物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)最基本最普遍的運(yùn)動(dòng)形式及其相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學(xué)科。它的基本理論滲透到自然科學(xué)的許多領(lǐng)域,它是工程技術(shù)的基礎(chǔ)。大學(xué)物理課是高等院校理工科各專業(yè)學(xué)生的一門重要的必修基礎(chǔ)課。大學(xué)物理課程內(nèi)容包括:質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)、質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)、剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng);機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波;氣體動(dòng)理論和熱力學(xué)基礎(chǔ);靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒磁場(chǎng)、電磁感應(yīng);光的干涉、衍射和偏振;狹義相對(duì)論簡(jiǎn)介;量子物理基礎(chǔ)以及固體能帶理論基礎(chǔ)和激光介紹。
大學(xué)物理課程主要是通過(guò)各種教學(xué)環(huán)節(jié)和手段,促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)掌握物理知識(shí),建立物理思想,學(xué)會(huì)分析自然界各種運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,學(xué)習(xí)運(yùn)用物理方法分析和解決各種問(wèn)題。其重點(diǎn)和主要難點(diǎn)主要體現(xiàn)在:
(1)通過(guò)課程中涉及的各種物理問(wèn)題,教授學(xué)生掌握建立物理模型的概念和基本方法,學(xué)會(huì)從具體問(wèn)題中抽象出物理模型,學(xué)會(huì)分析具體問(wèn)題的主要矛盾或矛盾的主要方面。例如,在力學(xué)問(wèn)題中建立質(zhì)點(diǎn)和剛體的概念,由電場(chǎng)力建立電場(chǎng)的概念,由電流或運(yùn)動(dòng)電荷受力建立磁場(chǎng)的概念,在熱學(xué)中建立平衡態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的概念,在近代物理中建立能量量子化的概念等。通過(guò)課程教學(xué),將具體物理問(wèn)題和抽象模型問(wèn)題有機(jī)的結(jié)合起來(lái),建立清晰的物理圖像,使學(xué)生掌握物理問(wèn)題的抽象描述和模型提煉方法。
(2)統(tǒng)計(jì)規(guī)律是物理學(xué)中一種重要規(guī)律。通過(guò)熱學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí),教授學(xué)生掌握統(tǒng)計(jì)規(guī)律的概念和應(yīng)用方法,促使學(xué)生更深刻的認(rèn)識(shí)自然界的熱現(xiàn)象和規(guī)律。例如,通過(guò)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度規(guī)律的學(xué)習(xí),使學(xué)生運(yùn)用統(tǒng)計(jì)規(guī)律掌握宏觀量與微觀量的聯(lián)系,通過(guò)麥克斯韋速率分布率和玻耳茲曼分布率的學(xué)習(xí),進(jìn)一步體會(huì)統(tǒng)計(jì)規(guī)律及其表述方法。通過(guò)物理圖像的建立和統(tǒng)計(jì)方法特點(diǎn)的介紹,使學(xué)生學(xué)會(huì)從宏觀現(xiàn)象和微觀統(tǒng)計(jì)規(guī)律相結(jié)合的角度深化對(duì)物理問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。
(3)場(chǎng)是物質(zhì)世界的一種重要表現(xiàn)形式,全面掌握?qǐng)龅母拍罴捌浠具\(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)于學(xué)生全面認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界是十分重要的。例如,通過(guò)電荷受力建立電場(chǎng)的概念,通過(guò)電流受力建立磁場(chǎng)的概念,以及電場(chǎng)或磁場(chǎng)的各種分布所產(chǎn)生的效果,通過(guò)變化電場(chǎng)和磁場(chǎng)的規(guī)律掌握獲得磁場(chǎng)與電場(chǎng)的方法等。除理論教學(xué)外,在教學(xué)中可通過(guò)帶電體或載流體相互作用的演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體會(huì)場(chǎng)力的存在,增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí),并加強(qiáng)關(guān)于場(chǎng)對(duì)物質(zhì)的作用的分析,強(qiáng)化學(xué)生掌握自然界中場(chǎng)的基本規(guī)律。
(4)疊加原理及其基本方法在物理教學(xué)內(nèi)容中多次出現(xiàn),表明疊加原理在分析和處理問(wèn)題中的重要性。例如,振動(dòng)中有振動(dòng)合成問(wèn)題,機(jī)械波與光學(xué)中有干涉和衍射問(wèn)題,電磁場(chǎng)中有場(chǎng)的疊加問(wèn)題,對(duì)于自然界中的一些復(fù)雜問(wèn)題,可以分解成若干簡(jiǎn)單問(wèn)題的疊加問(wèn)題等。因此,在教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生掌握好疊加原理的基本概念和應(yīng)用方法,建立清晰的物理圖像,分析物理量之間的相關(guān)性,促使學(xué)生學(xué)會(huì)將物理疊加問(wèn)題和數(shù)學(xué)處理方法結(jié)合起來(lái),學(xué)會(huì)分析和處理一般性問(wèn)題和復(fù)雜問(wèn)題。
(5)在近代物理中,狹義相對(duì)論中涉及到高速運(yùn)動(dòng)的物理問(wèn)題和處理方法,對(duì)初學(xué)者來(lái)講,是有較大難度的。這里面既有抽象的概念問(wèn)題,也有與傳統(tǒng)方法截然不同的內(nèi)容。例如,相對(duì)論的時(shí)空觀與經(jīng)典時(shí)空觀的區(qū)別,同時(shí)性的相對(duì)性問(wèn)題、長(zhǎng)度收縮和時(shí)間膨脹問(wèn)題、以及質(zhì)量和能量的關(guān)系問(wèn)題。因此,教學(xué)中需要引導(dǎo)學(xué)生掌握好高速運(yùn)動(dòng)物體的物理概念和運(yùn)動(dòng)規(guī)律,要注意講授傳統(tǒng)知識(shí)向近代知識(shí)的過(guò)渡方法,講明經(jīng)典內(nèi)容與近代內(nèi)容之間的矛盾,以及產(chǎn)生新理論、新方法的基本途徑,使學(xué)生在認(rèn)識(shí)新事物過(guò)程中實(shí)現(xiàn)認(rèn)知的跨越。
(6)在近代物理中,量子物理中的不少基本概念和基本方法已完全不同于經(jīng)典知識(shí)。例如,普朗克的能量量子化概念,物質(zhì)波概念及其處理方法,光電效應(yīng),康普頓效應(yīng),不確定關(guān)系,薛定諤方程、隧道效應(yīng)等。這些概念和方法的建立對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō),都不是很容易接受的事情。因此,需要教師通過(guò)清晰的物理圖像、形象化的手段、由淺入深的引導(dǎo)來(lái)幫助學(xué)生全面掌握量子物理的基本概念和運(yùn)動(dòng)規(guī)律,將經(jīng)典知識(shí)與近代知識(shí)的矛盾講清楚,并通過(guò)一些典型實(shí)驗(yàn)分析,使學(xué)生建立正確的概念,也可以通過(guò)量子物理在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的基礎(chǔ)作用來(lái)分析基本概念和基本規(guī)律,使學(xué)生體會(huì)近代物理在科技發(fā)展中的基礎(chǔ)作用。
總之,《大學(xué)物理》課程教學(xué)重點(diǎn)的核心是促進(jìn)學(xué)生關(guān)注自然界的各種各樣的物理現(xiàn)象和規(guī)律,通過(guò)各種知識(shí)的傳授和物理方法的介紹,培養(yǎng)和增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理問(wèn)題、分析和處理物理問(wèn)題的興趣,并從中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和研究能力。因此,本課程教學(xué)過(guò)程中,我們注重引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)在遇到困難后如何找出解決問(wèn)題的途徑,并根據(jù)不同的教學(xué)對(duì)象,將理論問(wèn)題與應(yīng)用問(wèn)題有機(jī)的結(jié)合起來(lái),真正提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,而不是簡(jiǎn)單的講一些定律和給出一些數(shù)學(xué)公式。