序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的大學物理波動光學總結樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。

第1篇

關鍵詞：大學物理；物理學史；課堂教學；興趣激發

作者簡介：李玲（1980-），女，湖北荊州人，長江大學工程技術學院，講師。（湖北 荊州 430020）

基金項目：本文系長江大學工程技術學院教研基金項目（項目編號：JY201112）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0122-02

一、大學物理課程的意義

物理是自然科學的基礎性學科，它的知識體系和思維方法貫穿人們學習自然科學知識的始終，培養人的科學精神，陶冶人的科學思維，教會人應用科學方法解決具體問題。大學物理是工程技術學院（以下簡稱“我院”）相關系部許多專業課的理論基礎，但因有些學生認識不到這門課的重要性，經常在課程中期出現畏難厭學現象。現通過改革課堂教學內容，提高學生對物理的學習興趣，以期提高教學質量。

物理學史上的許多名人軼事及其主要研究成果的研發過程都對今人有積極的指導作用，如光學波粒二象性對立統一的認知發展過程。若能結合教學內容將物理學史中有代表性的知識體系發展融入教學過程，既可激發學習興趣，改變滿堂灌的理論推導，又可有機地將物理知識要點與科學的世界觀及哲學發展理論結合起來，有利于學生知識底蘊的累積和眼界的開闊。

表1 大學物理全模塊教學內容及課時分配

我院經過數年的大學物理模塊化教學改革[1]后，將學科內容分為六個模塊（表1），參考課時分配，本文討論如何在課堂教學中將物理學發明史、名人史等容易激發學生興趣的內容導入，以及導入后其對課題教學可起到的積極作用，課程內容以我院現在使用的大學物理教材[2]為準。

二、大學物理全模塊教學內容

1.力學

力學部分的講授內容比較多，是物理學實踐探索方法與思想體系建立的基礎。質點運動學有兩次課，第一次課緒論開端討論物理學科的研究范圍，介紹從古人對自然的樸素的感性認知，到近代利用微積分等數學工具歸納推導大量天文觀測數據及實驗室數據而獲得的經典物理學基本定理與定律，再到近現代的量子物理和相對論，物理的發展史即人類文明的發展史。這兩次課中要將大學物理用到的微積分、矢量等數學知識進行系統化介紹，而微積分的發明者之一牛頓正是近代物理的標志人物。

牛頓定律部分由于學生熟悉內容，在理論講授部分很容易分散注意力，因此，介紹相關物理學史知識可以有效地激發學生興趣。如被稱為近代物理學之父的伽利略，其著名的比薩斜塔落體實驗、斜面實驗皆入選最美麗的十大物理實驗，[3]其物理思想如慣性、力與運動的關系等，是牛頓定律得以建立的基石。而牛頓在1687年發表的《自然哲學的數學原理》里提出的萬有引力定律以及他的牛頓運動定律是經典力學的基石。質點動力學的最后一節非慣性系略有些抽象。以科里奧利命名的旋轉參考系中的慣性力有許多常見實例，很容易激發學生探究興趣，如臺風氣旋、下水方向、河道兩邊的不對稱沖刷，以及著名的列入十大最美物理實驗之一的傅科擺。[3]

剛體力學三次課相對來講較難較抽象，需要用到微積分、空間立體幾何及矢量叉乘知識，質點的角動量守恒可以將開普勒第二定律的反向證明作為計算實例，而歷史上牛頓正是由開普勒第二定律推導定義角動量的概念。在大段相對沉悶的概念講解和定理推導之后，第谷與開普勒師生的歷史故事以及他們對物理學發展的貢獻很容易引起學生的興趣。

2.振動與波

由于簡諧振動的振動方程、平面簡諧波的波動方程等都比較抽象，其對應物理量的計算和轉換多，所以此處學生最易產生厭學情緒。

機械振動兩次課，第一節課可用中國2013年6月太空課堂的單擺實驗導入；第二次課的利薩，及其后的阻尼振動及共振在生活中的應用及歷史中的實例就更多了，例如著名的18世紀拿破侖士兵齊步過橋致橋塌事件。在西方，波動現象的本質首先是由達芬奇發現的。機械波致質點受迫振動也可舉共振的例子，如中國古代戰場上利用共振器判斷敵軍多寡和方位、唐朝寺廟鐘磬聲波共鳴等事例。第二次課中可以用1842年多普勒在散步時的“多普勒效應”導入，目前該效應應用很廣。

3.熱學

熱學部分我院僅勘工和化工類專業需要學習。氣體動理論部分的兩次課中涉及到微積分的計算不太多，學生們對克拉伯龍方程也有一定基礎，總體難度不大。第二次課講自由度及麥氏速率分布率時，由于涉及到統計學，相對比較枯燥且理論公式冗長。可以在前期已觀察到學生狀態及接受水平的基礎上，淡化理論，介紹一下科學家麥克斯韋生平。麥克斯韋被譽為牛頓與愛因斯坦之間最偉大的物理學家，其一生對物理學的卓越貢獻不僅表現在對后世產生巨大影響的電磁學上。他在熱力學方面提出的麥克斯韋速率分布式也是應用最廣泛的科學公式之一，在許多物理分支中起著重要的作用。同時代的科學家玻爾茲曼將麥克斯韋速率分布式應用到保守力場中，提出了玻爾茲曼速率分布律，在熱力學研究中也具有重要地位。玻爾茲曼把物理體系的熵和概率聯系起來，闡明了熱力學第二定律的統計性質并引出了能量均分原理。

熱力學基礎三次課，可聯系科學發展史上對永動機的探索導入。如第一類永動機不可能被創造出來是違背了能量守恒定律，但其探索過程為熱力學第一定律的建立提供了實驗基礎；第二類永動機則違背了熱力學第二定律。此外，熱機的發明是工業革命的標志之一，第二次課的循環過程可借此話題導入。

4.光學

光學是一個古老而充滿活力的學科。[4]從十七世紀中葉牛頓和惠更斯分別提出光的微粒學說和波動學說之后，對于光的本質的討論一直是科學界熱點話題，直到二十世紀愛因斯坦提出光的波粒二象性才告一段落。牛頓對光學的研究可視為近代光學的開端，其棱鏡分解白光實驗入選十大最美物理實驗，[3]而牛頓環實驗至今仍是大學普通物理實驗室經典必選實驗之一。因牛頓的權威，光的微粒學說在科學界占主導地位達一個多世紀。光的干涉第一次課以十九世紀初托馬斯楊的雙縫干涉實驗導入，這一實驗揭開了近代波動光學的序幕，亦是十大最美麗的物理實驗之一。[3]第二次課薄膜干涉可以用牛頓環導入。第三次課中介紹在物理學史上有重要地位的邁克爾遜（1907年獲諾貝爾獎）干涉儀。

在衍射部分，將菲涅爾等實驗證明的著名泊松亮斑在第一次課中作簡單介紹，可以很好激發學生的討論熱情，因泊松亮斑的相關歷史很多學生都有所了解。第二次課的X射線衍射的發現過程亦十分有趣，倫琴（1901年獲諾貝爾獎）夫人戴婚戒的手骨底片是第一張X光照片。

光的偏振總體上是介紹性質的講授，重點是1808年發現的馬呂斯定律和1815年布儒斯特定律，不作重點但比較有趣的雙折射現象則是早在1669年就被人們發現的，其在生活中可作為辨別晶體與非晶體的一種方式。

5.電磁學

經典電磁學理論是大學物理中的必修模塊，雖然理論推導多、微積分計算多，但現在電磁學在生活中的應用無處不在，且名人輩出，將課上得生動有趣并不困難。如靜電學部分的庫侖定律是1785年的庫侖扭秤實驗確立的，電荷的不連續性是由1909年密立根油滴實驗證明，該實驗是十大最美物理實驗之一。[3]第三次課講授的靜電場高斯定理因“數學之王”高斯得名。高斯生平傳聞軼事很多，尤其是其研究生時期，誤將懸留兩千余年未解的尺規作正十七邊形問題作為導師布置的課后作業一夜解決的故事，與學生們發散討論其心理學與教育學意義，對于學生打破心理設限努力鉆研學習很有意義。

穩恒磁場八次課，第一次課可介紹中國古人在磁學方面的發現，司南和指南針的意義；1820年近代磁學標志性的奧斯特實驗等，也是學生們熟悉且有興趣的內容。第二次課的畢奧-薩伐爾定律，可介紹其定律的得出與安培、拉普拉斯等在數學上的幫助密不可分，再次強調大學物理學習中高數知識的重要性。安培是一位在數學、物理、化學領域都有很高造詣的科學家，約第四、五次課中學習的磁場安培環路定理、安培定律都由他發現，被稱為“電學中的牛頓”。

電磁感應部分則由著名科學家法拉第的故事導入。被譽為電磁學領域的平民巨人，著名的自學成才的科學家法拉第，生于英國一個貧苦鐵匠家庭，僅上過小學。1831年，他作出了關于力場的關鍵性突破，永遠改變了人類文明。[4]法拉第是一位無以倫比的實驗物理學家，在電磁學、化學、電解、氣體液化等實驗方面都做出了巨大貢獻。而且法拉第十分幸運地在晚年遇到了既能理解他的物理思想，又長于數學的麥克斯韋，第三、四次課中的感生電場和位移電流假設都是由麥克斯韋提出。麥克斯韋于1873年出版了科學名著《電磁理論》，系統、全面、完美地闡述了電磁場理論，這一理論成為經典物理學的重要支柱之一。1888年，赫茲經反復實驗，終于發現了人們懷疑和期待已久的電磁波，由法拉第開創、麥克斯韋總結的電磁理論，得以完美的證明。

6.相對論與近代物理

這部分內容我院只有全模塊的勘工和建環專業按十六課時教學并考試，其他專業都只作為了解內容，用物理學史的故事串講主要內容即可：

（1）被譽為20世紀最偉大物理學家的愛因斯坦，其狹義相對論的兩個重要結論：時間延緩和長度收縮效應，及物理學史上著名的雙生子佯謬已被實驗證明，而為愛因斯坦贏得1921年諾貝爾獎的是光電效應的研究。

（2）光電效應方程中的普朗克常數對描述光的量子性非常重要，因研究黑體輻射而提出該常數的普朗克（1918年諾貝爾物理學獎）是量子力學的創始人。有趣的是，普朗克本人并不認同量子理論的許多觀點，直到愛因斯坦利用能量子假設完美地解釋了光電效應。

（3）被戲傳一舉拿下諾貝爾獎（1929）的德布羅意也是量子力學創始人之一，以物質波假設理論最初的確是在其博士論文中提出的，因德布羅意是法國公爵兼德國王子，使其曾被傳聞是一位花花公子，事實上德布羅意終身獻身于科學，深居簡出，是個標準的工作狂。

（4）提出氫原子能級假設的天才玻爾是著名的哥本哈根學派創始人，量子力學的奠基人之一。

（5）概率波動力學的創始人薛定諤，提出著名假設“薛定諤的貓”。

三、結束語

本文按長江大學使用的《大學物理》教材[2]中各章節先后順序列出各章可能提及的名人軼事，希望對執教于大學物理的同仁們在課堂教學中有所助益。

參考文獻：

[1]李玲，梅麗雪.獨立學院大學物理模塊化教學探討[J].華章，

2009，（9）.

[2]康垂令， 伍嗣榕，李玲.大學物理[M].武漢：武漢理工大學出版社，2013.

[3]宮鐵波，張炳恒.十大經典物理實驗回顧[J].大學物理實驗，

第2篇

關鍵詞：大學物理；教學效果；課程銜接；自主學習

中圖分類號：G640　文獻標識碼：A　文章編號：1671-0568(2012)41-0109-03

物理學是自然科學中基礎的學科之一，揭示了自然界物質的運動和變化規律。大學物理教學對學生的作用不僅僅限于提供物理知識，它在培養學生的科學素質包括科學思維方法、科學研究方法和創新精神以及靈活運用數學工具等方面，都具有獨特的優勢。在物理課程學習過程中形成的堅實物理基礎、深刻物理思想以及良好的學習能力，是一個優秀專業技術人才所必須具備的科學素質。

一、物理教學過程中存在的問題

在物理學習過程中，學生不光對物理知識有了系統的了解和掌握，而且在此過程中也訓練了自己的學習能力，這些對專業知識的學習和能力的發展有著非常重要的意義。但是由于近年來各高校擴招影響，生源質量參差不齊，給基礎課程教學尤其是物理教學帶來了一定困難。以作者所在的高校為例，大學物理課程主要面向機電、材料、建筑、信息等工科專業的大一大二本科生開設。在教學過程中，發現很多學生學習的獨立性、自主性較差，對教師的教學上的引導有很強的依賴性，許多學生課堂學習效果差，教學質量也難以得到提高。具體分析，可能存在以下幾個方面的原因。

1.部分學生物理功底較差，學習存在困難

由于近些年來高考制度的改革，學生參加高考時可以選報“3+x”的科目。課堂抽查發現，有半數的學生高考時未選擇物理科目。由于大學物理是所有工科專業的必修課，當這部分學生錄取到某一個工科專業時，同專業學生間物理學習功底的差別表現在參差不齊的學習理解能力上。

另外，還存在有些工科專業的學生在高考錄取時是文科生、民族生或單招生，比如工程管理專業就有相當比例的文科生的情況。在他們當中，大多數學生的中學物理基礎差、物理思維訓練不夠，甚至有些學生對中學物理知識也沒有什么概念。這樣，就會造成部分學生很難跟上教學進度，平時的作業不能按時完成。有一部分學生甚至最后很難通過大學物理的考試。這些問題，既挫傷了學生的學習積極性，也影響其后面課程的學習。

2.部分學生學習興趣不高，無成就感

由于課時的限制，教師上物理課時不可能對所有的物理問題都像中學那樣進行深入探討，而大學物理知識理論性較強，內容比較抽象，需要較深層次的高等數學知識，比如剛體轉動章節求剛體對于不同轉軸的轉動慣量、沖量矩、外力矩做功等，這樣往往導致學生在理解物理問題時感覺困難重重，如果自己不肯鉆研也不愿意向其他同學或教師請教，久而久之將變得消極、懈怠。我們在課余時隨機調查班上的學生，問到物理是否難學時，學生的反饋基本上都是很難。在這樣的認知下，學生學習物理變得非常痛苦，也就毫無成就感可言。

3.課程節奏快，學生缺少獨立思考過程

大學物理的理論性很強，有些內容比較抽象和深奧，并且高等數學的知識運用較多，通常把上課內容制成電子教案，上課時對著投影講課，可以節省大量寫黑板、畫圖的時間，一定程度上緩解了學時少、教學內容多的矛盾，擴大了上課的信息量，同時也可以使課堂教學變得生動、形象。但是，由于一方面許多學生在上課時思想不集中也不做任何筆記，寄希望于課后向教師索要PPT資料，覺得可以回去后再復習，就使得課堂效率降低。另一方面，由于時間關系，教師在講解物理定律或典型例題時，往往在關鍵的地方停留一下以便學生思考。如果學生在上課時稍不專心，就可能只是“看見”而沒有“想過”這個關鍵點，這時就還得從頭把之前上課的內容真正在頭腦里過一遍，而他們的思考時間則根本不夠。

4.教學課時少，內容涵蓋面廣

金陵科技學院(以下簡稱“我院”)開設的大學物理課程總計授課96學時，分兩學期完成，涵蓋力學、熱學、振動與波、波動光學、電磁學、相對論及量子物理等內容。對于我院機電、材料、建筑、信息等工科專業的學生來說，物理并不是一門全新的課程，除了文科轉工科專業的學生之外，他們具有相當多的物理基礎知識。但是，這些學生可能已習慣于中學物理的教學方法和學習方法，習慣于大量舉例和反復練習，幾乎已經形成了一定的思維定勢，這將對大學物理的教學帶來負面影響。為了完成教學大綱規定的內容，大學物理教師一般對要求的基本知識點進行描述性地講解，很少像中學課程那樣有時間進行詳細分析和展開。這樣，學生在學習的過程中難以把握重點，且很難關聯各知識點，形成良好的結構體系。

二、解決方案

鑒于大學物理教學現狀及存在的問題，為了提升物理課程的教學質量，培養學生探索和創新精神，有必要采取多個步驟，引導不同基礎層次的學生提高其學習能力，樹立起學習的自信心，以便在大學階段獲得比較全面的發展。

1.做好大學與中學物理課程的銜接

教育心理學的研究表明，學生從原先已習慣了的教學方法過渡到一種新的教學方法，需要一定的時間。為了做好大學物理與中學物理課程的銜接，課程內容安排應由易到難、由少到多。剛上物理課時，應該讓學生在思想上做好準備，知道有多少章節，每個章節花多少課時等，并在開始適當放慢教學進度，使學生逐漸適應后，再過渡到正常的教學進度。大學新生之前已習慣于中學課堂教學慢節奏、少容量、講練結合的教學方法，不容易適應快節奏、大容量的教學，因此在大一上學期最容易有科目不及格的情況發生。物理課程雖然在大一下學期開始，學生也已經對大學的課程有了一定適應，但是考慮到大部分學生物理基礎薄弱的情況，在教學進度安排上，開始時要盡量放緩節奏。比如緒論和第一章質點運動學，讓學生從習慣了的教學模式過渡并接受新的教學模式。另外，可以針對基礎比較薄弱的學生特別是文科生、民族生和單招生，增加基礎物理內容的簡單教學，做好大學物理和中學物理的銜接教學，使學生盡快地適應大學物理的學習。

2.精心選編例題和習題

由大學物理的教學要求，學生只需對課程中的基本概念、基本理論、基本方法有較全面、系統的認識和正確的理解，并具有初步應用的能力；立足于對體現基本物理思想、思維技巧和計算方法的有關內容的認識。這些就規定了學生不必像中學那樣陷入題海之中。于是，相對于中學物理教學來說，大學物理教學習題的數量大大減少。據我院統計，學生一學期的物理作業題在50道左右，意味著大學物理教學中的例題和習題，必須是經精選的典型例題和習題。并通過這些題目，達到鞏固新知識的目的。我院目前選用的教材是馬文蔚等人編寫的《物理學教程(第二版)》和夏兆陽主編的《大學物理教程》，分別作為我院

和獨立學院的本科生用教材。物理教研室的教師則正在進行例題和習題的編寫工作，主要針對學生基礎情況，用一些小題目來鞏固所學的內容，以弄清物理定律、定理、物理意義及適用條件等，引導學生用高等數學微積分和矢量知識來解題，并且在與中學知識解題相比較的過程中，體會新方法的便捷性。

3.培養學生的自學能力和學習的主體意識

以往中學的教學模式更多地是教師講學生記，課后學生再抽時間做練習和復習，很少需要學生提前預習內容，更不會有課上不講、完全自學的情況。為了培養在將來學習、科研及工作中獲得知識和運用知識的能力，在大學階段必須培養學生的自學能力，增強學習的主體意識。具體可以從幾方面人手：

一是在課堂上布置自學的內容，在下周上課時抽查，讓學生自己講解這部分內容。并且，事先按學號編排小組。為了獲得較好的效果，小組內進行分工，幾個人寫材料，幾個人宣講或補充，等等，這樣就發揮出每個人的特長。小組之間的競爭，有效地激發了學生的興趣。我院做過這樣的嘗試：選了一節教學大綱外的應用類內容“靜電場的應用”，引導學生到圖書館或上網查閱最新的資料做成課件，再到下次課上來講，結果形成了活躍的課堂氣氛，學生熱情非常高，他們積極思考并敢于對感興趣的內容提問，各方面能力也得到了鍛煉。

二是開列出參考書目錄，要求學生借閱不同類型的參考書。一種是與教材相關的參考書，可以讓學生在平時的學習中隨時查閱書中有關內容，碰到重點難點便于跟教材相互印證，方便自己總結、歸納每個章節的主要內容、重要定理、解題方法等；一種是物理應用類的參考書，讓學生在學習物理知識的過程中了解這些定律、定理有什么實際的應用價值；還有一種是物理學歷史的參考書，讓學生了解教材上的科學家名字命名的定律、定理和公式等，不是一下子就出現的，是經過許許多多的科學家不斷探索和研究總結得出來的，其中又走了不少的彎路，讓學生意識到這是認識世界的必然規律。

三是在平時的教學過程中，針對不同專業的學生，有目的地增加與不同專業聯系緊密的內容，擴展其深度，側重于展示科技進展給人們日常生活帶來的影響。比如對通信專業的學生，講到光波在一定條件下遇到折射率大的界面發生全反射，舉例光纖正是基于這個原理進行遠距離通信，這部分內容書上雖然有所涉及但并不詳細，我們在教學時也總是有意識地把相關內容傳遞給學生。為了進一步了解這方面的知識，就要求學生自己到圖書館查閱更多資料。

四是建設網絡教學系統，錄制教學視頻及使用仿真教學軟件，實現學生自主學習。基于學校的4A網絡平臺，這部分工作正在進行中，錄制教學視頻可以方便學生在網上點播每一章節的內容，鞏固學習效果；建成專門的仿真實驗室用軟件模擬物理實驗，可供學生自己來操作以便進一步理解書上的一些物理規律和實驗原理。這樣，就建立起包括學生輔助教材和復習題庫在內的大學物理立體化教學體系，方便學生的自習和復習，以系統地掌握大學物理的知識體系。

上述措施在一定程度上可以緩解課程內容多而課時少的矛盾，也很好地培養了學生的自學能力。