发布时间：2023-03-02 15:01:19
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的大学物理波动光学总结样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：大学物理；物理学史；课堂教学；兴趣激发
作者简介：李玲（1980-），女，湖北荆州人，长江大学工程技术学院，讲师。（湖北 荆州 430020）
基金项目：本文系长江大学工程技术学院教研基金项目（项目编号：JY201112）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0122-02
一、大学物理课程的意义
物理是自然科学的基础性学科，它的知识体系和思维方法贯穿人们学习自然科学知识的始终，培养人的科学精神，陶冶人的科学思维，教会人应用科学方法解决具体问题。大学物理是工程技术学院（以下简称“我院”）相关系部许多专业课的理论基础，但因有些学生认识不到这门课的重要性，经常在课程中期出现畏难厌学现象。现通过改革课堂教学内容，提高学生对物理的学习兴趣，以期提高教学质量。
物理学史上的许多名人轶事及其主要研究成果的研发过程都对今人有积极的指导作用，如光学波粒二象性对立统一的认知发展过程。若能结合教学内容将物理学史中有代表性的知识体系发展融入教学过程，既可激发学习兴趣，改变满堂灌的理论推导，又可有机地将物理知识要点与科学的世界观及哲学发展理论结合起来，有利于学生知识底蕴的累积和眼界的开阔。
表1 大学物理全模块教学内容及课时分配
我院经过数年的大学物理模块化教学改革[1]后，将学科内容分为六个模块（表1），参考课时分配，本文讨论如何在课堂教学中将物理学发明史、名人史等容易激发学生兴趣的内容导入，以及导入后其对课题教学可起到的积极作用，课程内容以我院现在使用的大学物理教材[2]为准。
二、大学物理全模块教学内容
1.力学
力学部分的讲授内容比较多，是物理学实践探索方法与思想体系建立的基础。质点运动学有两次课，第一次课绪论开端讨论物理学科的研究范围，介绍从古人对自然的朴素的感性认知，到近代利用微积分等数学工具归纳推导大量天文观测数据及实验室数据而获得的经典物理学基本定理与定律，再到近现代的量子物理和相对论，物理的发展史即人类文明的发展史。这两次课中要将大学物理用到的微积分、矢量等数学知识进行系统化介绍，而微积分的发明者之一牛顿正是近代物理的标志人物。
牛顿定律部分由于学生熟悉内容，在理论讲授部分很容易分散注意力，因此，介绍相关物理学史知识可以有效地激发学生兴趣。如被称为近代物理学之父的伽利略，其著名的比萨斜塔落体实验、斜面实验皆入选最美丽的十大物理实验，[3]其物理思想如惯性、力与运动的关系等，是牛顿定律得以建立的基石。而牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原理》里提出的万有引力定律以及他的牛顿运动定律是经典力学的基石。质点动力学的最后一节非惯性系略有些抽象。以科里奥利命名的旋转参考系中的惯性力有许多常见实例，很容易激发学生探究兴趣，如台风气旋、下水方向、河道两边的不对称冲刷，以及著名的列入十大最美物理实验之一的傅科摆。[3]
刚体力学三次课相对来讲较难较抽象，需要用到微积分、空间立体几何及矢量叉乘知识，质点的角动量守恒可以将开普勒第二定律的反向证明作为计算实例，而历史上牛顿正是由开普勒第二定律推导定义角动量的概念。在大段相对沉闷的概念讲解和定理推导之后，第谷与开普勒师生的历史故事以及他们对物理学发展的贡献很容易引起学生的兴趣。
2.振动与波
由于简谐振动的振动方程、平面简谐波的波动方程等都比较抽象，其对应物理量的计算和转换多，所以此处学生最易产生厌学情绪。
机械振动两次课，第一节课可用中国2013年6月太空课堂的单摆实验导入；第二次课的利萨，及其后的阻尼振动及共振在生活中的应用及历史中的实例就更多了，例如著名的18世纪拿破仑士兵齐步过桥致桥塌事件。在西方，波动现象的本质首先是由达芬奇发现的。机械波致质点受迫振动也可举共振的例子，如中国古代战场上利用共振器判断敌军多寡和方位、唐朝寺庙钟磬声波共鸣等事例。第二次课中可以用1842年多普勒在散步时的“多普勒效应”导入，目前该效应应用很广。
3.热学
热学部分我院仅勘工和化工类专业需要学习。气体动理论部分的两次课中涉及到微积分的计算不太多，学生们对克拉伯龙方程也有一定基础，总体难度不大。第二次课讲自由度及麦氏速率分布率时，由于涉及到统计学，相对比较枯燥且理论公式冗长。可以在前期已观察到学生状态及接受水平的基础上，淡化理论，介绍一下科学家麦克斯韦生平。麦克斯韦被誉为牛顿与爱因斯坦之间最伟大的物理学家，其一生对物理学的卓越贡献不仅表现在对后世产生巨大影响的电磁学上。他在热力学方面提出的麦克斯韦速率分布式也是应用最广泛的科学公式之一，在许多物理分支中起着重要的作用。同时代的科学家玻尔兹曼将麦克斯韦速率分布式应用到保守力场中，提出了玻尔兹曼速率分布律，在热力学研究中也具有重要地位。玻尔兹曼把物理体系的熵和概率联系起来，阐明了热力学第二定律的统计性质并引出了能量均分原理。
热力学基础三次课，可联系科学发展史上对永动机的探索导入。如第一类永动机不可能被创造出来是违背了能量守恒定律，但其探索过程为热力学第一定律的建立提供了实验基础；第二类永动机则违背了热力学第二定律。此外，热机的发明是工业革命的标志之一，第二次课的循环过程可借此话题导入。
4.光学
光学是一个古老而充满活力的学科。[4]从十七世纪中叶牛顿和惠更斯分别提出光的微粒学说和波动学说之后，对于光的本质的讨论一直是科学界热点话题，直到二十世纪爱因斯坦提出光的波粒二象性才告一段落。牛顿对光学的研究可视为近代光学的开端，其棱镜分解白光实验入选十大最美物理实验，[3]而牛顿环实验至今仍是大学普通物理实验室经典必选实验之一。因牛顿的权威，光的微粒学说在科学界占主导地位达一个多世纪。光的干涉第一次课以十九世纪初托马斯杨的双缝干涉实验导入，这一实验揭开了近代波动光学的序幕，亦是十大最美丽的物理实验之一。[3]第二次课薄膜干涉可以用牛顿环导入。第三次课中介绍在物理学史上有重要地位的迈克尔逊（1907年获诺贝尔奖）干涉仪。
在衍射部分，将菲涅尔等实验证明的著名泊松亮斑在第一次课中作简单介绍，可以很好激发学生的讨论热情，因泊松亮斑的相关历史很多学生都有所了解。第二次课的X射线衍射的发现过程亦十分有趣，伦琴（1901年获诺贝尔奖）夫人戴婚戒的手骨底片是第一张X光照片。
光的偏振总体上是介绍性质的讲授，重点是1808年发现的马吕斯定律和1815年布儒斯特定律，不作重点但比较有趣的双折射现象则是早在1669年就被人们发现的，其在生活中可作为辨别晶体与非晶体的一种方式。
5.电磁学
经典电磁学理论是大学物理中的必修模块，虽然理论推导多、微积分计算多，但现在电磁学在生活中的应用无处不在，且名人辈出，将课上得生动有趣并不困难。如静电学部分的库仑定律是1785年的库仑扭秤实验确立的，电荷的不连续性是由1909年密立根油滴实验证明，该实验是十大最美物理实验之一。[3]第三次课讲授的静电场高斯定理因“数学之王”高斯得名。高斯生平传闻轶事很多，尤其是其研究生时期，误将悬留两千余年未解的尺规作正十七边形问题作为导师布置的课后作业一夜解决的故事，与学生们发散讨论其心理学与教育学意义，对于学生打破心理设限努力钻研学习很有意义。
稳恒磁场八次课，第一次课可介绍中国古人在磁学方面的发现，司南和指南针的意义；1820年近代磁学标志性的奥斯特实验等，也是学生们熟悉且有兴趣的内容。第二次课的毕奥-萨伐尔定律，可介绍其定律的得出与安培、拉普拉斯等在数学上的帮助密不可分，再次强调大学物理学习中高数知识的重要性。安培是一位在数学、物理、化学领域都有很高造诣的科学家，约第四、五次课中学习的磁场安培环路定理、安培定律都由他发现，被称为“电学中的牛顿”。
电磁感应部分则由著名科学家法拉第的故事导入。被誉为电磁学领域的平民巨人，著名的自学成才的科学家法拉第，生于英国一个贫苦铁匠家庭，仅上过小学。1831年，他作出了关于力场的关键性突破，永远改变了人类文明。[4]法拉第是一位无以伦比的实验物理学家，在电磁学、化学、电解、气体液化等实验方面都做出了巨大贡献。而且法拉第十分幸运地在晚年遇到了既能理解他的物理思想，又长于数学的麦克斯韦，第三、四次课中的感生电场和位移电流假设都是由麦克斯韦提出。麦克斯韦于1873年出版了科学名著《电磁理论》，系统、全面、完美地阐述了电磁场理论，这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。1888年，赫兹经反复实验，终于发现了人们怀疑和期待已久的电磁波，由法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论，得以完美的证明。
6.相对论与近代物理
这部分内容我院只有全模块的勘工和建环专业按十六课时教学并考试，其他专业都只作为了解内容，用物理学史的故事串讲主要内容即可：
（1）被誉为20世纪最伟大物理学家的爱因斯坦，其狭义相对论的两个重要结论：时间延缓和长度收缩效应，及物理学史上著名的双生子佯谬已被实验证明，而为爱因斯坦赢得1921年诺贝尔奖的是光电效应的研究。
（2）光电效应方程中的普朗克常数对描述光的量子性非常重要，因研究黑体辐射而提出该常数的普朗克（1918年诺贝尔物理学奖）是量子力学的创始人。有趣的是，普朗克本人并不认同量子理论的许多观点，直到爱因斯坦利用能量子假设完美地解释了光电效应。
（3）被戏传一举拿下诺贝尔奖（1929）的德布罗意也是量子力学创始人之一，以物质波假设理论最初的确是在其博士论文中提出的，因德布罗意是法国公爵兼德国王子，使其曾被传闻是一位花花公子，事实上德布罗意终身献身于科学，深居简出，是个标准的工作狂。
（4）提出氢原子能级假设的天才玻尔是著名的哥本哈根学派创始人，量子力学的奠基人之一。
（5）概率波动力学的创始人薛定谔，提出著名假设“薛定谔的猫”。
三、结束语
本文按长江大学使用的《大学物理》教材[2]中各章节先后顺序列出各章可能提及的名人轶事，希望对执教于大学物理的同仁们在课堂教学中有所助益。
参考文献：
[1]李玲，梅丽雪.独立学院大学物理模块化教学探讨[J].华章，
2009，（9）.
[2]康垂令， 伍嗣榕，李玲.大学物理[M].武汉：武汉理工大学出版社，2013.
[3]宫铁波，张炳恒.十大经典物理实验回顾[J].大学物理实验，
关键词：大学物理；教学效果；课程衔接；自主学习
中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1671-0568(2012)41-0109-03
物理学是自然科学中基础的学科之一，揭示了自然界物质的运动和变化规律。大学物理教学对学生的作用不仅仅限于提供物理知识，它在培养学生的科学素质包括科学思维方法、科学研究方法和创新精神以及灵活运用数学工具等方面，都具有独特的优势。在物理课程学习过程中形成的坚实物理基础、深刻物理思想以及良好的学习能力，是一个优秀专业技术人才所必须具备的科学素质。
一、物理教学过程中存在的问题
在物理学习过程中，学生不光对物理知识有了系统的了解和掌握，而且在此过程中也训练了自己的学习能力，这些对专业知识的学习和能力的发展有着非常重要的意义。但是由于近年来各高校扩招影响，生源质量参差不齐，给基础课程教学尤其是物理教学带来了一定困难。以作者所在的高校为例，大学物理课程主要面向机电、材料、建筑、信息等工科专业的大一大二本科生开设。在教学过程中，发现很多学生学习的独立性、自主性较差，对教师的教学上的引导有很强的依赖性，许多学生课堂学习效果差，教学质量也难以得到提高。具体分析，可能存在以下几个方面的原因。
1.部分学生物理功底较差，学习存在困难
由于近些年来高考制度的改革，学生参加高考时可以选报“3+x”的科目。课堂抽查发现，有半数的学生高考时未选择物理科目。由于大学物理是所有工科专业的必修课，当这部分学生录取到某一个工科专业时，同专业学生间物理学习功底的差别表现在参差不齐的学习理解能力上。
另外，还存在有些工科专业的学生在高考录取时是文科生、民族生或单招生，比如工程管理专业就有相当比例的文科生的情况。在他们当中，大多数学生的中学物理基础差、物理思维训练不够，甚至有些学生对中学物理知识也没有什么概念。这样，就会造成部分学生很难跟上教学进度，平时的作业不能按时完成。有一部分学生甚至最后很难通过大学物理的考试。这些问题，既挫伤了学生的学习积极性，也影响其后面课程的学习。
2.部分学生学习兴趣不高，无成就感
由于课时的限制，教师上物理课时不可能对所有的物理问题都像中学那样进行深入探讨，而大学物理知识理论性较强，内容比较抽象，需要较深层次的高等数学知识，比如刚体转动章节求刚体对于不同转轴的转动惯量、冲量矩、外力矩做功等，这样往往导致学生在理解物理问题时感觉困难重重，如果自己不肯钻研也不愿意向其他同学或教师请教，久而久之将变得消极、懈怠。我们在课余时随机调查班上的学生，问到物理是否难学时，学生的反馈基本上都是很难。在这样的认知下，学生学习物理变得非常痛苦，也就毫无成就感可言。
3.课程节奏快，学生缺少独立思考过程
大学物理的理论性很强，有些内容比较抽象和深奥，并且高等数学的知识运用较多，通常把上课内容制成电子教案，上课时对着投影讲课，可以节省大量写黑板、画图的时间，一定程度上缓解了学时少、教学内容多的矛盾，扩大了上课的信息量，同时也可以使课堂教学变得生动、形象。但是，由于一方面许多学生在上课时思想不集中也不做任何笔记，寄希望于课后向教师索要PPT资料，觉得可以回去后再复习，就使得课堂效率降低。另一方面，由于时间关系，教师在讲解物理定律或典型例题时，往往在关键的地方停留一下以便学生思考。如果学生在上课时稍不专心，就可能只是“看见”而没有“想过”这个关键点，这时就还得从头把之前上课的内容真正在头脑里过一遍，而他们的思考时间则根本不够。
4.教学课时少，内容涵盖面广
金陵科技学院(以下简称“我院”)开设的大学物理课程总计授课96学时，分两学期完成，涵盖力学、热学、振动与波、波动光学、电磁学、相对论及量子物理等内容。对于我院机电、材料、建筑、信息等工科专业的学生来说，物理并不是一门全新的课程，除了文科转工科专业的学生之外，他们具有相当多的物理基础知识。但是，这些学生可能已习惯于中学物理的教学方法和学习方法，习惯于大量举例和反复练习，几乎已经形成了一定的思维定势，这将对大学物理的教学带来负面影响。为了完成教学大纲规定的内容，大学物理教师一般对要求的基本知识点进行描述性地讲解，很少像中学课程那样有时间进行详细分析和展开。这样，学生在学习的过程中难以把握重点，且很难关联各知识点，形成良好的结构体系。
二、解决方案
鉴于大学物理教学现状及存在的问题，为了提升物理课程的教学质量，培养学生探索和创新精神，有必要采取多个步骤，引导不同基础层次的学生提高其学习能力，树立起学习的自信心，以便在大学阶段获得比较全面的发展。
1.做好大学与中学物理课程的衔接
教育心理学的研究表明，学生从原先已习惯了的教学方法过渡到一种新的教学方法，需要一定的时间。为了做好大学物理与中学物理课程的衔接，课程内容安排应由易到难、由少到多。刚上物理课时，应该让学生在思想上做好准备，知道有多少章节，每个章节花多少课时等，并在开始适当放慢教学进度，使学生逐渐适应后，再过渡到正常的教学进度。大学新生之前已习惯于中学课堂教学慢节奏、少容量、讲练结合的教学方法，不容易适应快节奏、大容量的教学，因此在大一上学期最容易有科目不及格的情况发生。物理课程虽然在大一下学期开始，学生也已经对大学的课程有了一定适应，但是考虑到大部分学生物理基础薄弱的情况，在教学进度安排上，开始时要尽量放缓节奏。比如绪论和第一章质点运动学，让学生从习惯了的教学模式过渡并接受新的教学模式。另外，可以针对基础比较薄弱的学生特别是文科生、民族生和单招生，增加基础物理内容的简单教学，做好大学物理和中学物理的衔接教学，使学生尽快地适应大学物理的学习。
2.精心选编例题和习题
由大学物理的教学要求，学生只需对课程中的基本概念、基本理论、基本方法有较全面、系统的认识和正确的理解，并具有初步应用的能力；立足于对体现基本物理思想、思维技巧和计算方法的有关内容的认识。这些就规定了学生不必像中学那样陷入题海之中。于是，相对于中学物理教学来说，大学物理教学习题的数量大大减少。据我院统计，学生一学期的物理作业题在50道左右，意味着大学物理教学中的例题和习题，必须是经精选的典型例题和习题。并通过这些题目，达到巩固新知识的目的。我院目前选用的教材是马文蔚等人编写的《物理学教程(第二版)》和夏兆阳主编的《大学物理教程》，分别作为我院
和独立学院的本科生用教材。物理教研室的教师则正在进行例题和习题的编写工作，主要针对学生基础情况，用一些小题目来巩固所学的内容，以弄清物理定律、定理、物理意义及适用条件等，引导学生用高等数学微积分和矢量知识来解题，并且在与中学知识解题相比较的过程中，体会新方法的便捷性。
3.培养学生的自学能力和学习的主体意识
以往中学的教学模式更多地是教师讲学生记，课后学生再抽时间做练习和复习，很少需要学生提前预习内容，更不会有课上不讲、完全自学的情况。为了培养在将来学习、科研及工作中获得知识和运用知识的能力，在大学阶段必须培养学生的自学能力，增强学习的主体意识。具体可以从几方面人手：
一是在课堂上布置自学的内容，在下周上课时抽查，让学生自己讲解这部分内容。并且，事先按学号编排小组。为了获得较好的效果，小组内进行分工，几个人写材料，几个人宣讲或补充，等等，这样就发挥出每个人的特长。小组之间的竞争，有效地激发了学生的兴趣。我院做过这样的尝试：选了一节教学大纲外的应用类内容“静电场的应用”，引导学生到图书馆或上网查阅最新的资料做成课件，再到下次课上来讲，结果形成了活跃的课堂气氛，学生热情非常高，他们积极思考并敢于对感兴趣的内容提问，各方面能力也得到了锻炼。
二是开列出参考书目录，要求学生借阅不同类型的参考书。一种是与教材相关的参考书，可以让学生在平时的学习中随时查阅书中有关内容，碰到重点难点便于跟教材相互印证，方便自己总结、归纳每个章节的主要内容、重要定理、解题方法等；一种是物理应用类的参考书，让学生在学习物理知识的过程中了解这些定律、定理有什么实际的应用价值；还有一种是物理学历史的参考书，让学生了解教材上的科学家名字命名的定律、定理和公式等，不是一下子就出现的，是经过许许多多的科学家不断探索和研究总结得出来的，其中又走了不少的弯路，让学生意识到这是认识世界的必然规律。
三是在平时的教学过程中，针对不同专业的学生，有目的地增加与不同专业联系紧密的内容，扩展其深度，侧重于展示科技进展给人们日常生活带来的影响。比如对通信专业的学生，讲到光波在一定条件下遇到折射率大的界面发生全反射，举例光纤正是基于这个原理进行远距离通信，这部分内容书上虽然有所涉及但并不详细，我们在教学时也总是有意识地把相关内容传递给学生。为了进一步了解这方面的知识，就要求学生自己到图书馆查阅更多资料。
四是建设网络教学系统，录制教学视频及使用仿真教学软件，实现学生自主学习。基于学校的4A网络平台，这部分工作正在进行中，录制教学视频可以方便学生在网上点播每一章节的内容，巩固学习效果；建成专门的仿真实验室用软件模拟物理实验，可供学生自己来操作以便进一步理解书上的一些物理规律和实验原理。这样，就建立起包括学生辅助教材和复习题库在内的大学物理立体化教学体系，方便学生的自习和复习，以系统地掌握大学物理的知识体系。
上述措施在一定程度上可以缓解课程内容多而课时少的矛盾，也很好地培养了学生的自学能力。
