2，这里的细棒是由很多质元构成，所以要想求转轴通过棒的中心并和棒垂直的转动惯量，就要用到高等数学中的积分思想来解决。这个过程中转动惯量是连续变化的，建立一维坐标轴Ox，在距原点x处取一微元dx，O点在AB棒的中点处，如图1所示。此题中研究的是一维形状，根据转动惯量的定义公式可知，为棒的质量线密度，则该微元的质量可表示为，要想求转轴通过棒的中心并和棒垂直的转动惯量就要进行积分，此时转动惯量为

图1 转轴通过棒的中心并和棒垂直

3.2 增加较多的物理知识动画视频和演示实验

在大学物理教学中，适当地增加一些物理演示实验和物理相关知识的动画视频会激起学生的求知欲和好奇心，对于学生而言，这样的教学方式不仅带给他们一种新鲜感，同时让学生由原来的被动学习转变为主动学习。对于老师而言，老师可以摆脱传统“教”的枯燥教学模式，增加物理知识动画视频和演示实验的过程中，可以和学生互动，让学生可以边“玩”边学，边“看”边学。如在讲到动量守恒定律时，可以在课上演示动量守恒定律实验，演示过程中，让学生参与其中，这样学生更加深刻地理解动量守恒定律使用的条件和原理。当讲到自感现象时，可以加入动画视频，动画会很生动的显示电流的走向、开关的情况、灯泡亮与熄的情况等等。通过加入动画视频学生对自感现象的产生有更加深刻的了解，观看动画视频后再结合理论知识的讲解，让学生对自感现象的原理和解释有一个更深层次的理解。除此之外，可以引入尖端放电、光栅以及多普勒效应应用在医学检验上的动画视频等。

3.3 基于Matlab编程软件处理教学难点

大学物理中很多知识点抽象且不易理解，要想让这些较难的知识点直观、生动地展现在学生面前，Matlab编程软件可以实现这一目的，通过Matlab编程软件可以反映出物理现象和规律，它是辅助大学物理课程教学的重要手段之一[4]。比如在讲单列波时，学生对波的形成和传播方向以及振幅、频率、相位等概念很难理解和区分，这时，可利用Matlab编程软件，把不同相位波的图像做成动画显示出来（如图2所示）。

图2 不同相位的单列波

图3 单缝衍射

3.4 开展物理应用的小组讨论课

每学期开展1-2次的小组讨论课，这种小组讨论课是结合学生专业而设置的，培养学生对科学的探究精神和对真理的钻研精神。在学期前期就布置讨论课的任务，采取讨论和平时分挂钩的方式，学生的参与度和上心程度会更高，整个过程培养了学生的团队合作能力和解决问题的能力。讨论课的题目为：

（1）将一个生鸡蛋和一个熟鸡蛋放在水平桌面上让其旋转，判断哪一个是生哪一个是熟，其中的原理是什么？

（2）在一起交通事故中，一质量为m1的车辆以瞬时速度v1与另一辆质量为m2，瞬时速度为v2的车辆相撞，相撞后两车一起运动数米停下，请分析此过程运用到哪些物理原理？两车共同运动的速度、有效碰撞速度、两车的速度变化如何表达？

题目2是针对学生的专业给出的讨论题，这道讨论题与学生的专业较紧密，对今后他们在工作中对交通事故的研判有很大的用处，加之学生对碰撞知识有一定的基础，因此学生对这道讨论题很感兴趣。在设计这道讨论题时，有些隐性的问题没有直接给出，目的是让学生在讨论这道题、查找资料时去思考这里面涉及的知识。结果显示，有极个别的同学在调研时发现，真实的两车碰撞要解决车辆变形（即车辆变形与碰撞速度的关系）的问题。通过这种讨论课学生不仅能讲清楚原理，而且在查阅资料、调研时还能自主地思考问题。因此，开展物理应用小组讨论课是行之有效。

4 结语

《大学物理基础教程》作为今后公安业务工作的理论指南之一，它对培养公安院校学生的物理创新能力、实践操作能力具有巨大作用。本文以引入高等数学方法、动画实验和视频，开展分组讨论、利用Matlab编程软件等教学辅助手段为导向，旨在提高学生的学习兴趣及思考问题的能力，对大学物理教学方法改革进行探讨，与传统教学方式相比呈现出较好的效果。当然，教学改革方面的研究还有待进一步深化和改善，比如要找更多与交通管理专业和刑事技术专业学生专业课相匹配的物理知识，即专业课实战实例等，这就需要与公安专业的教师沟通交流，挖掘两个学科之间的衔接元素，同时也需要诸多方面的知识体系有机融合。