浅谈大学物理教学中的比较法

陈红叶 刘协权 赵建君 冯蒙丽

(石家庄军械工程学院基础部 河北 石家庄 050003)

作为工科各专业的公共基础课——大学物理是培养科技人才和各类工程技术人员的基础.培养学生的物理思想和物理研究方法对创新意识和开拓精神是不可或缺的.可以说，在教学过程中，培养学习能力和处理解决问题的能力与学会知识内容、规律、结论等同样重要.课堂上，对理论内容的学习过程就是这种能力的养成过程.若教学过程中，教师能够加以启发引领，必然能够达到更为理想的教学效果．将各个知识点之间经常进行联系与比较，对教学内容的理解和把握会有很大的帮助．下面，我们就比较法在物理教学中的应用作一简单介绍．

1 概念和规律的类比

教学过程中，我们注意了利用已有概念引出新概念，通过和已掌握的概念的对比，使得对新概念易于理解和接受，进而能顺利地应用新概念解决问题．

1.1 力学部分

牛顿定律作为经典力学的基石，决定了物体运动状态及其后续运动状态的预测．动量、动能、角动量等概念和相关规律都可以视为该定律的引伸和扩展．力学教学中，很多概念可以通过类比理解其内涵．

例如：m表示质量，对质点即是惯性的量度，v则是速度，a是加速度；J是转动惯量，衡量物体转动的惯性大小，ω是转动速度，β是转动的加速度．

动量p=mv用来衡量平动运动强度；角动量L=Jω用以衡量转动运动的强度．

力F=ma是平动惯性大小与(平动)加速度的乘积；力矩M=Jβ是转动惯性大小与(转动)加速度的乘积．

力学中，平动与定轴转动可相比较的概念和规律还有很多．不难看出运动规律的外在表现形式虽有上述的平动与转动之分，但却没有本质的差别．通过比较来学习，使学生学习比较难以接受的转动运动的内容时，更容易理解问题的物理内涵和本质，从而使新的学习内容更顺利进行．

1.2 电磁学部分

电学和磁学虽然关系密切，都以场的形式存在，都是空间和时间的函数，都具有可入性和叠加性，但由于静电场的源是静止的电荷元，而恒定磁场的源是运动的电荷或电流元，所以使得磁场的学习较电场不易理解．如果注意其相关的概念和规律之间的颇多相似之处，便可以对磁场内容理解得更深入更透彻、掌握得更好，使教的过程和学的过程同步受益．

例如：介电常量描述材料本身性质对电场影响，磁导率描述材料本身性质对磁场影响．

利用电场的叠加原理求电场分布的方法是

利用磁场的叠加原理求磁场分布的方法与之异曲同工，即

此外，电场的高斯定理、环路定理、能量密度、介质中电场等概念无一不与磁场中的对应概念十分形似．

2 比较不同模块的内容

大学物理的内容包括：力学、热学、光学、电磁学和原子物理五个主要部分．其中力学部分处理了机械运动的内容；热学则从宏观和微观两个角度解释了热现象的本质和规律；光学以光的电磁特性为起点，依据波的特性处理了波动光学内容；电磁学研究了电磁运动的规律及场与物质的相互作用．除去研究内容的不同，使用领域的差异，大学物理中的内容还有一个共同的特点就是基于其学科的基础性，内容安排主要是各部分的入门知识，研究内容大多是依据一些理想化的模型．这些理想的模型只突出主要特征而忽略了问题的次要矛盾，相对于真实具体的问题.若对理想模型的研究抓住了本质规律便可降低学习难度．将这些理想模型在学习之初作横向对比联系，有利于培养学习信心、提升学习兴趣、从宏观上把握知识体系、甚至提供研究的思路．下面给出大学物理各部分的理想化的模型．

质点：只有质量没有大小，体积为数学上的点．

刚体：形状永不发生变化的物体．

简谐振动：理想化的运动方式，受线性恢复力作用，能量不发生衰减．

平面简谐波：最简单、最基本的行波，各质点均做简谐振动．

理想气体模型：忽略气体分子间的相互作用.

点电荷：只有电荷没有大小和体积为数学上的点.

3 数学知识应用的比较

大学物理中，数学知识应用最多的是矢量运算与微积分知识．把握数学背后的物理意义含义，对各个物理量的认识理解无疑有很大好处．

位移、速度、加速度、力、动量、力矩、角动量、冲量、电场强度、磁感强度等都是矢量，都既有大小又有方向，可以在各个坐标系中进行合成与分解．使得教学中的难点，如简谐振动的合成、波的干涉、电场强度、磁感强度等的计算更易于理解和接受．

微积分是贯穿整个大学物理中的数学手段，在力学、热学和电磁学中应用比较多．尤其是在电磁学中，应用电场强度的叠加原理求电场强度和应用磁感强度的叠加原理求磁感强度的思路方法非常相似．不仅解题思路的数学基础相似，而且对微元的选取也有很好的一致性.在学习完静电场后对恒定磁场的继续学习有非常好的参考价值．

4 结论

物理教学不是对概念描述的文字堆砌，也不是枯燥乏味的公式方程.物理学理论是自然奥秘表现形式的一种，品味物理的乐趣，体现在对物理学美感的欣赏上.物理教学能够出于简单而归于深奥，是物理学知识普及的一个更高的境界.对物理教学要达到的目标与追求，比较的方法是一条捷径．