在大学物理课程中课件

1、 在大学物理课程中 恢复和建设讨论课的尝试清华大学 物理系 陈惟蓉2003.81 在大学物理课程中清华大学 物理系历史的回顾“恢复和建设”的由来 自50年代以来，清华大学的大学物理课程一直配设有一定学时比例的习题课，以自然班为单位，由辅导教师负责进行。并且在80年代逐渐从单纯由教师讲解过渡到师生共同讨论。后来由于青年教师的严重缺乏，90年代初被迫改为200人左右的大班习题课，讨论的形式也随之终止。 21世纪初，学校提出新的人才培养方案，大学物理被确定为 校首批精品课建设课程之一，在此形势下，恢复和建设讨论课的任务提到议事日程上来。 自2002秋季学期开始在非物理类一个大班（7小班）和物理类（3

2、小班）开始讨论课试点。新形势、新情况、新问题2历史的回顾“恢复和建设”的由来 自50年代以来讨论课的目标定位和组织原则 新形势：新的人才培养方案要求更能激发学生的学习兴趣，培养学生的创造性，培养学生学会学习、终生获取知识、产生知识的能力上。 课程建设必须以实现此培养目标为方针。海森堡：“科学植根于讨论之中”课程上：针对物理课概念性强的特点， 在讨论中加深对课程内容的理解 和基本方法的掌握； 恢复和建设讨论课是大学物理课程进行精品课建设的重要举措之一。 学风上：形成“勤于思考，乐于探讨”的学术氛围。3讨论课的目标定位和组织原则 新形势：新的人才培养地位：是整个课程的不可缺少的重要一环； 是对大课

3、的辅助与配合。任务：帮助学生理解基本概念、规律； 掌握基本方法； 开阔思路，鼓励创新，训练辩才。方式：以讨论为主，师生互动； 要求学生“动脑、动手、动口” 题目课前到手，师生有备而来。 讨论围绕教学重点和学生学习疑点、难点展开。规模：规模要小，以15人左右一班为宜， 以保证讨论普遍进行。按照新形势的指导思想，确定了下述建设原则：4地位：是整个课程的不可缺少的重要一环；任务：帮助学生理解讨论课教师队伍的建设新情况：目前讨论课的辅导教师几乎全部由物理系 研究生助教担任。 研究生助教的优势是与学生容易沟通，但一缺乏教学经验；二尚有学习研究任务，不可能全身心投入教学。 新情况下上好讨论课的关键在于抓好

4、辅导教师队伍，保证教学思想的贯彻。明确思想：做到两个明确2)明确讨论课教师的作用是“引导”而不是“代替”。1)明确讨论课的任务。 “重要的不在于结果而在讨论的过程本身！5讨论课教师队伍的建设新情况：目前讨论课的辅导教师几乎全部由物 确定教学内容和选题 每课必须有明确的教学要求，精选讨论题目。 整套讨论题尽力做到具有“基础性、针对性、 启发性”（选题举例见附件）。现阶段选题由主讲教师负责，大统一，小“自由” 个人与集体相结合 每课各人事先准备教案； 课前集体备课解题；题目中体现的 概念和方法；学生容易出现的错误。认真组织备课：助教除组织讨论课外必须听大课；主讲教师听讨论课。双方及时交流。注意配合

5、与督查6 确定教学内容和选题 每课必须有明确的教学要求，精选讨论题 以自然班为基础，15人一班为限（一分为二或合二为一），自愿报名。 上课周次在教学日历中确定，具体时间待分班确定后，由任课教师和学生共同商定。1. 课程安排 一律用课外学时： 每次课2学时。 B(1)学期共6次（力3，电3 ）； B(2)学期共4次（热、波、光、量子各1次）讨论课的具体实施2.学生分班与排课：3.讨论课的全过程题目课前到手；课后公布参考解答7 以自然班为基础，15人一班为限（一分为二或合二为一）效果、问题与发展 效果 尽管是自愿报名，而且占用课外学时，但学生 报名踊跃，除个别情况外，几乎全部学生参加了 全部讨论课

6、。普遍反映有收获。 有的讨论班，学生课前认真准备，课堂讨论十分热烈。甚至在下课之后还不肯离开，继续讨论。 从执行两个学期的情况看，讨论课的确起到了调动学生学习主动性的作用，总的效果良好。 8效果、问题与发展 效果 尽管是自 从讨论课的发展和推广看：（2003春学期开始已有责任教授负责主持）1）要进一步提高讨论课质量，必须要有专职教师、 教授直接参与和主持转变观念（从领导到教师“水平的高与低”）；国外经验（教授，甚至知名教授乘担讨论课）2）要在整个大学物理课程开设讨论课面临两大问题 众多的TA的教学质量管理； 大批小班（一届200多班）的排课与组织 探求新的教学组织模式。例如：分层次，按类设班；

7、定时定点，学生限额选课好处多，困难大！9 从讨论课的发展和推广看：（2003春学期开始已有责任教 习题讨论课(二)守恒定律和质点系力学基础教学要求： 1、理解和区分三个守恒的条件； 2、掌握用守恒定律求解力学问题的方法； 3、初步掌握质心及质心运动规律； 4、掌握刚体定轴转动的规律； 5、初步掌握分解质点系复杂运动的方法。附件10 习题讨论课(二)守恒定律和质点系力学基础教学要求：附件指导书1.3 三 . 3(砖块被拖动）讨论题1： Fvmv = const.皮带M f驱动力m砖块 f 的过程中，应该有：m：vm=0vm=v判断下列说法是否正确：（2）F 的功 + f 的功 = m获得的动能

8、（1）f 对M的功 = -（ f 对m的功） （3）F 的功 + f 的功 = 0（4）F 的功 = m获得的动能 教学目的： 功的定义； 动能定理。11指导书1.3 三 . 3(砖块被拖动）讨论题1： F讨论题2：S 和 S系都是惯性系 在 S 和 S系 中摆球（+地球）的机械能是否守恒？SOmS1）SS2）在 S 和 S系中弹簧振子的机械能是否守恒？教学目的：功与参考系；E守恒条件。12讨论题2：S 和 S系都是惯性系 在 S 和 S系 中摆讨论题3 分析下列情况的守恒量： （1）锥摆（2）两质点构成 的弹簧振子 （光滑水平面上）（3）球与匀质 杆的碰撞（3）中，动量是否守恒？一定不守恒？

9、动量也能守恒？教学目的：守恒条件的分析和比较13讨论题3 分析下列情况的守恒量： （1）锥摆（2）两讨论题4：1）功能原理是否成立？如图，一内壁光滑的环状细管绕竖直轴均匀转动。管内小球自顶端无初速滑下。2）设小球到图示位置时速度为v,有人列式如下：试判断此式的正误，并说明理由。选圆环参考系，考虑小球的运动 ：教学目的：非惯性系中的功能关系。14讨论题4：1）功能原理是否成立？如图，一内壁光滑的环状细管绕计算题1 已知两带电粒子之间的静电力服从 库仑定律，即：如图，带电粒子1以某一初速度正对远处的静止带电粒子2运动，已知：m1, q1 ,v10 ;m2, q2 , 粒子电荷同号；求：两粒子的最近

10、距离（万有引力远小于 库仑力。m2 ， q2m1， q1v10教学目的： 保守力和势能 守恒定律， 两体问题。15计算题1 已知两带电粒子之间的静电力服从如图，带电粒子1以计算题2 如图示，黏土块以初速度斜射在匀质 圆盘的顶端P点，后与圆盘黏合。h，R，M=2m， =60已知：求：当P转到与 x 轴重合 时，圆盘的角速度和（水平） xOM光滑轴RPm（黏土块）对盘M的作用力N 轴O教学目的： 定轴转动的守恒定律； 转动定理； 质心运动定理。16计算题2 如图示，黏土块以初速度斜射在匀质 h，R，M=2计算题3：轮1无驱动力，有初始角速度10. 各轴承光滑，轮2初静止，放平后，恰 与轮1接触，设

11、两轮的质量及转动惯量 已知；杆质量不计。求：稳定后各自的角速度fro教学目的： 角动量定理； 守恒条件的判定； 运动学关系。17计算题3：轮1无驱动力，有初始角速度10.求：稳定后各自的计算题4 如图，内壁光滑的环状细管绕竖直轴 旋转， 无动力，轴光滑。 初：管内球在，静止；各已知量如图标示。求：球到水平位置时的相对速度教学目的： 守恒定律。18计算题4 如图，内壁光滑的环状细管绕竖直轴求：球到水计算题5：现象：在台面上合适地搓动乒乓球，乒 乓球在桌面上前进一段距离后将会自动返回。 1）试对此现象作定性解释； 2）设乒乓球可看成匀质刚性球壳，导出能产 生上述现象，其初始条件应满足的关系。教学目

12、的： 刚体平面运动的分解； 质心运动定理； 质心参考系。19计算题5：现象：在台面上合适地搓动乒乓球，乒教学目的：19计算题6 如图一匀质细杆长为 l ，质量为 M， 无约束地平放在光滑水平面上。一质量为 m的小球以速度 v0 垂直于杆身与杆端作弹 性碰撞。设 M 3m，求：碰后杆的 角速度v0mM， l c要求：只列出求解所需的方程。教学目的； 质点系守恒定律。 20计算题6 如图一匀质细杆长为 l ，质量为 M，求：碰后讨论题3 分析守恒量： （1）锥摆（2）两质点构成 的弹簧振子 （光滑水平面上）（3）球与匀质 杆的碰撞（3）中，动量是否守恒？一定不守恒？动量也能守恒？参考解答选：21讨

13、论题3 分析守恒量： （1）锥摆（2）两质点构成 解：（1）动量不守恒对点：mgTrAro角动量不守恒对o点：角动量守恒（2）对双振子系统：无外力。 能量、动量 以及对任一定点的角动量守恒。（3）能量是否守恒取决于碰撞性质； 一般碰撞中轴对杆有横向力，外力不为零， 但对o点的力矩为零，故系统角动量守恒 而动量不守恒。22解：（1）动量不守恒对点：mgTrAro角动量不守恒解法一：隔离用动量定理角动量定理 对象：杆。无水平轴力，有球的力f这个位置称为撞击中心动量定理（水平）：角动量定理：运动学：解：若x为某确定值，可使轴承处无水平力， 即使动量也守恒，结果与杆的质量无关。23解法一：隔离用动量定理角动量定理这个位置称为撞击中心动量定计算题5：讨论在台面上搓动乒乓球后，乒乓球 能自动返回的原理； 计算：初始条件应满足的关系（均质球壳）。定性分析：若初始运动方向如图， 则摩擦力方向一定向后