启发式_讨论式_研究式物理教学的实践与体会

启发式、讨论式、研究式物理教学的实践与体会袁 兵 梁麦林 霍炳海(天津大学理学院应用物理系,天津 300072)(收稿日期:2003-03-18)

摘 要 文章介绍了笔者在大学物理教学中采用启发式、讨论式、研究式教学方面所做的改革尝试以及有关体会.关键词 大学物理;教学改革;实践

目前大学物理教学改革已成为人们的一种共识,大学物理在人才培养和素质教育方面有着不可替代的重要作用.物理教学改革应当以强化人才培养,提高人才素质为根本目标,将传授知识、培养人才和提高素质有机地融合在一起.物理教学改革要改变传统的教学方法,采用启发式、讨论式、研究式教学是一种有意义的尝试.下面是我们的教学实践及体会.1 启发式教学从教育的心理学分析,学习动机中最积极、最活跃的因素是学习的兴趣和求知欲望,兴趣和欲望是接受知识内在心理特征和思维活动的基本条件.启发式教学是改进传统的/注入式0教学方式,在教学过程中充分发挥教师的引导作用和学生的主体作用,充分激发学生积极求索知识的欲望,启动学生思维的活跃与使用效率,从而有利于学习能力的提高.大学物理教材从目录看有许多内容是学生熟悉的,这往往会引起学生的厌烦.因此,上好绪论课是提高学生学习兴趣的第一行动.我们用近两节课的时间讲绪论,一方面先让学生对大学物理有一个大概了解,另一方面让学生知道大学物理在培养能力,提高素质方面的独特作用.通过介绍大学物理与高新技术以及高新技术产品:激光、半导体、液晶、超导、纳米、混沌、电子显微镜、多普勒测速仪(B超)、陶瓷发动机、眼底干涉仪、皇明太阳能管、红外桑拿等的联系,让学生体会到物理学理论是高新技术的源泉和先导.最后特别介绍一下上届学生的学习体会.用学生的话去教育新生,能起到较好的效果.通过短短的绪论课,激起了学生对大学物理的极大兴趣.在教学中,花一定的精力讲述知识的来龙去脉,讲清学完一部分内容后所能达到的能力.使学生思路清晰,提高学习兴趣.讲力学时,告诉学生学完质点力学原则上我们能处理任何一个质点力学问题,即能给出质点瞬时运动信息.而中学所学的是一些特殊运动,往往只求出运动的平均值.使学生感到自己知识的不足,明白学习大学力学能达到如此高的水平,激起强烈的求知欲.学生很自然地去接受新思想、新概念、新方法.讲牛顿定律时,学生还没学到微分方程,对解微分方程有困难,我们认为这种情况,通过物理教师讲解,引入微分方程,对学生建立微分方程的概念是一件好事,具体解微分方程的方法由数学教师讲授.由于学生掌握了速度和加速度的定义,自然理解第二定律是微分方程的形式.理解物理规律往往表示为待求量的导数、微分、积分与已知量的数学关系,这种关系式就是微分方程.这样学生会感到微分方程非常有用,从而会积极主动地去学习微分方程的求解方法.同时精选例题、习题,列举较难而又实际的力学例题,仔细讲解,学生很感兴趣.由于数值计算在科学研究中占有举足轻

52物理与工程 Vol.13 No.3 2003 重的地位,为了让学生对这一点有一个初步的认识,我们用一节课时间介绍牛顿定律的数值解法,多媒体演示数值解例题.通过数值解的讲授使学生了解精确解与数值解的关系,大量物理实际问题求精确解很困难,往往解不下去,数值解适用范围更广.作为教学要求,点到为止,并不要求学生编程求解,目的在于使学生思想上有一个飞跃,不再局限在一些典型习题上面.这种做法也使学生的自信心增强,逐渐适应大学物理的学习方法.重视教学内容现代化,强调理论联系实际.以往许多大学物理教材过分地强调物理内容的系统性和完整性,把物理内容长期固化在一个不变框架内,教学内容长期保持不变,与当前的高科技发展不相适应.我们在教学中优化经典物理内容,同时用渗透法把近代物理内容溶入到经典物理中,作为原有内容的延伸和拓展.例如,讲牛顿运动定律时引入混沌;讲分子运动论迁移现象时引入非平衡,非线性;讲热力学时引入熵;讲平板电容器时引入纳米电容器(清华研制成20法拉电容器);讲磁学时引入超导;讲光学时引入激光、液晶、光信息处理等.这样增加大学物理的时代气息,给物理学这棵大树的/主杆0适当地点缀些/嫩枝绿叶0,使学生嗅到物理学生机勃勃的气息,调动学生的学习积极性.2 讨论式教学讨论式教学是提高教学效果,培养学生能力的有效环节.讨论式教学有两种形式,第一,讲课中不断提出问题,让学生回答,从问与答,启发和解释中确立正确的物理概念、思想和方法;第二,专门组织讨论课.我们认为两种方式结合,便于实现讨论式教学.讨论式教学中教师营造出一种生动活泼的民主气氛,鼓励学生积极参与课堂教学,促使学生注意力高度集中(尤其对于大班教学班),思维高度活跃.在讨论中互相启发,互相促进,让学生从知识运用,技能训练,语言表达和归纳总结方面得到充分锻炼和表现.在电磁学教学中我们扩大定性和半定量描述的比重.介绍库仑定律、电场定义、点电荷电场后,在积分计算电场前,提出讨论题目:定律分析无限长带电线和无限大带电平板周围的电场分布与表达式(与距离的定量关系).通过分析得到定性结果:¹电场表达式与带电体的特征量(线密度,面密度)成正比;º如果不计介电常数,电场的量纲是电量除以距离的平方.由于无限长带电线的特征量电荷线密度的量纲是电量除以长度,所以无限长带电线周围电场E的表达式中只能出现距离一次幂r-1的因子.而无限大带电平板的特征量电荷面密度的量纲是电量除以面积即长度平方,所以平板电场公式中不能再出现距离,即不显含距离,电场E=常数.讨论的结果与书中积分结果相吻合,学生很高兴,轻松记住公式.接着用积分法计算电场.计算以后又给学生提出一个问题:如何从物理的角度去解释无限长带电线周围的电场公式与距离一次方成反比,无限大带电平板周围电场与距离无关?先让学生回去思考,下次课专门组织讨论.讨论课学生首先分析了点电荷的电场为什么与距离平方成反比.认为点电荷激发的电场,可以理解成一个点向四周发射能量.在以点电荷为球心,不同半径r1,r2球面上,相同时间内通过的能量应相同,所以在r处的能流密度与r平方成反比.一根无限长带电线激发电场,可以想象成一个无限长水管,管壁均匀开孔,高压水流流经水管,通过管壁向外沿径向喷出,每个柱面上水流量相同,所以水流密度与距离r成反比,相应无限长带电线的电场也与距离成反比.同理分析出无限大带电平板周围电场与距离无关.通过讨论,学生对电场的理解更深刻,同时学到了新的思想方法,开阔了视野.3 研究式教学研究式教学是让学生对感兴趣的问题,学习中遇到的疑难问题,自己发现的物理现象,教师布置的问题进行一定研究的学习方法.学生可以到图书馆查资料,学生之间也可以进行讨论,最后写成小论文上交老师.教师有选择地组织交流和讨论.

53 物理与工程 Vol.13 No.3 2003研究式教学对于学生是陌生的,教师必须主动引导.我们的做法是开学初期教师先出一个有趣问题,让学生分析、讨论.为鼓励学生学习,制定奖励政策;对写文章的学生,期末根据情况加分.学期初我们介绍以前一个女同学提出的问题)))为什么近视眼镜看上去有/光圈0?这是一个学生人人见过的小现象,并且很多学生拥有眼镜,便于观察与分析.鼓励学生去观察、讨论、分析、解释,写成书面材料.教师不要轻易告诉结果,若有学生写文章,及时表扬,要学会用学生的行动去鼓励学生.效果很好,班里主动学习气氛很快建立起来,学生在宿舍里讨论,去图书馆查资料,更有意义的是学生自己动手做实验.在平面玻璃上点一滴墨水,观察有何现象;在玻璃杯上做实验;在眼镜片外侧点墨水,观察现象.终于发现/光圈0是什么,,.良好的学习气氛,教师要善于引导,要不断地出一些题目,让学生有针对性地钻研.这些题目有些就出自学生的提问.例如:刚体碰撞实验时,教师常用并排挂若干个钢球的演示仪.右边放下一个,左边上来一个球;右边放下两个球,左边上来两个球.有学生问:为什么左边上来的不是一个速度更大的球?教师不要给出答案,让学生下课分析.许多学生通过仔细分析,推导,上交了书面材料.又有女生问:右边两个小球焊在一起落下,会发生什么现象?同样不要回答,也可以告诉学生,此问题老师没想过,让学生帮老师分析,写材料给老师.这正是平时提倡鼓励学生创造性地学习和研究,鼓励学生超过老师的具体做法.有学生在文章中写道/试着用自己的头脑去接近真理,而不是用看惯了别人东西的眼睛0.学生还能把日常发现、观察到的现象加以分析、研究.例:一个男生,有一天在水房打水,偶然将两暖瓶塞重叠在一起,发现拿上面一个时下面一个被吸住了,感觉好奇,好奇心驱使他反复实验,分析,总结.得出一个/结论0:当两手各拿一个盖子(热湿端相对),当靠近到2mm左右时会吸在一起,且吸力与温度及湿度有关.并作了大量猜测,分析.给出若干个答案(其中有一个答案是正确的.)写成文章交给老师.我们在上课时,让该同学上讲台,给同学讲解此问题,教师作引导,给几分钟讨论,让同学课下继续讨论,研究.学生很积极主动.有一个同学,到图书馆查资料,查到有关气体动力学的有关书籍,用伯努利方程解释此现象,写了5漫谈空气动力学6文章.教师利用学生的讨论很简单地介绍一些流体力学的基础知识,扩大学生的知识面.在大学物理课第二学期结束前,布置每个学生写一篇学习体会,给学生一个总结提高的机会.学生很认真地总结学习物理的收获,总结学到的物理思想、物理方法,畅谈物理与数学的关系.这种活动既锻炼了学生总结、归纳所学知识的能力和文字表达能力,又使教师收到许多反馈信息,对改进教学大有帮助.4 实施效果和体会虽然我们的改革实践活动时间不长,但受到了学生的普遍欢迎.学生反映通过大学物理课程的学习,对物理有了更深刻的体会,物理不再是几类习题,一大堆公式,不再是生硬的/骨架0,而是有丰富的思想和方法,并且极具活力.我们将传授知识、培养能力和提高素质有机融合在一起,使教师和学生都尝到了素质教育的好处.仅2002年第一学期133人的教学班,就收到学生写的文章100篇.我们发现新的教学方法改变了学生被动学习的状况,在诸多方面都有好处:(1)通过去图书馆查资料,增强了学生自学和掌握新知识的能力;(2)不断地讨论,使学生勇于发表自己的观点和见解;(3)学会了观察周围的事物和现象,发现问题,分析问题,解决问题;(4)增进了学生之间的沟通与交流.可以说达到了提高学生素质的目的.通过教学实践,我们也体会到:高校具备实施素质教育的条件,关键是教师的教育思想和教学观念需要转变和更新,教师要注意提高素质教育的意识和自觉性,切实改进教学方法,教学内容和教学手段.(完)

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