摘要：物理規(guī)律反映了不同物理現(xiàn)象的規(guī)律性，也是大學物理教學的核心內(nèi)容.以物理規(guī)律的形成、表述、適用范圍和實際應用4個步驟為基礎，構(gòu)成了物理規(guī)律教學的四步法，并將其應用到大學物理課堂教學中，能有效提高學生的物理水平和綜合素養(yǎng).

　　關鍵詞：物理規(guī)律;四步法;大學物理

　　物理規(guī)律反映了各種不同物理現(xiàn)象的規(guī)律性，包括物理定律、定理、原理、假說和方程等基本物理形式的表述，是物理學對自然界的物理現(xiàn)象理性的描述，是反映物理現(xiàn)象和物理過程本質(zhì)屬性的一種抽象[1]，也是大學物理課程教學內(nèi)容的核心組成部分.因而做好物理規(guī)律教學，也就成了提高大學物理教學質(zhì)量的關鍵因素.而把大學物理各部分內(nèi)容用其典型的物理規(guī)律串起來，以縱深挖掘物理規(guī)律為突破口，也就成為大學物理教學的關鍵點.在實際教學過程中，以強化物理規(guī)律教學為契入點，以物理規(guī)律的形成、表述、適用范圍和實際應用4個過程為基準點，由淺入深，由表及里，由形成到應用，環(huán)環(huán)相扣，步步深入，形成了物理規(guī)律教學的四步法.并以物理規(guī)律教學的這4個過程串起了整個大學物理教學的全過程.

　　1物理規(guī)律的形成

　　要想教授好大學物理，首先必須傳授好物理規(guī)律，而物理規(guī)律教學則首先必須從其形成開始.物理規(guī)律是在植根于大量實驗的基礎上，經(jīng)過抽象化提煉而成的，它的形成途徑大致分為2種情況：(1)經(jīng)過多次觀察、實驗，進而經(jīng)過歸納推理得出;(2)根據(jù)已有的物理規(guī)律和概念，經(jīng)過演繹而得出.這2種情況，在大學物理教學中，以第1種情況更普遍.既然物理規(guī)律的形成源于實驗，那么在教學中以實驗教學、演示實驗或?qū)W生實驗為先導，就形成了突破物理規(guī)律講授難點的有利條件.因為受到教學時數(shù)等先決條件的限制，這類實驗基本以課堂演示實驗為主.演示實驗在物理規(guī)律教學中具有探索性的性質(zhì)，總體看來，這類探索性的演示實驗是在重復前人探索物理規(guī)律時所做過的實驗，學生學的是前人從實踐中總結(jié)出來的間接知識.因此，在實驗時，必須講清實驗之所以這樣做的思路，要在特定條件下從錯綜復雜的現(xiàn)象中抓住重點，排除次要因素，引導學生去粗取精、由表及里.在感性認識、理性思考的基礎上，揭示物理現(xiàn)象的規(guī)律，完成認識上的第一次飛躍.

　　例如：在講述伯努利方程之前，用2張硬紙片平行懸掛，當在紙片中間用力吹氣時，2張紙片會因中間壓強低而相互靠攏，而不是我們想象的向兩邊分開.在學生感到新奇驚訝之時，明白了“流速大，壓強低”的原理.再如，講述自由落體運動下落時間與物體重量無關時，先在同一高度同時釋放一枚硬幣和一張紙片，結(jié)果是硬幣先于紙片著地.接著將紙片揉成一個紙團，再在同一高度和硬幣同時釋放，則二者幾乎同時著地.在此基礎上，進一步在抽成真空的玻璃管中，讓羽毛、紙屑、硬幣、砝碼和小石頭等物體從同一高度同時下落，則其下落的時間完全一致.實驗證明，在沒有空氣阻力時，物體下落的加速度是相同的.學生從這些演示實驗中得到了大量的感性認識，再經(jīng)過由表及里的思考，認識到事物的本質(zhì)，從而建立起正確的物理圖象，形成對物理規(guī)律的正確認識.

　　當然，對某些不便于直接通過演示實驗展示且大學物理實驗還未學或做的內(nèi)容，如固體的能帶、德布羅意波和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型等，則首先從歷史的角度來闡明形成這些物理規(guī)律的科學背景，進而強調(diào)這些理論乃至假說形成后也必須經(jīng)過大量的實驗所證實和檢驗，方可確認是真正正確的物理規(guī)律.

　　2物理規(guī)律的表述

　　物理規(guī)律是對某一類物理現(xiàn)象的本質(zhì)反映，是其共同遵守的科學規(guī)律.因此，在大學物理教學中，闡明物理規(guī)律的意義，正確表述物理規(guī)律就成為了課堂教學的核心要素.絕大多數(shù)物理規(guī)律都可以用公式來

　　起來很復雜，但將其表述為：在真空靜電場中，穿過任意閉合曲面的電場強度通量等于該閉合曲面所包圍的所有電荷代數(shù)和除以真空電容率[2].學生只有很清楚地理解了物理規(guī)律的公式表示，那么其語言表述也就會自然銘記于頭腦中并形成自己的理解.在研究物理的時候，重要的是抓住最主要的東西[3].在大學物理教學中，表述好物理規(guī)律，就是抓住了最重要的東西，這也是學好大學物理的重中之重.

　　當然，還有某些物理規(guī)律并不能用絕對的數(shù)學公式表述，如牛頓第一定律、楞次定律等，就更需要從該規(guī)律所蘊含的物理本質(zhì)及科學引申上理解.總體來說，對于物理規(guī)律的表述，是大學物理教學內(nèi)容的核心，在教學中，最重要的還是要引導學生在記牢物理公式、正確闡述物理規(guī)律語言表述的同時，充分理解和掌握物理規(guī)律本身的物理意義.

　　3明辨物理規(guī)律的適用范圍

　　每個物理規(guī)律都是在一定條件下反映某一物理現(xiàn)象和過程的變化規(guī)律，所謂一定條件就是該物理規(guī)律成立的條件，也就是它的適用范圍，離開了這個范圍，真理就變成了謬誤.所以在講述每一個物理規(guī)律時都必須講述并強調(diào)其適用范圍.如動量守恒定律成立的條件是系統(tǒng)所受的合外力為零，而角動量守恒定律成立的條件是系統(tǒng)所受合外力矩為零，一字之差，但適用條件卻迥然而異.在講述這2個守恒定律的適用范圍時，利用沖擊擺明辨二者適用范圍的差異.第1種情況的沖擊擺是用細繩懸掛的沙袋而構(gòu)成，第2種情況則將沖擊擺做成一繞定軸轉(zhuǎn)動的剛體，即細繩換用細桿，沙袋換用固連于細桿的均質(zhì)球體.讓一初速度為0v的子彈射向2種不同的沖擊擺，與擺作完全非彈性碰撞，求擺上升的高度.顯而易見，在子彈打擊沖擊擺(即碰撞)的過程中，第1種情況滿足動量守恒，第2種情況則滿足角動量守恒.但往往很多學生不注意動量守恒和角動量守恒的條件，而把第2種情況也用動量守恒來處理，則就錯之甚遠了.而在打擊完成后擺的上升階段，2種情況都只有保守力做功，均滿足機械能守恒，因此可用機械能守恒定律求出2種沖擊擺上升的高度.

　　人類對客觀世界的認識只能是相對真理，所以物理規(guī)律也只能是在其適用范圍內(nèi)才是相對真理.所以在講述大學物理課程時必須以發(fā)展的眼光來講述物理規(guī)律，明辨物理規(guī)律的適用范圍，方能對物理規(guī)律所描述的自然世界給出真正正確的理解和描述.

　　4物理規(guī)律的應用

　　物理學的基本原理滲透在自然科學的各個領域，應用于技術學科的各個方面，是技術科學的基礎和先導[4].在大學物理教學中，學生經(jīng)過物理規(guī)律的形成、表述和適用范圍3個步驟的訓練之后，明確了物理規(guī)律的物理意義，但往往還不能熟練地運用.因此，教師在講述完物理規(guī)律之后，要及時地將物理規(guī)律教學導入深化和擴展階段，即大學物理規(guī)律教學的第4步——應用，特別是在結(jié)合不同專業(yè)教學時，結(jié)合其專業(yè)特點，運用物理規(guī)律進行教學，更能起到事半功倍的效果.如在講完靜力學問題之后，針對土建類專業(yè)專門介紹空間一般力系的平衡條件——靜定與靜不定問題;針對化工專業(yè)，講述薄壁容器的力學基礎;對于機械類專業(yè)，則主要將剛體運動的物理規(guī)律運用到其材料力學中，討論桿的拉伸、軸的扭轉(zhuǎn)，同時介紹變形能的概念.通過這種物理規(guī)律與專業(yè)知識的綜合應用，學生更能真實地感受到物理規(guī)律應用的直觀性，學習積極性得到充分調(diào)動.同時，在講述物理規(guī)律的應用時，還充分注意到物理規(guī)律在現(xiàn)代高新技術中的應用.如講到光學的應用時，介紹了中國天眼，也介紹了探測地球內(nèi)部隱秘的望遠鏡[5]，光譜技術的國防應用[6];在講授氣體動理論和新型能源時，介紹測量氣體分子平均速率的一種簡易方法[7]、太陽能電池的特性研究[8];在講授近代物理基本理論時，結(jié)合我國“墨子號”量子通信衛(wèi)星的發(fā)射，著重介紹如何探測和操縱量子世界中的個體[9]，怎樣實現(xiàn)量子密鑰的分發(fā)與量子安全直接通信[10]等.也特別注意引導學生將學到的知識應用到自己的科技創(chuàng)新活動中，鼓勵他們積極參加到浙江省大學生物理創(chuàng)新競賽、電子設計大賽和挑戰(zhàn)杯大學生科技創(chuàng)新競賽等多項與物理直觀相關的學生競賽中.通過對物理規(guī)律的實際應用，讓物理規(guī)律在學生的腦海里留下深深的印記，這不僅使他們能更好地完成大學物理作業(yè)，也促使其在各自專業(yè)課的學習及在各種實際應用中都會自覺不自覺地運用物理規(guī)律解決學習和工作中的實際問題，更為他們的科技創(chuàng)新打下堅實的物理基礎.

　　綜上所述，做好物理規(guī)律教學，是提高大學物理教學質(zhì)量的關鍵因素.物理規(guī)律教學四步法把物理規(guī)律形成的歷史背景、規(guī)律性的數(shù)學表述、適用條件及實踐應用4個過程有機地聯(lián)系在一起，形成了一個完整的物理規(guī)律認知體系.把它應用在大學物理教學中，不僅使大學物理規(guī)律教學更緊湊、更具物理情景，使物理現(xiàn)象更加清晰、明確，而且能使學生的物理基礎更加充實和連貫，和相關專業(yè)知識結(jié)合更緊密.同時，能有效加強學生的觀察、實驗、思維、記憶和解題水平等各種綜合能力的培養(yǎng)，是一種針對性和整體感強的悟物窮理、目標明確的教學方式，對提高大學物理教學效果具有很好的幫助作用.

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