大学物理和中学物理的力学教学的有效衔接第一期

4 将研究性学习方式应用在力学教学
研究性学习是目前全球推崇的学习方式，不把现成结论告诉学生，而是学生自己在教师指导 下自主发现问题、探究问题、获得结论。研究性教育理念要求任何学科的教学都应该转变以接受 为主的学习方式，让学生在探究性学习过程中主动发展。大学物理作为一门理论与实践结合比较 强的学科，很有必要开展研究性教与学。为了使学生学会学习，使学生学会批判性地思考，学会 获取信息、解决问题、反思和改进自己的学习能力，笔者在力学的课堂教学和教材编写中尝试应 用这种学习方式。
物理中力学的重点，也是难点。
3 大学物理和中学物理中力学研究方法的衔接处理
中学物理主要应用初等数学方法解决理想的和特殊的易处理的物理问题，而大学物理虽然仍 解释类似的物理现象，但是研究的问题更普通和更接近真实世界，使用的数学方法则是微积分方 法和矢量表达。这种方法贯穿于大学物理的各个部分，特别是在力学和电磁学两个部分。
工科院校的大学物理课程多数是从力学讲起。当学生第一次翻看大学物理教材时，会发现 大学物理还是讲力、热、电、磁、光、原子，再仔细查看力学部分，还是质点、位移、速度、加 速度，还是牛顿定律、能量守恒等。面对这种情况，中学物理基础好的学生，感觉这些物理概 念和定律都很熟悉，大学物理为什么还要学？有些学生学习时不注重大学物理与中学物理的不 同，学到后来就会感觉困难。而原来物理基础不好的学生，本来就感觉物理难学，看到大学物 理中的物理概念定律又和各种微积分矢量结合在一起，就更加感到物理的难学。因此，面对这 些有着疑问、困惑或者底气不足的学生，大学物理中的力学教学是中学物理和大学物理的最关键 的衔接。
进一步完善教学条件，建立功能完备的教学资源体系。该体系包括课程标准、课程设计、电 子教材与教案、多媒体课件、教学网络系统、试题库和多媒体资料库、精品课视频库，以及现代 物理学研究的热点及前沿问题网络资源等。
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4.1 启发式的课堂教学
在力学教学中，每个内容都设计一些思考题，通过启发式的提问，让学生主动思考，自主寻 找问题答案。下面以刚体定轴转动教学举两例。
例如，在引入“力矩”的概念时，分别提出三个问题：“月下僧敲门”、“月下僧推门”和“月 下僧踹门”有何不同？为什么门窗的把手都安装在离门轴较远且高度大致在人的腰部？为什么我 们经常说“推门、拉门”而不说“提门、压门”？通过思考这些问题让学生自己寻找影响刚体转 动的力的三个要素，进而给出力矩的概念，并理解力矩的矢量性。
等物理概念理解得更加深入。
研究性习题 1：长久以来，很多人相信从摩天大楼上落下的一枚硬币，如果击中一个人的头
部会要了这个人的命，但美国科学家最近进行的一项研究表明，这种说法只是一个谣言，毫无科
学根据，城市里的人可以放心大胆地在摩天大楼下方穿行。你认为这是一个谣言吗？如果落下的
是一个圆珠笔呢？写出你的观点并加以论证。
2 大学物理和中学物理中力学内容的衔接处理
大学物理中的很多力学概念和定律是学生熟悉的，但是中学物理中描述的力学现象是不全面 的。因此，在大学物理中要让学生了解力学概念的最一般表达和应用，尤其是物理概念和定律的 微积分和矢量表达。
例如，质点运动学的重点是掌握位矢、位移、速度和加速度等描述质点运动和运动变化的物 理量，理解它们之间的微积分关系；理解圆周运动在极坐标系和自然坐标下的描述，尤其是角速 度、角加速度等角量描述以及切向加速度和法向加速度的含义。
例如，质点运动学中的位矢、位移、速度、加速度、切向加速度和法向加速度等物理量都是 矢量，它们之间是微分或积分关系，因此质点运动学的重点是理解这些物理量在不同坐标系的矢 量表达，并能够应用求导和积分解决运动学的两类问题。
又如，牛顿第二定律、动量定理和动能定理应用于一维变力和曲线问题都要涉及微积分和矢量运 算，而变力的冲量、变力的功、质点（系）的动量和角动量则涉及矢量的标量积和矢量积的运算。
作者下面从四个方面谈谈在力学教学中所做的中学物理和大学物理的有效衔接。
1 重视大学物理的绪论课，明确大学物理和中学物理的区别和联系
大学物理的绪论课非常重要，是两者衔接的首次介绍。作者一般和学生讨论《大学物理》“为 什么要学”、“学什么”以及“怎么学”等三个问题。
其中两者的区别是绪论课中的重中之重。相对于中学物理，大学物理的内容更深刻，方法更 多样，数学描述更精确。尤其向学生说明，同样的物理概念和定律，大学物理描述的是更普遍和 更接近真实世界的问题，使用的数学工具则是微积分和矢量。对于普通的工科学生来说，微积分 方法的使用是难点，是“最难对付”的。因此，作者常常在绪论课上向学习过高等数学的微积分 的学生提出这样的问题：微分是什么？积分是什么？为什么要用微积分？接着笔者从学生最熟悉 的匀速和匀变速直线运动出发讨论最一般的直线运动，从而解释微积分的内在含义。这样在第一 次课就使学生对使用微积分、学习大学物理有一个感性的认识。
还有，关于微积分“如何分割”、“如何求和”的方法和技巧，在学习转动惯量时可让学生初 步体会到微积分在物理中的必要性和重要性，并理解从质点这个理想模型到线到面到体的积分，这 是物理学科中由简单到复杂的常用的解决问题的方法，也是与高等数学中的多重积分不同的积分 技巧。这种研究方法如果得到了理解，在学习电磁学的场强叠加、电势叠加以及磁感应强度的叠 加时就容易接受和掌握了。
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（上接第 82 页）
4 以提高教育教学质量为目标，加强精品课程与教材建设
以大学物理及大学物理实验课程的建设为重点，以提高师资队伍水平为支撑，以改革教学内 容和教学技能为手段，以提高教育教学质量为目标，大力加强精品课程建设。在校级、二炮优秀 精品课程的基础上，逐步提升档次，建设军队和国家级精品课程。通过精品课程建设，为学生提 供优质教学资源。
加强教材建设，优化组合教学内容，整合、开发、挖掘物理教学资源，开展例证教学研究与 实践，教学中融入物理学发展前沿热点问题，并渗透武器装备技术物理原理，加强物理基础理论 与专业工程技术的结合，体现军事工程教育特点，组织编写《高科技物理原理》、《新概念武器物 理基础》、《现代物理与军事高科技》、《大学物理例证式教学》系列教材。
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大学物理和中学物理的力学教学的有效衔接
徐红霞 （上海工程技术大学物理教学部，上海 201620）
摘要 关键词
力学是大学物理的开篇，做好大学物理和中学物理的衔接是非常必要和重要的。 本文介绍了作者在力学教学时所采取的有效衔接的四个措施。 大学物理；中学物理；力学教学；有效衔接
在动量定理这一节，首先给出“思考”题：
由牛顿第二定律 F
dp 得 F dt dt
dp ；对于有限时间过程有
t2
Fdt
t1
p2
p1 ，上述表达式中，
包含哪些物理量？它们的大小和方向怎样？
Hale Waihona Puke 这样由牛顿第二定律的一般表达式给出动量和冲量的概念以及动量定理的表达式。
然后提出“讨论”的四个问题。通过“讨论”，引导学生把动量、冲量、平均冲力和平均冲量
又如，在讲解刚体转动的运动学之后，引导学生发现刚体的匀速转动与匀速直线运动以及刚 体的匀变速转动与匀变速直线运动的描述相似性，并提出问题“它们为什么运动的描述相似？”然 后引导学生类比猜想，既然运动描述类似，动力学的运动规律是否也一致呢？有没有和牛顿运动 定律类似的规律呢？接着用数学推导验证猜想的刚体定轴转动定律，再次类比归纳相对应的物理 量，猜想刚体动能定理和角动量定理，并让学生自己用数学推导由刚体转动定律验证猜想的刚体 动能定理和角动量定理。最后比较质点运动和定轴转动，分析相似的原因，体会物理世界对称、简 单、和谐的美妙。
又如，质量为恒量的牛顿第二定律是中学物理中的重点，它主要应用于一维恒力的直线和连 接体问题。大学物理的重点则是理解牛顿第二定律的普遍形式，并重点应用于一维变力和曲线问题。
再如，机械能守恒定律是学生所熟悉的，但是在大学物理中引入了万有引力势能和弹性势能。
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因此涉及万有引力势能和弹性势能的机械能守恒是大学物理学习的重点。 还有，动量、冲量、角动量以及刚体定轴转动的有关内容在中学物理里讲得较少，这是大学
研究性习题 2：对于太空垃圾，你有什么好的处理方法？
这类对实际现象的解释和分析的习题，有助于学生更好地理解现实世界，从而更好地理解物
理知识。这类问题没有标准答案，需要学生自己提出观点，寻找证据并支持自己的观点，并对现
实问题做出自己的决策。
5 结语
力学作为大学物理的开篇，处理好大学物理和中学物理的衔接，就能使学生对大学物理的学 习有了解、有兴趣、有信心、有方法，同时还会有压力，为学好大学物理这门课程打好基础。
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4.2 研究性学习应用于“卓越计划”教材的力学编写
为使学生获得自主发现问题、探究问题和获得结论的学习方式，在我校编写的“卓越计划”教
材中也得到了体现，主要做了以下两点。
（1）增添了节前“思考”题和节后“讨论”题。这些问题有的是启发性问题，有的是深入分
析讨论等。
（2）结合生产生活实际或工程应用，作者尝试着编写一些研究性开放性的习题。