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關鍵詞：矢量；微積分；大學物理
中圖分類號：G633.7 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）09-0067-02
大學物理是高等院校對理工科學生必開的一門公共基礎課[1]，使學生通過物理課程的學習樹立科學的人生觀、價值觀，具備一定的邏輯思維能力和利用物理知識解決問題的能力，同時還可以提高學生的求知欲和創新能力，對學生今后的發展有著舉足輕重的作用。
大學物理與中學物理相比研究的問題更接近生產、生活實際，更具有普遍性，如中學階段介紹加速運動時只涉及到勻加速運動，即加速度的大小和方向都不隨時間發生變化，由牛頓第二定律可知此時所涉及的力也是恒力，最典型的是自由落體運動。而生產工作中常遇到的是加速度的大小和方向可能時刻發生變化，如學生騎車從宿舍到教室的路上速度的大小和方向就會不停地變化。這種情況必然導致大學物理研究問題的方式與中學物理不同。
每學期上大學物理緒論課時，學生翻開課本總會發現大學物理課本中有大量的矢量和微積分，事實上這是中學物理向大學物理轉變的必然結果。矢量和微積分貫穿整個大學物理始終。在塔里木大學這所綜合性大學里面，大學物理通常在大一第二學期或大二第一學期開課，這時的學生經過一年高等數學的學習，對矢量和微積分已經有了初步的了解，但是在上課過程中發現學生還是習慣于用初等數學知識去思考和解決大學物理問題，將矢量和微積分應用到大學物理學習過程中成了學生普遍認為的難點。
一、矢量及微積分在大學物理學習中的重要性
物理學研究問題總是從簡單到復雜，從特例到普遍這樣一個過程，大學物理研究物理問題的過程也不例外。如介紹加速度時從中學階段的勻加速運動開始，然后提出該方法的局限性，引入變加速運動，里面又涉及到加速度隨時間變化或隨空間變化，由于在這個過程中加速度是隨時間或空間變化的，才引入矢量及微積分的運算。大學物理的前兩章介紹質點運動學和動力學，為后面其他章節的學習做鋪墊，因為剛體、理想氣體、理想流體及點電荷均可看作是由很多質點組成的質點系，即先把這些理想化模型進行無限分割，每一個小質元均可看作一個質點，先研究各個質點的運動情況，然后對所有的質點運動情況進行疊加就得到整個理想化模型的運動情況，事實上在對理想化模型進行分割的過程就是在進行微分，而對所有質點運動情況進行疊加的過程就是在進行積分。同時，大學物理所研究的物理量不再是恒定不變的，如力是變力，會隨空間位置和時間發生變化，什么情況下力才可以看作恒力呢？當對時間或空間進行微分時，在無限短的時間或無限小的位移內力可以看作是恒力，相應的物理過程就趨向于無限小，有限的物理過程就需要對其進行積分。由于所研究的物理量不再是恒量，相應的中學階段的標量表示方法已不再適用，需要用到矢量來表示。因此矢量和微積分貫穿整個大學物理學習過程的始終，在大學物理的學習過程中占有重要的地位。
二、大學物理初學者常出現的問題
在中學階段由于很多情況下研究的力是恒力，即其大小和方向是不發生變化的，因此通常情況下力采用一個標量來表示，同樣情況的還有位移、力矩等，而大學階段由于通常情況下所研究問題中的力是變力，所以必須用矢量來表示。矢量的合成必須符合三角形法則或平行四邊形法則，大學物理中矢量的運算涉及到矢量的點乘和叉乘，如計算功用到點乘，計算力矩用到叉乘。大學物理緒論課上筆者會詳細講三維直角坐標系中矢量的點乘與叉乘，要求學生做好課堂筆記。
微積分思想在大學物理中應用也較多，主要涉及到微分和積分兩部分，這點在質點運動學中體現得較典型，在已知位矢表達式的情況下會通過微分求導的方法求出速度和加速度，同樣的，在已知加速度和初始條件的情況下會通過積分的方法求速度和位矢表達式。開學初緒論課上筆者會給出大學物理中常用到的微積分公式，并要求學生做一些相關的習題。
大學物理初學者雖然已經在高等數學課中學習過矢量和微積分，但是要把這些數學知識與物理模型結合起來并不是一個簡單的過程。初學者常犯的錯誤有以下幾種：對矢量的計算過程中，矢量一會兒就變成了標量，往往忘記矢量符號，或者等式的左邊是矢量右邊是標量；矢量的點乘與叉乘區分不開，通常會混淆三維直角坐標系中單位矢量之間的點乘與叉乘的結果；不清楚哪些物理量可以無限分割，往往一個單重積分式中有兩個或多個微分量，不明白這些物理量之間的變換關系，或者說是對積分式的意義理解不夠深入。
三、如何引導學生采用矢量及微積分方法處理物理問題
高等數學比初等數學更為抽象，同樣的，大學物理較中學物理抽象，當數學公式被用來解決物理問題的時候，數學公式不再是單純的公式那么簡單，而是被賦予了物理意義[2]。如何有效地將數學公式應用到解決物理問題中，特別是使初學者具備這方面的能力是很重要的。教師在教學過程中需要對學生加以引導，使學生盡早適應這種方法去學學物理。
在平時的課堂教學過程中教師要不斷去分析目前所研究的物理問題與高中物理的不同之處，自如地引入微積分思想，剛開始可以不用微積分去計算，但是要使學生習慣這樣一種思維方式，改變中學階段形成的思維定式，當學生的思維方式發生改變后，再逐漸將微積分的計算加入到課堂訓練中。往往經過幾道例題的講解大多數學生自認為可以采用矢量及微積分去處理問題了，此時筆者通常會請一個學生到講臺上給大家講解一道例題，采取邊做邊講的方式，而講臺下的同學則要集中精力去發現臺上同學出現的問題，力爭使這道例題講解完美，最后會利用幾分鐘的時間去歸納總結或者留出兩分鐘時間給大家自由討論，小組總結。采用這種方法既調動了學生學習的積極性和主動性，同時還使學生在練習的過程中及時發現問題并改正自身的錯誤。
n堂所列舉的事例一定要貼近生活，比如講剛體轉動慣量的計算時，當剛體的質量為連續分布必須采用微積分的方法去計算其轉動慣量。課本上的例子是均質細桿，可以換成均質掛面，球面的例子可以舉籃球，球體的可以說鉛球，一個個活生生的例子擺在學生面前，學生才會去思考怎么去分割，怎么去求和，無形之中強化了微積分的思想。
四、結束語
微積分在大學物理研究問題上的思想方法是將復雜的物理學問題，無論是在時間上也好空間上也好首先進行無限地分割，分割成無限小量，即微分；然后將各個無限小量進行求和疊加，即積分。學生只有經過反復地訓練掌握了矢量和微積分的思想和精髓才能將其自如地應用到大學物理的學習過程中，這種素質需要經過長時間的強化練習。而這種素質的形成會使學生樹立學好大學物理的信心，提高他們應用高等數學知識解決物理問題的能力，為今后專業課程的學習打下堅實的基礎。
參考文獻：
[1]王娜.談大學物理微積分思想和方法[J].江西教育，2015-28-28.
[2]熊青玲.大學物理中關于矢量的應用問題探討[J].希望月報，2008，（3）：14-15.
The Role of Vector and Calculus in College Physics Teaching
ZHANG Hong-mei，KONG De-guo*
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Tarim University，Alaer，Xinjiang 843300，China）
1.1研究對象的不同對于研究對象，中學物理一般只討論自然現象中的簡單問題如一維問題，而大學物理討論的是二維、三維甚至多維等復雜問題。比如對于力學內容，中學力學只研究加速度為恒矢量的質點的運動學和動力學問題，而大學力學則還要研究加速度變化時的質點的運動學和動力學問題，中學力學只研究質點的運動問題，而大學物理力學還要研究剛體的運動學、動力學問題，從研究對象上看更廣更趨于一般化。中學物理僅對宏觀簡單特殊規律作一般性的認識和了解就夠了，而大學物理則要進一步研究物質運動的理論本質，要運用數理統計的方法得出自然界一般性的普適規律,更上升了一個理論的高度。
1.2研究方法的不同中學物理因研究對象簡單，數學知識基礎少，所以研究方法基本是歸納法，討論的規律基本上是從物理現象出發，通過簡單實驗總結出來的簡單規律，比如中學物理力學中得出動量定理、動能定理的時候都是實驗歸納法得出的，并且涉及的力基本是恒定的，只講恒力的沖量、恒力的功，平均沖力等，在電磁學中只介紹勻強磁場、勻強電場的規律等。而大學物理與自然實際就更接近了，要討論變力的沖量、變力所做的功、非均勻磁場、電場，而研究這些復雜問題所用工具主要是高等數學的微積分思想、矢量代數，通過數學推導演繹的方法結合物理概念得出物理規律，即大學物理講的規律比中學物理的規律又上升了一個理論的高度。
1.3教學內容和教學進度的不同從教學內容來講，中學物理量少，概念、原理、規律簡單，對物理基本概念和基本定律只有初步淺層的認識，而大學物理涉及的知識量大，概念、原理多且相對復雜，對物理基本規律和物理基本定律要求更多的是掌握其本質和內涵。從教學進度上講，中學物理講的較慢，每個概念，每個公式，每個原理教師會進行全面詳細講解，每一個知識點教師都會講透講精，講課重點放在解題技巧的應試訓練上，教師會給學生總結題型，歸納方法，并督促學生為了高考不斷學習，學生的學多是跟著教師按部就班。而大學物理教學內容量大，而教學時數非常有限，進度快，教師講課一般都只著重把握知識整體框架，講清思路，注重理論性、系統性，不象中學那樣講得精細全面。對于解題方法有總結歸納，但習題課的次數較少，學生運用所學知識解決問題的能力較弱，對習慣于被安排、缺乏學習主動性的中學生，就很難在短時間內適應大學教學過程。
1.4學生學習方法的不同中學生一般課前不預習，課后也很少翻閱知識輔導書,只要課堂上跟著老師聽課，課余時間除了完成老師布置的作業外，就是作大量的習題,實行題海戰術，重復熟練程度高，認為學好物理的標準就是多做題，解難題，學生自主接受新知識的能力較差，不善于提問題，對教師的依賴性較強。而大學生必須做到課前預習,帶著問題去聽課,課堂上抓住重點、難點，做好課堂筆記,課后要翻閱大量課外資料，對所學知識要融會貫通，及時復結，做的題目不在多,而在精，要學會自學，善于提出問題，要有比較強的學習主體意識。中學物理由于數學知識的欠缺，很多物理概念、規律都是直接給出，沒有經過推導，這就決定了中學生接受物理知識的方式主要靠記憶，而大學由于有了高等數學、矢量代數、數理統計等工具，物理概念、物理規律大多可以做詳盡的推理，因而大學物理學習概念更注重概念的理解和掌握，物理過程的分析和論證。
2如何做好大學物理和中學物理教學的銜接
2.1循序漸進，適當放慢教學進度學生已習慣于中學教學慢節奏,少容量，講練結合的教學方法,若一開始就進行快節奏,大容量的教學,學生一下子不能適應，這不僅影響了大學物理的教學效果,同時也會挫傷學生學習物理的積極性。所以，我們在教學過程中最初應適當放慢教學進度，使學生逐漸適應，慢慢逐步進入正常的教學進度，從而達到讓學生適應大學的教學進度，學會大學的學習方法。
2.2通過物理緒論課灌輸大學物理的重要性大學教師應充分考慮大學物理和中學物理的區別,從一開始就讓學生明白大學物理和中學物理在研究對象、研究內容、學習方法等方面有許多的不同，讓學生知道大學物理不是中學物理的簡單重復。同時我們在緒論課中，應介紹物理學的發展歷史、物理學的發展現狀和物理學的發展的未來展望，從而引起學生學習物理學的興趣，另外對理工科學生來說，可以適當地給他們介紹物理學和自己未來的專業的聯系，以提高他們學習物理的積極性，例如對我們紡織專業的學生，可適當介紹量子力學與紡織材料等、質點、剛體力學與紡織機械方面的關系。同時還應強調，大學物理的基礎學科性質，學學物理不僅僅服務于后續的專業知識，更重要的是學會一種思維的方法、學習方法以及研究問題的方法。
2.3從中學物理內容過渡導入大學物理課題在教學內容方面，很多大學物理知識是在中學物理內容基礎上的提高，教師在物理教學時應簡要復習中學教材內容，使學生對所學過的內容做一個簡單回憶，隨后指出中學物理知識的局限性或特殊性，從而比較自然地引入內容，使學生順利地從中學物理知識過渡到大學物理知識的學習。要做到這一點，必須了解和研究中學物理教材內容，比如直線運動，中學研究了勻加速或勻減速直線運動，但加速度變化時的直線運動該如何考慮呢？比如圓周運動,中學研究的是勻速圓周運動的規律,但當速率變化時,圓周運動的規律又是如何呢?恒力的沖量的定義式和恒力做功的公式中學里都學過，變力的沖量和變力所作的做功又如何計算呢？這樣中學內容過渡導入的話學生會很容易從已學過的知識比較順利地過渡到大學知識。
關鍵詞： 大學物理教學 認識 銜接
物理學是自然科學的基礎，人類的生活離不開物理學。大學物理是理工科類的一門物理學基礎學科，通過該課程的學習，能使學生了解物質的結構、性質、相互作用及其運動的基本規律，為其他專業課程的學習奠定必要的物理基礎，在大學教育階段起著十分重要的作用。通過大學物理的學習，學生不僅能掌握必要的物理基礎知識，而且能樹立科學的世界觀，培養創新思維、探索精神和科學研究方法。當前，我國高等教育大眾化的步伐促進人才培養的模式發生了重大變化。因此，如何在新形勢下教好大學物理這門課程，培養高素質人才，成為高校教師的一項重大挑戰。對此，作為一個長期從事大學物理教學的教師，我對此談談在教學中的幾點認識。
一、做好大學物理與高等數學的銜接
就知識體系而言，中學物理已經介紹了力學、熱學、電磁學等部分內容。但是無論在廣度還是在深度上，大學物理內容都有著顯著的提高，而且需要運用嶄新的數學工具，如導數、微積分和矢量計算，解決物理問題。大學物理是離不開高等數學的，盡管很多院校在第一學期就開設了高數課，但是很多學生還是不能運用數學知識解決具體物理問題。例如，在質點運動學中，有兩類常見的求解質點運動的問題：在某一初始條件下已知質點加速度，學生不會運用積分求解運動方程；已知質點運動方程，不會運用導數求解速度和加速度。因此，在平時教學過程中，如何在傳授物理知識的同時，又做好“兼職”數學老師，就成為大學物理教師的一項任務和技能。
局限于數學知識，中學物理研究的是恒量或均勻變化的問題，如恒力問題，勻變速直線運動，大學物理研究的是任意變化的量，如變力，任意曲線運動。這時，微元法方法起著橋梁作用，在dt時間內（對應微分）是恒量問題（中學階段），在整個時間t內（對應積分）是變量問題（大學階段）。由于大學物理是一門非物理專業的公共課程，我們應當突出物理思想與物理圖像的教學，而不應把過多的精力和時間花在復雜的數學推導與演算上。費因曼曾說：“對學物理的人來講，重要的不是如何正規嚴格地解微分方程，而是能猜出它們的解并理解物理意義。”能從物理角度說明問題，盡可能不用數學。例如，在講解“時間延緩”和“長度收縮”時，我們可以從狹義相對論的兩個基本原理出發，而不需要從繁瑣的洛倫茲數學變換關系式推導。這樣做的好處在于讓學生真正明白相對論時空的物理圖像，而不是純粹的數學演算。
二、做好物理知識與科學思維方法的銜接
很多學生都有一個錯誤的觀點，認為自己根據物理知識會做題就行，甚至一些教師讓學生背知識點、進行題海戰術。誠然，掌握知識點，會解物理題肯定沒錯，但是大學物理教育不僅于此。更重要目的在于，通過大學物理課程的學習，使學生掌握物理學研究問題的思想和方法；在獲取物理知識的同時，使學生擁有的建立物理模型、定性分析與定量計算的能力；開闊思路、激發探索和創新精神、增強適應能力，提高科學技術和整體素養。通過課程的學習，使學生掌握科學的學習方法、養成良好的學習習慣，樹立辯證唯物主義的世界觀、人生觀和方法論。
無疑，物理知識很重要，但是對大學生來說，學會科學的思維和方法比掌握物理知識本身更重要。因此，教師平時要多收集一些對學生的科學思維和方法有啟迪的素材，在授課過程中，要盡可能講述一些科學家對某一問題的思想方法的典型內容，讓學生知道物理學方法論中所用到的一些重要的基本方法和原理。例如，庫侖定律和牛頓萬有引力定律是如何發現的及二者的關聯？愛因斯坦是怎么創立相對論的及與經典力學的關系？量子物理與經典物理的對應關系？光的微粒性與波動性？等等。在講物理知識過程中，有機地融合這些素材，一方面能使學生產生濃厚的學習興趣，加深對授課內容的掌握和理解，另一方面能使學生對科學家的思維方式有所了解，增加對物理學中方法的認識和運用。
三、做好物理概念與例題教學的銜接
概念教學在大學物理教學中具有關鍵作用。物理概念既是物理學的基石，又是物理學的支柱，占據舉足輕重的地位。任何一門物理學分支的發展都離不開物理概念，如質點運動學離不開位矢、速度、加速度、動量等基本概念的支撐，熱力學的發展離不開溫度、內能、熱量、熵等，電學的發展離不開電流、電壓、電阻、電場強度、電勢、電勢能等。物理概念是組成物理知識體系的基本單元，原理和公式就是反映概念之間的相互聯系和數量依存關系。由此可見，物理概念教學有利于學生對物理規律的掌握、對物理過程有準確的理解。同時，通過概念教學，使學生建立完整的物理知識體系，對培養學生自學能力和提高物理教學質量都有著積極的作用。
大學物理的概念多、理論性強，運用的高等數學知識較多，有些概念學生不容易掌握。要解決這個問題，除了分析理論知識外，講解適量的例題也是非常有必要的。實際上，講解例題是物理教學中一個不可缺少的環節。教師通過對例題的分析和演算，既教會學生分析問題的思路，又讓學生學會正確解題步驟和方法，更重要的是加深學生對概念和理論的理解，提高運用所學知識解決實際問題的能力。由于大學物理課時數安排較少，完成教學任務的時間緊，選什么樣的題、選多少題就非常有講究，因此，所講例題要有典型性和多樣性的特點，典型性有利于學生對基本概念、規律的理解和消化，多樣性可以開闊學生的視野和增加知識廣度。同時課堂討論很有必要，爭論能激發學生的學習興趣，提高學生的思維能力。
四、做好知識傳授和品質教育的銜接
除了傳授知識外，大學物理也是培養大學生優秀品質的一部好素材。物理學蘊藏著很多不同層次的美，如太陽系中行星共面的和諧美，雪花結構的對稱美，原子中電子排布的有序美，等等。在課堂教學中，通過揭示物理之美，能強化學生的審美意識、陶冶學生審美情操、培養學生的優秀品質，從而產生科學靈感和火花。以“電磁場和電磁波”一章為例，物理學家麥克斯韋正是抓住電和磁的對稱美，在總結安培定律、庫侖定律、畢奧-薩伐爾定律、法拉第電磁感應定律等基礎上，大膽提出了“位移電流”和“感生電場”的概念，建立了經典的電磁場理論，從而使得電、磁、光得到統一。
在平時教學中，要加強團隊精神、拼搏精神的品質教育，啟發和激勵學生。在科學技術迅速發展、科學水平不斷前進的當今時代，很多科學任務必須依靠團結合作，單打獨斗是不能完成的。“團結就是力量”。例如，在講授“氫原子的波爾理論”時，我就介紹了玻爾和盧瑟福的故事：眾多學者共同生活、共同學習，通過爭論、質疑和辯解，使思想相撞，知識互通；不同國籍、不同民族、不同領域的學者生活在同一實驗室里，團結合作，共同解決原子結構難題。結合具體物理知識，通過適時的事例，向學生闡述頑強拼搏的重要性。愛因斯坦說：“上帝分送禮物時是毫不寬容的，他只給了我騾子般的頑強。”在講“電磁感應定律”時，讓學生了解到，法拉第在實驗室奮斗了十年；在講“量子論”時，告知學生：普朗克為了解釋黑體輻射現象拼搏了六年。
總之，要使學生學好大學物理這門課程，廣大物理教師必須熱愛學生，熱愛教育，付出辛勤的勞動，熟悉教材內容，掌握科學的教學方法，才能取得良好的效果。
參考文獻：
[1]崔云康，唐曙光，唐春紅，吳慶春.大學物理教學中人文素質的培養[J].科技信息，2011，5：433.
[2]熊力.怎樣上好大學物理習題課[J].錦州師范學院學報，2001，22（2）：67.
[3]韓海波.大學物理概念學習的問題診斷與概念教學模式的探究[D].中國碩士學位論文，2007.
[4]毛駿健，顧牡.大學物理學[M].高等教育出版社，第一版，2006.
關鍵詞：直角坐標系；自然坐標系；極坐標系；圓周運動
曲線運動是相對于直線運動而言的一種物理運動形式，指物體的運動軌跡是曲線.當物體所受的合力和它運動的方向不在同一直線上，物體的運動就是曲線運動.在曲線運動中，當力矢量與速度矢量間的夾角等于90°時，作用力僅改變物體速度的方向，不改變速度的量值；當夾角小于90°時，作用力不僅改變物體運動速度的方向，并且增大速度的量值；當夾角大于90°時，同樣改變物體運動速度的方向，但是卻減小速度的量值.曲線運動中速度的方向時刻在變，因為它是個矢量，既有大小，又有方向。不論速度的大小是否改變，只要速度的方向發生改變，就表示速度矢量發生變化，也就具有了加速度，所以曲線運動是變速運動.
勻速圓周運動是常見的曲線運動.為了描述物體的運動而引
入了參考系.參考系指研究物體運動時所選定的參照物體或彼此不做相對運動的物體系.根據牛頓力學定律在參考系中是否成立
這一點，可把參考系分為慣性系和非慣性系，兩類參考系的選擇是任意的，但應以觀察方便和使運動的描述盡可能簡單為原則.研究地面上物體的運動常選擇地面為參考系.
從運動學的角度來講，參考系的選擇原則上是任意的，但是參考系選擇不同，對運動學問題研究的難易程度有很大影響，因此，選擇參考系通常遵循簡單、方便的原則.在選擇了恰當的參考系以后，要定量地描述物體的運動，還必須建立合適的坐標系.目前經常用到的坐標系有直角坐標系、自然坐標系和極坐標系，這三種坐標系在描述物體的運動方面有異曲同工之妙，但針對不同的運動形式，三種坐標系處理問題的繁簡程度卻迥異.下面我們從圓周運動的角度分別來分析這三種坐標系的應用特點.
一、直角坐標系下的圓周運動的分析
參照圖1，圓周運動的運動學方程在直角坐標系中可描述為
根據質點的瞬時速度的定義，可以得出質點做圓周運動時各個時刻的瞬時速度和合速度
速度與x軸的夾角為
直角坐標系下圓周運動的加速度可表示為：
其中β=■為角加速度.如果物體做勻速圓周運動，則β=0，進而可知其合加速大小為■=R？棕2，與x軸負半軸方向夾角為θ，
即指向圓心.
由以上分析可見，直角坐標系在分析一般圓周運動時，涉及加速度的研究計算結果比較繁瑣.因此關于涉及圓周運動加速度分析時，采取自然坐標系.
二、自然坐標系下的圓周運動的分析
參照圖2，圓周運動的運動學方程在自然坐標系中可描述為：
s（t）=Rθ（t）（6）
其中θ（t）是物體從參考位置B點到任意位置A點轉動的角度.在自然坐標系中對矢量分解為沿曲線切線方向且指向s增加方向，記作■，曲線法線方向指向曲線的凹側，記作■.又因曲線運動的瞬時速度方向始終沿著切線方向，故在自然坐標系下法線方向速度始終為零.
圓周運動的線速度在自然坐標系下表示為■=■■=r？棕■（7）
因為圓周運動的合速度在切線方向，因此切線方向的速度即其合速度.
圓周運動加速度可表示為■=a？子■+an■=■■+r？棕2■（8）
當物體做勻速圓周運動時，■=0，質點的加速度為■=r？棕2■.
三、極坐標系下的圓周運動的分析
參照圖3，我們可以建立極坐標下的運動方程：
因為圓周運動的質點在徑向的位置矢量為定值，因此■r=0■r，其中■r表示徑向方向.在垂直于徑向的橫向方向速度為■θ=r？棕■θ，其中■θ表示橫向方向.質點的加速度可以由加速度的定義式■=■求得，因為在極坐標系下■θ的方向隨時間發生變化，因此
通過分析直角坐標系、自然坐標系和極坐標系在圓周運動求解速度和加速度中的應用，可以發現自然坐標系和極坐標系在求物體圓周運動的速度和加速度時比較簡潔.因此在有關曲線運動的分析時一般首先考慮自然坐標系.如果質點做螺旋運動，可在極坐標系下分析其運動情況.涉及質點做直線運動，則直角坐標系可以顯示出其優越性。
參考文獻：
[1]胡盤新，湯毓駿，鐘季康.普通物理學簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2007.
[2]祝之光.物理學[M].北京：高等教育出版社，2009.
[3]向義和.大學物理導論[M].北京：清華大學出版社，1999.
【關鍵詞】 牛頓第一定律 慣性 絕對空間 相對論
1 引言
在大學物理的教學過程中，一般在講完第一章質點運動學后，即進入第二章質點動力學內容的講述。而在質點動力學里重點講述牛頓三大定律及其應用[1-2]。對于牛頓三大定律的應用部分，因為涉及矢量分析及其計算、微分及積分運算等高中物理基本不涉及的內容，故該部分相對來說內容比較好講，課堂效果也比較好。但對于牛頓三大定律的闡述部分，因為在高中物理里就對此有比較系統的論述，故大部分學生感覺這一部分內容和高中物理一樣，甚至有些老調重彈的感覺。因此，在大學物理課堂里講述牛頓三大定律的時候，如果不對牛頓三大定律作一些拓展的話，那課堂效果將比較差。本教學論文將從絕對空間、相對論等近代物理知識點出發對牛頓第一定律的拓展作些相關研討。根據本人的教學經驗，這種簡要的拓展對課堂效果是會起到良好作用的。它不僅可加深學生對牛頓第一定律的理解，而且也讓學生簡單了解了近代物理和經典物理的異同。特別是，通過這種簡要的拓展，可激發學生對學習物理及探索自然界規律的興趣。
2 牛頓第一定律的相關拓展
在高中物理里，物理教材一般會對牛頓第一定律的內容作如下描述：如果物體所受的合外力為零，則物體將保持其靜止或勻速直線運動的狀態不變[1-2]。需要注意的是，經過上個世紀無數物理學家的努力，以相對論和量子力學為基礎的近代物理已建立起來。而近代物理表明，牛頓力學體系，即牛頓三大定律及萬有引力定律都只是在低速、宏觀、弱引力條件下成立的[1-2]。因此，考慮到大學物理里后面也會講述近代物理的相關知識，故在大學物理里講述牛頓三大定律時將其與近代物理相關知識聯系起來的拓展是可行的。下面我們將重點對牛頓第一定律作一些拓展性的探討。
對于牛頓第一定律的相關拓展，一般可以先從力與物體的運動狀態之間的關系來闡述。在歷史上，古希臘的亞里斯多德是第一個對力和物體的運動狀態之間的關系進行思考并做出結論的人。他從一些簡單的事實如手推車現象中得出力是維持物體運動狀態的原因。因為，人推車后即給車力的時候，車就可運動起來即可具有運動狀態；而人放手不推車后即不給車力的時候，車將靜止下來即將不具有運動狀態。因此，在車運動和靜止兩種狀態中，人給車的力是至關重要。簡單來說，沒力就沒有運動，因此力是維持物體運動狀態的原因。對于該論點，在接下來的將近兩千年時間里直到伽利略的出現，人們一直認為它是正確的。從嚴格意義來說，伽利略的出現才是科學的真正誕生，因為是伽利略將科學實驗帶入了哲學思辨里。從而使得科學變成一門實驗的科學，進而將科學從哲學里分離出來。在著名的斜面實驗里，伽利略發現：當小球在很光滑的毛皮滑行時，抬起毛皮的兩邊，并固定小球在其中一邊下滑時的初始高度而降低另一邊毛皮的高度時，小球在毛皮滑行的距離雖然變長，但在另一邊毛皮小球能滑到的最高高度卻和該邊固定的初始高度一致。由這一實驗現象啟發，如果降低另一邊毛皮的高度至零，則小球將永遠運動下去。明顯，一直運動的小球在水平方向上沒有受到力的作用，也就是小球能一直維持運動但卻并沒有受到力的作用，因此力并不是維持物體運動狀態的原因。進一步，伽利略認為力是改變物體運動狀態的原因。而物體不受力時，物體具有維持運動或靜止狀態的慣性，也即慣性定律。因此，牛頓第一定律實際上與伽利略的慣性定律一致，故牛頓定律也常被稱為慣性定律。
對于力與物體運動狀態的關系的討論，有些高中作為牛頓第一定律的拓展也做了相關闡述。因此，在大學物理課堂里做上面這些闡述有可能是不夠的。實際上，在牛頓第一定律里，還可與近代物理相關知識聯系起來作進一步簡單的拓展。因為，物體的運動與靜止狀態是相對的。比如，相對于地面是靜止的物體，相對于運動的汽車而言就是運動的。因此，在牛頓第一定律描述里，物體不受力時將保持勻速直線運動狀態或靜止狀態時，實際上隱含著參考系。而我們通常將保持勻速直線運動狀態或靜止狀態的物體稱為慣性參考系。而慣性參考系背后實際上又隱含著絕對空間的概念。牛頓本人對此非常清楚，因為他清楚知道他的牛頓第二定律只適用于慣性參考系。因此，牛頓為了很好的定義慣性參考系，他在他的劃時代巨著《自然哲學的數學原理》里提出了絕對空間的概念。他認為絕對空間是存在的，而且和絕對時間一樣是均勻分布的。而慣性參考系則是相對于絕對空間靜止或勻速直線運動的參考系。至此，牛頓第一定律從邏輯來看似乎是完美無缺的。但絕對空間是否存在呢？牛頓本人對此也作了簡單的理性思考，如牛頓水桶實驗等來驗證絕對空間的存在。但是，在近代物理里隨著相對論的提出，我們知道絕對空間和絕對時間都是不存在的，即空間和時間都是相對的。在享受創建狹義相對論成功所帶來的喜悅的同時，愛因斯坦很清醒的認識到在他的狹義相對論里存在一個嚴重的困難，即：因為拋棄了絕對空間，慣性系將無法定義[3]。而狹義相對論里的兩條基本原理，即光速不變原理和相對性原理也都是在慣性系里定義的。
3 結語
在本教學研究論文里，我們對大學物理課堂里如何講述牛頓第一定律做了相關的拓展性研討。本研討主要基于力與物體運動狀態的關系、慣性定律、慣性參考系、絕對空間及相對論等脈絡來進行展開。因此，本拓展不僅可展示牛頓第一定律背后豐富的哲學、人文歷史、邏輯等內涵，也可展示其背后豐富的物理內涵。需要注意的是，雖然相對論已經取得了巨大的成功，但人類的思考與探索還依然前行。此外，在大學物理課堂里對牛頓第二定律、第三定律作相關性拓展講述也是值得教學研討的課題。本教學論文的研討也算是對此課題的拋磚引玉，希望能對同行有所幫助，從而對大學物理的課堂教學起到綿薄之力。
參考文獻：
[1]宋士賢，文喜星，吳平.工科物理教程[M].北京：國防工業出版社，2011.
［關鍵詞］微積分思想;矢量思想;大學物理;應用研究
作為理工類大學生必須學習的一門課程，大學物理的基礎性和實踐性很強，在大學課程中的地位舉足輕重。大學生學學物理，不僅能夠學習到物理學的基礎知識，更能夠為今后從事更深入的學習及工作奠定良好基礎，同時還能有效地鍛煉科學思維及創造性思維能力，因此，有效地提高大學物理的課堂教學效果，無論是對于學生今后的學習和發展，還是對于物理方面的研究，都有著積極的作用。
1微積分發明的歷史
“如果說我看得比別人更遠一些，那是因為我站在了巨人的肩膀上。”這是微積分發明者之一牛頓曾說過的話。早在三國時，我國數學家劉徽就提出了“割圓術”的思想:“把一個圓分割的越細致，那么損失的就越少，一直切割到不能切割為止，那么和圓周合體時沒什么區別了。”他的意思是，我們可以用一個正多邊形與圓內接，近似描述一個圓形，雖然在多邊形的邊數較少的情況下這種近似的誤差比較大，但這種誤差隨著邊數的不斷增加也會逐漸減少最終消失。它在分割的過程中運用到的是基礎的幾何與代數，優點在于直觀且形象的表達，并且提出了一種極限思想:可以通過趨近的手段得到一個任意精確度的結果。極限的概念和物理中的質點運動關聯密切。總的來說，一個宏觀質點在空間中的運動時間是有連續性的，質點的位置、速度和加速度都是隨著時間不斷地進行連續性的過渡，在某個時刻，這些物理量并不存在躍進變化。用極限來解釋就是:一個時刻與下一相鄰時刻之間的間隔可以被無限小，在這個時間間隔里，這些物理量變化近似為零。牛頓把這兩個無限小量的比值與運動學的定義相結合，從而定義了無限微分這個概念的原型。后來，牛頓—萊布尼茲公式又解決了求變速運動、變力做功等問題。至此，牛頓—萊布尼茲公式可以說是為微積分奠定了理論基石，并完善了經典力學結構。
2關于如何構建微積分思想的思考
雖然大學新生提前在中學階段學習了物理知識，并且已經掌握了一定的物理學基礎及技能，也培養了自己的一套學習物理學的方法。但是大學物理無論是教學還是學習都與中學物理教學和學習存在很多不同，尤其在教學與學習思想方法及原理方面，大學物理與中學物理的區別之一在于難度的改變，中學期間學習的物理量以及概念都是簡單、基礎的常量，遇到的問題也是由這些簡單常量構成的，而在大學物理中，問題的難度提高了，由以前簡單的常量物理問題，變為復雜的變量物理問題，由于學生很難在短時間內從中學時期固定的思維模式中跳出來，所以，雖然微積分思想在大學教學中廣泛應用，但他們卻不能靈活地將微積分思想運用到物理中去，很多大學生都反映，大學物理是相對較難學好的一科，即使在課堂上聽懂了原理，但實際中還是不會做題。因而教師在大學物理的教學過程中應該充分運用微積分思想，把它融入到教學中，結合例題幫助學生構建微積分思想，讓他們能在實際中靈活運用，提高他們學習的效率。微積分在大學物理中占據重要部分，并且有廣泛的運用，例如許多物理概念、定律都是以微積分的形式來定義的，因此指導學生盡快熟練地掌握微積分原理及其在物理學中的應用，并學會靈活運用是十分必要的。也就是讓學生建立微積分思想，將思想、原理和方法與物理問題結合起來，從而解決問題。物理學科最大的特點是由簡及難，從最基本、最簡單的現象著手，微積分思想具有很強的辯證性，在應用它來解決研究物理問題時，一般思路就是化大為小，把大問題進行分解，變成幾個簡單的小問題，按照由重及輕，一個一個解決。這種思路的優點在于把有限變為無限，把近似變為精確，把復雜的變量問題轉化為簡單的常量問題，這樣既能夠提高解決物理問題的效率，更能夠提高物理教學與學習的效果。近似處理在物理學中的意思就是抓住問題關鍵，忽略次要方面，把難變為簡單，然后通過解決簡單的問題進而解決難題。在大學物理中采用微積分的思想解決問題是為了選取微分元后，能夠在微元范圍內把復雜的問題近似成基本的問題。例如在研究變力做功時，如果采用普通處理方法會特別麻煩，但是采用微積分思想，處理起來就非常容易了。對于“求一質點在變力作用下從A運動到B，做曲線運動時做的功”這個題，就可以采用微積分的思想，把質點的曲線運動路徑，分割為無數個微元，視變力為恒定，分割后的曲線路徑可以看作無數個短直線，這樣，將變力曲線做功問題，轉化成了簡單的直線恒力做功問題，最后對這些直線路徑做功求和，就得到了變力曲線做的功。
3關于如何構建矢量思想的思考
在物理學科中，“矢量運算法則”及“矢量方程”的運用相當普遍。現如今的大學新生在學學物理時常常不能正確的表示矢量，這是因為中學時期，老師對學生的要求并不嚴格，這就導致了他們跳不出中學時的物理思維模式，他們對標量、矢量和矢量方程的理解不到位，還沒有形成矢量思維。因此，他們到了大學之后，在學學物理時仍然不能正確的書寫矢量，至于對它的理解就只停留在簡單的字面意思了，所以，在大學物理教學中除了要引導學生構建微積分思想，還要引導他們構建矢量思想。在高中人教版課本中，“標量只有大小，沒有方向;矢量既有大小，又有方向。”因此，有的學生就形成“有方向的是矢量，沒方向的是標量”的慣性思維，這種慣性思維需要老師在教學中引導學生進行糾正。但由于中學時的慣性思維，很多學生對“遵循四邊形合成法則的物理量是矢量，否則是標量”這個定義并不深刻，因此在平日里做題會產生許多錯誤，例如電流及電動勢等物理量，其既有大小，也有方向，但并不是矢量。矢量的定義中，要求矢量必須符合平行四邊形合成法則。所以我們在解決物理問題時，如果使用矢量思想方法解決，通常要將矢量轉變為標量來進行計算，同時把矢量向某一方向或者坐標系進行投影，因而首先要建立一個正確的坐標系。如在解決斜面運動問題時，我們可以首先建立坐標體系，選擇沿斜面方向和垂直斜面的兩個方向進行構建，將復雜的矢量轉變為簡單的標量，這樣能夠很好地體現矢量方法的高效性。又如，在研究曲線運動中，自然坐標系往往不易解決問題，大學物理中的矢量和微元通常是相互關聯的，對于矢量微積分的求解，首先應該將矢量轉變為標量，把矢量向某一方向投影，采用矢量點積的方法或者叉積轉化為標量進行運算，或者直接應用直角坐標系的正交分解方法，進行點積或者叉積后再進行積分運算。只有深刻的理解矢量微積分，才能正確地運用，因此，教師在教學中應該精選例題，爭取早日指導學生構建矢量思想、建立模型，學會運用物理方法和思想分析和求解實際問題。
4結論
微積分思想和矢量思想在大學物理的教學和學習中，不僅作為一種教學工具，更是一種思維方法的應用。因此，在大學物理的教學中，教師應通過講解具體的實例，來引導和幫助學生將微積分和矢量的思想與物理問題相結合，讓他們學會構建模型，熟練地運用微積分和矢量方法分析解決物理問題。這樣做既能提高教學效率，又能培養學生的科學思維方法。而學生只有將微積分與具體物理問題相結合，掌握微積分以及矢量的分析方法和技巧，有機結合其他的物理科學方法，才能實現將微積分和矢量法從運算工具轉變為思想方法的綜合運用，進而熟練地解決一些復雜的物理變量問題，如今的大學生需要做的是理解大學物理和中學物理的區別和聯系，培養自己學學物理的興趣，提高自己分析問題和解決問題的能力，為將來從事工程技術和科學研究奠定扎實的物理基礎。
參考文獻:
［1］朱其明，李耀俊.大學物理微積分思想與矢量思想教學淺談［J］．中國西部科技，2011(17):82－83.
［2］黎定國，鄧玲娜，劉義保，等.大學物理中微積分思想和方法教學淺談［J］．大學物理，2005(12):51－54.
［3］王曉明.關于大學物理中微積分思想與矢量思想教學的思考［J］．中國校外教育，2016(5):126.
關鍵詞：高校；教學教法；民族地區；師范；牛頓力學
一、背景現狀
吉首大學師范學院地處湘西州，是土家族和苗族少數民族地區。在其中的師范類學校，主要面對著的是廣大的農村，走出去的大部分同學將要面對的是最基層的學校，教學任務要面對最基層的物理教學工作，其中一部分學生進入鄉村小學，承載著“科學”課程的教學。從學院走出去的學生會走上講臺，要教授各類課程，包括物理。面對這些實際情況，在這些學生還沒走出校門時，民族地區師范類學校如何進行物理教學顯得十分重要且是十分值得探討的課題。本文主要試分析牛頓力學部分，從理想化模型與近似、定性與定量、實驗驗證、瞬時關系、過程關系（守恒）、遷移等角度解讀，結合分析書本基本涉及面與學生現狀，淺析民族地區師范類物理教學。
二、基本概述與教學現狀
（一）近似與理想化模型
1．基本概述。接觸到的第一個近似與理想化模型就是質點。力學里面質點模型，其特點是把真實物體簡化成有質量的點，去掉了真實物體的大小、形狀；保留了真實物體的質量與位置信息。進行這樣“近似”是為什么？真實世界里面物體運動會因為不同物體的特性而不同，顯得十分復雜，把物體當成一個質點之后，運動將不受真實物體的“束縛”，可以抽象出一般意義的“運動”這個概念，在后面還容易抽象出勻速直線運動、勻變速直線運動、自由落體運動、平拋運動、圓周運動等運動形式、探究這些運動的規律，這對于解讀運動有著非常大的便利。2．教學現狀。吉首大學師范學院的學生是初中物理學完過來繼續學習的，但是相對于物理專業的學生，明顯有兩點差距：物理的基礎和學物理的興趣。“近似”是一個物理細節，刪繁就簡地對自然界處理的方式，掌握好“近似”更易于初學者學習，對于民族地區師范大專院校學生有重要意義，也是一大挑戰。質點也是初學者學習到的第一個“近似”概念，務必把準確、鮮活概念送入學生眼中。另外于大專層次學生來說，還比較容易引起“真實世界”與“物理世界”的認知誤區。因為近似，簡單地來說是抽象了物理的本質特征，忽略了一些次要特征，但在有些人無法忽略次要特征保留主要特征，這就會造成誤區。物理里面有一些違反人的直接經驗論的規律，它們都是有理想化、“近似”的大前提，沒有很好地理解近似思想，初學者甚至會感到困惑，懷疑物理的正確性［1］。這就需要老師準確地解讀、帶領。筆者這里給出兩個教學把握的方向：第一，“近似”講解要精準，留什么，舍什么一定要說清楚。第二，哪些地方有“近似”要說清楚，書本涉及的“近似”，對于初學者不一定能全部發現，需要老師的經驗與幫助。
（二）實驗驗證
1．基本概述。物理基礎實驗可以分為兩大類，驗證實驗、探究實驗。運動里面有一個經典的實驗——伽利略理想實驗。他設計小球從一定高度滾落在一個水平面上，一開始水平面粗糙，小球在水平面運動一段距離將停下來，不斷增加平面的光滑程度，小球將越滾越遠，由此伽利略推論：如果水平面絕對光滑，小球將以原來的速度永遠運動下去。實驗與結論都具有重要意義，他通過實驗破除了人們一直以來堅信的運動觀，并且深刻揭示了自然界的重要規律，也正是在伽利略理想實驗基礎上，牛頓才提出牛頓第一定律；另一個實驗關于牛頓第二定律，實驗包含兩個小實驗，其一為：探究加速度和力的關系，實驗結果從實驗角度得出，對于質量相同的物體，物體的加速度跟作用在物體上的力成正比；其二為：探究加速度和質量的關系，從實驗角度得出，在相同力作用下，物體的加速度與物體的質量成反比。2．教學現狀。在物理教學中其實可以發現不僅許多重要的結論，都是從實驗得出，而且只要提到做實驗，學生十分感興趣，對于啟發學生興趣起到極大作用，但是在教學中，特別是大專學校物體實驗條件有限，一般都只能做一些簡單實驗，復雜一些的實驗只能通過視頻，或者一些仿真實驗軟件實現。這些極大地掣肘了物理教學的深刻性、趣味性，這一部分缺陷，筆者給出兩點經驗。第一，在具體物理教學中老師可以就地取材，把一切可以利用到的、可以用來實驗的素材都盡量利用到；第二，聯系生活，盡力去把物理教學融入生活，把生活中的一些例子融到教學，生活負責教學，教學指導生活，啟發學生的興趣，讓學生感到學習物理的用處［2］。
（三）定性到定量
1．基本概述。定性指學習基本概念或一些結論性的總結。以運動學為例，在運動學部分，參考系、時間時刻、路程、速度等概念學習都屬于定性學習，但書本沒有停留在這些概念的學習上，在這些概念上更加延展、深入。例如參考系這個概念學習之后，馬上就提出了坐標系，這是整個空間量化過程的開始，之后再加上時間時刻概念，這是整個時間量化過程的開始，從此開端，一切涉及空間、時間的物理過程都可以被量化了，都可以進行具體的計算。而后面提出的幾種基本運動，同樣不只是停留在對這些運動的定性解釋，而是把這些規律都濃縮成一系列的公式，這些都是定性逐漸走向了定量。2．教學現狀。于來吉首大學師范學院學習的學生而言，他們都是從初中升上來的，主體學習內容為高中階段物理。定性學習與定量學習是一個重大的不同，初中物理具有的一個特點就是大多是定性的概念、解釋，通過一些物理現象，從這些物理現象中得出一些結論，簡單的學習物理。而在學習現階段物理，明顯就更細更深入了，逐漸過渡到具體的量化運算，要以具體的式子、數據說話，這里面還涉及了數學工具，這牽扯到方方面面的問題，往往初學者就很難適應［3］。而解決這個問題，筆者認為主要有兩個方式：第一，加強對物理過程的理解，細細打磨物理過程，把物理過程與情景說清楚，我們再去理解從其中抽象出來什么東西、有什么規律，一定要重視物理中的“物理”因素，非繁瑣的數學推導過程；第二，加強實驗部分，把整個過程的前因后果、來龍去脈講清楚，讓學生有一個直觀的感受，并且知道物理的正確性和趣味性。
（四）瞬時與過程
1．基本概述。瞬時關系和過程關系，是牛頓力學里最重要的兩類關系，是物理過程的兩個角度。位移、速度、加速度，這一系列概念都是瞬時量。瞬時關系其中最核心的就是牛頓第二定律，它對應于每個瞬間、它能應用在每個瞬間，在每個瞬間這個關系都存在、都成立。牛頓第二定律這個瞬時關系，聯系了運動和力兩大塊，是牛頓力學里最重要的瞬時關系。牛頓力學里最突出的幾個過程關系為動能定理、機械能守恒定律、動量定理、動量守恒定律。它們的出發點分別是力在空間上的積累、力在時間上的積累，分析力這個瞬時量在一個過程它們的規律。2．教學現狀。大部分學生對瞬時量、瞬時關系，過程量、過程關系沒有明確的認識，區分度不夠，不知道什么時候該用瞬時關系，什么時候該用過程關系。而且這方面的模糊會使學生對于整個物理過程理解都是模糊的、割裂的、不能完整，不同角度去認識物理過程。而我們如何解決？筆者給出兩個路徑：第一，在教學中要明確瞬時和過程這一重要線索，老師必須明確哪些是瞬時量？哪些是瞬時關系？哪些是過程量？哪些是過程關系？第二，要明確瞬間和過程具有的特點、優勢，我們分析瞬時量、瞬間關系可以明確每個時刻的物理變化，而我們分析過程量、過程關系，可以不用管中間經歷過一系列的復雜過程，直接可以明確最終的物理狀態。教學中必須把這兩類關系，兩個角度都弄清楚，學生才能更好地理解物理過程，理解物理課程。
（五）遷移
1．基本概述。知識遷移是物理里面重要的環節。牛頓力學里面涉及許多可以遷移的知識，牛頓第二定律是核心，一邊聯系著運動學，一邊聯系著力學，運動學和力學可以對應著學，從運動情況求受力情況；從受力情況求運動情況，這是最大的知識遷移。運動部分，矢量是一個重要的概念，大多數物理量都是矢量，學習的時候可以對各種物理量進行比較，其次幾種基本運動：勻速直線運動、勻變速直線運動、自由落體運動、平拋運動、圓周運動等幾種運動特點、規律我們都可以進行比較。而在力學里面幾種基本力：重力、彈力、摩擦力、萬有引力等，幾種基本力的學習我們可以對比著來。力的合成、力的分解是逆運算，我們可以對比學習。關于一系列瞬時量、瞬時關系和過程量、過程關系，同樣可以對比學習。2．教學現狀。牛頓力學需要遷移的地方非常多，許多地方都可以對比學習，學生能不能夠全面地了解，舉一反三不僅是學習方法，知識能不能遷移更關系到對牛頓力學大廈的整體理解。民族地區師范大專學生，基礎還是相對比較薄弱，這方面需要老師循循善誘，去逐漸厘清其中關系。有些遷移比較隱晦，初學者不見得能馬上了解，需要老師深刻的挖掘［4］。最后，遷移是建立在原知識的深刻理解上，這也是所有理科課程的特點，一環扣一環，前面學習的知識必須完全掌握，才能舉一反三，去進行知識的遷移，對學生的要求其實很高。
三、總結
師范類學校走出去的學生也是會走上講臺成為老師，面對各科教學，其中包含物理，所以在師范類學院從事物理教學更是要時刻不能松懈地工作，因為影響深遠。以上是以吉首大學師范學院為例，簡要分析探討了一些高校課程教學教法，希望對同類學校的教學有所裨益。
參考文獻
［1］高蘭香．大學物理主題式教學研究［J］．物理通報，2011（6）：7-9．
［2］賀夢冬．大學物理實驗教學中存在的主要問題及對策［J］．科技創新與應用，2012（18）：255．
［3］劉建斌．如何提高高等農林院校學生學習學物理的積極性［J］．考試周刊，2008（15）：168-169．
關鍵詞：大學物理 改革 MATLAB
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0214-01
大學物理是理工科院校學生必修的一門基礎課，一般在大一的下學期開設，這時學生雖然有一定的數學基本知識，但由于物理教學仍停留在理論的層次上，繁瑣的數學推導，讓學生感覺到大學物理的理論性太強，與實際應用偏離很大，這導致一部分學生失去學習物理的興趣，這一現象引起物理教師的對如何講授大學物理做了一系列的探索改革，主要在教學方法上、教學內容上以及教學手段上都做了相應的改革方式，關于大學物理改革方法的文章也很多，如閆玉麗撰寫的關于大學物理教學改革的思考[1]，管薇的工科大學物理教學改革的思考[2]，張明霞淺談大學物理教學改革[3]等等。
如今，計算機技術的迅速發展，給我們提供了強大的計算能力，如mathematic、matlab等具有計算能力并有作圖功能的軟件被引入到物理教學當中，尤其是matlab，它集數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構成一個方便、界面友好的用戶環境[4]。大學物理課程中有許多抽象、復雜的物理規律和現象，用傳統的方法講授會使教學受到一定的限制。本文結合matlab語言特點，對大學物理的教學內容適當運用matlab模擬，讓學生體會到學學物理的樂趣，激發他們的學習興趣。
1 Matlab在大學物理教學內容中的模擬應用
1.1 Matlab在質點力學中的應用
運動學對剛剛進入大學校園的大一學生來說，既熟悉又陌生，內容上都接觸過，但計算方法是大學學過的微積分，看似多了這么一點，給學生卻帶來很大的困擾。一部分學生由于微積分沒學好，感覺物理難學，還有的學生覺得是高中的知識，簡單，對大學物理也不夠重視，等等原因，導致學生對大學物理失去興趣。如果我們在課堂上，能用其他的方法解決同樣的問題，會收到很好的效果。
這里舉一簡單的例子，用Matlab模擬一下斜拋運動。圖1是拋體的射程和射高與拋出角之間的關系。從圖1中我們可以直觀的看出，拋出角是銳角時，射高隨拋出角的增大而增大，而射程是先隨拋出角增大而增大，然后隨拋出角增大而減小。
1.2 Matlab在聲學中的應用
Matlab在機械振動方面的模擬應用也有很多，比如宿剛等寫的《Matlab在大學物理課程教學中的應用》[5]，代紅權所撰寫的教學論文《Matlab在物理教學上的一些輔助應用》[6]等等，論文里所列舉的Matlab的應用實例，在這里就不在重復了，我們都可以把這些引入到物理課堂上，讓學生感到學習物理能夠開闊他們的視野，體會到物理與現實處處接軌。比如多普勒效應可以應用在醫學上、移動通信和交通上、農業和氣象等等方面，下面給出多普勒在聲學一種常見的現象。火車人人熟悉，而火車從遠而近時其汽笛聲變響，音調變尖，相反地，火車從近而遠時汽笛聲變弱，音調變低這其中的原理未必有人去探究，實際上這就是一種多普勒效應。現在用Matlab模擬一下。如圖2上半部分是聲源信號的波形圖，下半部分是觀測者接收到信號的波形圖。從圖2中可以很清楚的知道，觀測者接收到的波像是被壓縮了，很明顯，其頻率大于波源發出的信號頻率。這樣給學生講火車汽笛聲的變化就很容易理解，易被學生接受。
2 結論
Matlab在大學物理其它方面的應用也很多，光學、熱學以及電磁學，我們都可以適當的引入Matlab，比如光學中的楊氏雙縫干涉、牛頓環等，熱學中的麥克斯韋速率分布，電磁學中電偶極子的電場以及電勢分布、電流環的磁場分布等，都可以用Matlab進行模擬演示。總之，巧妙的利用Matlab，不僅對大學物理的教學內容甚至教學手段都做到了適當的改進，這對學生來說，學習物理的積極主動性得到了提高，對教師來講，不斷的去探索教學改革，達到提高大學物理的教學質量。
參考文獻
[1]閆玉麗.大學物理教學改革的思考[J].教學研究，2011（6下）.
[2]管薇.工科大學物理教學改革的思考[J].新課程研究，2012（4中旬）.
[3]張明霞.淺談大學物理教學改革[J].科技創新導報，2012（9）.
[4]王沫然.MATLAB與科學計算[M].電子工業出版社，2003，9.
[關鍵詞]工程技術人才 大學物理 教學
[作者簡介]鄭永春（1967- ），女，河北衡水人，衡水學院物理與電子信息系，副教授，研究方向為大學物理、熱學；尹志會（1970- ），女，河北衡水人，衡水學院物理與電子信息系，副教授，碩士，研究方向為光學工程。（河北 衡水 053000）
[基金項目]本文系2010年度河北省高等學校科學研究指導計劃課題“STS教育思想在大學物理教學中的滲透試驗和研究”的研究成果。（項目編號：ZS2010319）
[中圖分類號]G642.4 [文獻標識碼]A [文章編號]1004-3985（2013）20-0111-01
隨著《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010―2020年）》的貫徹落實，人才培養模式的改革與創新成為當前我國高校深化教學改革、提高人才培養質量的關鍵。工程技術人才是提高國民經濟、推動社會發展的生力軍，也是我國當前急需的人才，因此工科院校和綜合性大學的工科專業都是非常熱門的。可是地方院校的畢業生常處于很尷尬的境地，課程學的不少，可進入工程技術操作場所卻無從下手，也無從學起，有的干脆就急忙退身回到學校繼續深造，這無形中增加了人才培養周期和培養成本，可兩三年之后能否成為社會需要的工程技術人才還是未知數。究其原因是培養觀念、培養模式的問題，因此更新人才培養觀念，探索切實有效的人才培養模式是非常必要的。
從美國工程與技術認證委員會對工程教育專業的評估標準中可以看到，在重視加強數學和科學基礎的前提下，當前更強調側重工程實踐能力、團隊合作精神、終身學習能力等知識。我國工科院校大學物理是專業基礎課程，一般在第二學期開設，是在中學物理的基礎上，結合高等數學的微積分、向量運算等知識開始大學物理的學習。通過大學物理的學習，學生的理論運算能力、基本實驗能力有所增長，但這遠遠不能滿足工科學生的學習欲望，因此影響了學生的學習動力，對大學物理這門課的學習態度、學習模式也直接影響了后繼課的學習效果。因此在大學物理這門專業基礎課教學中，教師要嘗試開始工程技術人才培養的探索，從教學內容、教學設計等方面進行改革，以提高大學生的學習興趣、學習能力、實踐能力和創新能力為目的，這對提高高校物理課程教學質量以及人才培養水平有重要的現實意義。
一、精選專業相關的教學內容
現有的大學物理教材都是力、熱、光、電、原子等基礎物理的全部內容，在一學期左右要求學生掌握全部內容是不可能的，淺顯的學習等于重復高中學習過程，就失去了開課的意義，更是對工作的失職；若從頭到尾運用高等數學分析物理概念，推出物理定律，引導學生學會運用高等數學處理每一部分物理問題，多數學生會陸續掉隊的，這也會極大挫傷學生的學習積極性。因此教師要精選教學內容，這需要翻閱相關專業的后續課程教材，或請專業教師座談教研，以便使不同專業大學物理教學內容有所側重，使教學計劃更切實可行，這需要教師的敬業精神和奉獻精神，因為涉及跨院系工作，實施過程中會遇到一些不便。
二、合理處理教學內容
對每一部分教學內容的處理上采取中學物理為基礎、大學物理重方法的原則，使學生實現物理知識和方法技能的逐步提高。質點運動學，重點為運動方程、速度和加速度概念和相互關系，結合通用坐標系應用到一般的直線和曲線運動中，再根據特殊運動特點推出中學熟悉的勻變速運動方程式。本部分內容的特點是物理概念多，高等數學集中運用，學生不易接受，因此教學思路要清晰明了，掌握解決一般運動的方法，不過多涉及坐標變換的問題。質點動力學為力的沖量和力做功，通過應用舉例推出伯努利方程，這是液壓傳動課程中的基本方程。剛體動力學主要概念是力矩和角動量，主要規律是轉動定律和角動量守恒，采用和質點力學類比的方法進行教學可達到事半功倍的效果。難點是角動量守恒的分析，教師可實例分析動量不守恒但是角動量守恒，先從動量和角動量概念分析，在從受力和受力矩分析，使學生從表面到內在原因掌握動量和角動量守恒的區別。這部分內容在工程力學課程中有所涉及，可根據課程進度適當處理。對靜電學的處理是把握電場強度和電勢的計算方法，高斯定律和環路定理是分析推理的必備工具，要引導學生理解，但由于使用過程中的任意性的確定，使學生不能確切把握，因此對機電專業，重點放在電勢、電壓、電場力做功的概念和規律上。通過公式推演，學生知道了中學相關知識的來源和局限，掌握處理問題的一般方法和技巧，學生只有充分掌握了基本概念和基本規律，把所學的知識銜接起來，才能靈活運用。對電介質極化做定性分析，得出電場強度和電容的決定式，電容的串并聯計算要使學生明白等效的依據，不能機械套用公式。靜電場的能量是靜電學的收尾內容，要把握思路使學生掌握電場能量的求解方法，理解電場的物質性。對磁學、熱學等內容也根據前后知識的需要做相應處理。
三、將人文文化融入物理教學
在大學物理教學中將人文文化融入教學內容之中，使學生知道知識的來龍去脈，不但能提高學生的學習興趣，而且能很好地培養學生的創造力和綜合素質。人文文化在中學、大學物理教材中多少都有所涉及，但這部分內容從沒被師生重視過，這也許是受當前的考評制度的影響。在20世紀60、70年代誕生的STS研究領域，主張把科學、工程能力和人文社會科學能力結合在一起的教育模式，因此沒有人文文化的物理教學是不完整的，不能因為時間緊就舍棄這部分的教學，實際上教師只要精心設計教學過程，這部分內容的學習可以實現畫龍點睛的效果。例如在電磁學部分的學習時，教師在將靜電、電流、電生磁、磁生電的知識講給學生后，可以對每位科學家的工作經歷、科學精神和人生態度進行一定的講解。教師在教學過程中要引導學生追根溯源，要讓學生立體化地把握知識，以科學家、相關物理知識、研發趣聞、歷史作用為教學主線，讓學生在深入理解科學文化的同時感染科學精神和創新精神，提高學生的學習興趣和學習欲望。
四、以物理實踐教學帶動物理教學
教師要讓學生通過大學物理實驗使學習欲望逐步增強，為學生實現工程師的理想打下堅實的基礎。師生要明確實驗教學和理論教學的關系，理論是實驗的基礎，實驗促進理論的發展。因此開始設置的實驗內容一般為驗證性實驗，是為了充分理解物理概念和規律的，由于這些內容學生已經知道實驗結果，往往不能引起學生的興趣，同時也影響了學生基本實驗技能的提高，到有相當難度的綜合性、設計性實驗開設時，往往由于學生的理論知識或實驗設備的知識的缺乏不能到達預期目的。因此針對工科專業的特點，要求學生從事專業見習，到機電門市、標準件商店，學習了解工程中常用的零部件的名稱、外形功能等，然后到小型設備加工廠見習設備的組裝調試過程。這項工作為學生學習技術、提高能力指明了方向，學生回到課堂、回到實驗室學習物理的動力就會大大增強，因此在實驗教學中從基礎實驗開始就要讓學生從簡單工具、儀器的學習使用開始，結合不同的基礎實驗方法設置實驗內容，使學生掌握放大法、模型法等基本實驗方法，同時培養學生的觀察能力、分析能力、動手能力和數據處理能力。隨著基本實驗能力的增長，為學生提供設計實驗的條件，由學生搜集學習相關的理論知識，組織討論設計方案，觀察總結實驗過程，分析實驗結果，最后形成小論文。因此可以在已經完成的基礎實驗中，通過改進實驗方法或實驗儀器再次設計實驗方案、分析實驗結果并做出總結。這樣的學習過程培養了學生自主學習的能力，培養了學生的創造和溝通協作能力，這是工程技術人才培養的基本思路。
工程技術人才培養是一個長期過程，大學物理的學習是一個起點，要通過大學物理教學充分培養學生的自主意識、創新意識、協作意識，通過認真選擇和專業相關的教學內容、精心設計教學過程，使學生從多種角度體會、體驗到理論和實踐的結合，對理論課的學習更有興趣，對實驗課的學習更有信心，對工程師的理想目標才能更靠近。
[參考文獻]
[1]胡巖.工程技術人才的素質和能力[J].科技咨詢導報，2007（27）.
[2]藍愛群.談創新性教育過程化物理學課堂教學[J].物理與工程，2010（5）.
