论在物理教学中渗透基本概念的方法

论在物理教学中渗透基本概念的方法

物理和机械科学的一般理论和方法渗透到科学的各个领域。物理和机械科学的发现是提高新技术或生产方法的基础。另一方面，科学研究和生产力的发展有效地促进了物理和机械科学的发展，并出现了许多边缘交叉科学。根据研究，20世纪以来的许多重要科学发现与物理和其他学科的发展有关。因此,在工科物理教学中,我们在强调物理学自身方法及规律的同时,应注重物理学与专业学科间的衔接,以物理学的基本知识点为基础,结合专业知识适当加强其纵向拓展与横向联系,加强不同学科间的相互渗透,努力培养具有综合能力的21世纪复合型人才.1新能源与新能源在工科教学中,物理学的研究内容决定了它作为一门基础课不仅使学生获得系统、扎实的基础科学技术,更重要的是培养他们的科学思维方法,训练他们在工程应用中善于创新的能力.物理学的每个知识点都是不同专业学科的基础和出发点,因此,有意识地寻找适当的契点,在与学生专业相关的内容上进行拓展,不仅可以加强学生对基础学科与专业学科间相关性的认识,同时可以提高学生的学习兴趣,进一步提升基础学科在工科教学中的地位.例如对汽车专业的学生来说,可以与汽车原理、性能结合,如汽车动力系统可以是燃油的,也可以是电动的或混合型的,传统的燃油发动机主要涉及能量转换及热力学定律,而电动汽车分为纯电池驱动电动汽车(BEV,简称纯电动汽车)、混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池汽车(FCV)三种,电动汽车原理的涉及面较广,除了涉及电磁理论中的各个知识点外,还随着电池或燃料类型的不同涉及了新材料、新能源的开发及应用.再如关于汽车性能,风洞实验的基本出发点就是运动的相对性,轮胎与道路噪声测试实验主要是研究波源及其传播;汽车废气排放实验则与热机循环的原理相关,另外还有消声室实验等.同样,对自动化专业的学生来说,物理型传感器的原理是一个很好的结合点.各种不同类型传感器的基本原理可以涉及力、声、光、电、磁、热以及原子物理等几乎所有的物理学基本内容.实际上,能够完成两种物理量之间的变换或转换,都符合传感器的定义范围.例如,电阻传感器有应变电阻电位计实现力学量与电信号之间的转换,热电阻传感器实现热学量与电信号之间的转换,还有电感传感器、电容传感器、超声传感器、射线传感器、涡流传感器、磁电传感器、热电传感器、压电传感器、光电(包括光电式、激光、红外、光栅、光导纤维)传感器、谐振(包括振弦、振片、振筒)传感器、霍尔传感器、微波传感器等.这些传感器可以用来进行光、热、电、力学量、机械量之间的转换,其基本出发点都是物理学中压电效应、热电效应、光电效应、霍尔效应、电磁感应、光声效应等基本原理.遥感技术是电磁学和光学与海洋地质、地球物理等专业的结合点.遥感技术是在物理学的基础上发展起来的,其中广义遥感包括磁力、重力等地球物理场的测量,还包括探测地震波、声波等弹性波的方法,而狭义的遥感则是指以电磁波理论为基础的测量方法,包含了许许多多的物理学基本原理,不仅可以与不同波长的电磁波的传播、吸收及反射等基本性能有关,也可以与光的干涉、透镜分辨率以及黑体辐射等知识点相联系.2多层次各学科间的联系随着科学技术的不断发展,不同学科之间不断渗透、综合,学科间的界限正在趋于模糊,爆炸式的知识含量、交叉性的学科结构已成为现代科技发展的一大特征.因此,狭窄的专业教育模式将不再满足人才培养的需求,强调学科间的联系,培养提高学生融会贯通及自我完善的能力是基础学科教育的一个重要内容.以振动与波为例,从机械波传播的基本原理出发,通过对室内声环境设计中相关因素的处理方法的介绍,强调建筑声学、土木工程、环境工程、电声以及计算机等诸多专业间的相互联系及协调合作.例如,一个音乐厅音质的设计,首先相关的是外部噪声、振动影响的隔离以及内部声波反射的效果设计,在土木建筑设计时就要考虑避免声聚焦、加强有用的反射声等问题,其基本出发点都是波的传播、反射直至干涉特性.另外,室内通风设计、电声设计、计算机模拟设计以及完工后的测试和调整等环节都不是孤立的,各门学科之间需要相互理解、积极配合.隔行如隔山,同时掌握不同学科的专业知识对一个大学本科生来说是不现实的,因此通过基本物理学理论,加强各学科间的联系也应该是基础课教学的目的之一.以物理学中物理量的叠加原理为例,各种不同的物理量有着不同的叠加方法,有标量叠加、矢量叠加、时间相位变化的干涉叠加等.例如将复杂的带电体视作点电荷元的集合,带电体在空间任意一点产生的电场强度等于各点电荷元单独存在时在这一点产生的电场强度的矢量之和,产生的电势等于各点电荷元单独存在时在这一点产生的电势的标量之和.再如,光波通过圆孔到达屏幕,其产生的结果等同于将圆孔视为无数的点光源,所有点光源发出的子波在屏幕上产生的振动的干涉叠加.这是一种有效的解决问题的方法,包含了有限元法的基本思想,在实际工程中有着广泛的应用.特别是随着计算机技术的发展,许多复杂的实际问题都可以从这种基本思想出发,通过数值计算的方法得到解决.3双耳环绕声时的散射信号表现为受教在基础教育中适当地与学生的专业相联系,让学生结合物理学原理尝试一些简单的设计或制作,有利于创新能力的培养及综合素质的提高.我们每年都有一些学有余力的学生,利用业余时间参加物理及物理实验设计的竞赛,很多设计项目都贯穿了以物理学为基础,与本专业或多个专业知识结合的思想.例如,计算机系的学生,以波传播及衍射为基础,一方面查资料了解人的双耳对接收信号的影响,另一方面自学信号处理方法,充分发挥自己计算机技术的专长,最终实现了计算机模拟的双耳环绕声录制回放系统,用此系统可以让更多的学生掌握声波的幅度、相位随传播距离的变化关系,波的衍射、散射特性,也了解了当人的两耳接受到不同信号时所产生的主观感受.再如,土木及环境等专业的学生合作参加了一项学生创新设计项目:噪声环境下的通风结构设计,学生虽然还没有进行过专业课程的学习,但他们从物理学基本原理出发,自己查资料,补充相关知识的不足,在实践中得到了提高.应该指出,这些设计及制作活动的主要目的并不是完成一个真正意义上的科研项目或创新设计,而是多层次地进行基础物理教学活动,通过给学生一个实际的操作平台,培养其综合处理问题的能力.总之,大学物理教学不应该只是简单地传授知识,而是要提高学生的科学素质和创造能力,学习科学的思想方法.使学生及早地树立工