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關鍵字：類比法 大學物理 教學

一、引言

類比法是一種比較的思維過程，通過與已知事物對比，同中求異，異中求同，最后達到較快教好認識事物本質的目的[1]。如幼兒園小朋友在學習數字時老師并不是直接把每個基本數字寫在黑板上讓他們抄寫直到記住為止，而是通過童謠為載體讓每個數字與生活中常見的事物相聯系起來，如1像鉛筆，2像小鴨等等，小孩腦中立刻很直觀的印象。類比思維在物理上應用也取得很大的成就[2]。如惠更斯將光與聲波類比，確信光也和聲波一樣是以波的形勢傳播；在光具有波粒二象性的說法提出以后，德布羅意將實物粒子與光學粒子類比，提出了實物粒子的波粒二象性假說；大量事實表明，類比法的應用在科學探索，理論研究以及生產實踐中有著舉足輕重的作用。同樣在教學方法中也可以大量采用類比思維，下面就以大學物理教學為例。

作為理工專業學生的基礎課大學物理由于內容乏味難懂；與當前科學發展脫節等等都造成了學生對學學物理的興趣大幅下降，期末不及格率大幅上升。主要可以總結為兩個方面。第一方面來自學科本身，大學物理涉及了整個經典物理以及近代物理的部分內容，可謂知識點多，覆蓋范圍廣。另外大學物理作為一理科學科，必須要以深厚的數學知識作為基礎。而這些對于非物理專業的學生來說是比較困難的。第二方面來自學生以及老師，學生認為大學物理并非專業課所以對待它的態度并不積極，加上內容繁多，公式繁瑣更是加重其厭學情緒。另外，部分老師在講授時不注意方式方法，照本宣科嚴重打擊了學生的學習興趣。作為一名高校教師，如何利用物理本身的特點、適當的方法將學生最不感興趣的概念、定律等變成生動、活潑、易理解。最后達到激發學生求學積極性的目的，顯得格外重要。從學生反映以及教師間相互聽課總結；在講解新的物理概念或者規律時加入類別思維，將舊知識和新知識結合到一起可以使學生溫故而知新，舉一反三，豐富教學形式的同時有助于學生的理解和應用，學生利用好類比思維可以增強學習積極性，課堂參與性，活躍了課堂氣氛，從而大大提高教學效率。以下主要以力學中質點與剛體力學，電磁學中靜電場與穩恒磁場為例。

二、質點與剛體力學規律

以《普通物理學》程守洙版[3]為例，第二章運動的守恒量和守恒定律，由于有高中物理基礎，而此章內容只是在此基礎之上稍作深化并涉及高數微積分，新的概念物理量也不多，學生普遍反映學習基本沒有問題。但進入到第三章剛體運動，由于前面兩章涉及都是直線運動及運動規律，學生很難從已有的知識結構中跳出來，因此感覺學習很吃力。教師抓住學生對直線運動規律熟悉、剛體轉動過程與直線運動中有很多相似之處，應用類比思維把每一個轉動規律中的物理量都對應找一個在直線運動中充當相同角色地位的物理量，詳見表1[4]。

三、靜電場與穩恒磁場

靜電學部分與恒定電流的磁場部分在知識結構的安排上都具有一定的規律性。因此在教學中可以多花點時間講解靜電學部分，只要學生掌握了其基本性質及其規律，到講解靜磁學部分時可以參考靜電學的學習方法與思路，利用類別方法將其對號入座。學生學習起來也會感覺思路清晰。自然能達到事半功倍的效果。以如何引入安培環路定理為例：⑴引導學生一塊兒復習靜電學中兩個基本定理高斯定理和環路定理，同時強調對兩個定理的理解。⑵引導學生復習磁學部分高斯定理，強調磁力線的特點。⑶提問參考靜電學部分，靜磁部分也應該有環路定理⑷引導學生回顧利用庫侖定律以及場疊加原理計算帶電體產生的電場中某一點的電場強度的思路以及當電場分布具有對稱性時利用高斯定理可以大大簡化計算步驟，引導學生回顧上節課利用畢奧薩伐爾定律計算磁場中某點磁感應強度的思路以及引導他們類比靜電學部分的解題思路考慮當磁場分布具有某種對稱性時是不是也可以利用某定理使得計算大大簡略。通過這種類比思維引導可以使學生對安培環路定理形式、應用有初步的了解。還有很多其它地方都可以利用類比思維，如表2所示

表2 靜電場與靜磁場規律類比表

四、結語

通過類比的思維可以有效地幫助學生較快掌握大學物理基本知識點，提高學學物理的興趣，是一種科學的教學手段和方法。

表1 質點與剛體力學規律對照表

參考文獻：

[1]張清，類比法在大學物理中的應用[J]安徽工業大學學報 19（2） 2002

[2]郭奕玲，沈慧君；物理學史[M]. 北京；清華大學出版社，2005

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[關鍵詞]工程電磁場原理；工程應用背景；教學方式多樣化

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）07-0097-02

“工程電磁場”課程以分析各類電磁現象的基本規律和應用原理與方法為核心內容，是培養合格的電氣信息類專業本科生所應具備的知識結構的必要組成部分。[1]但是“工程電磁場”課程一直被認為是難教、難學的兩難課程，究其原因主要集中在以下幾個方面。一是課程要求學生具有堅實的矢量分析、微積分等基礎知識；二是電磁場是人類無法直觀感知的特殊形態物質，要求學生在學習和應用過程中要有較強的抽象思維和邏輯推理能力；三是經典理論內容與課時安排之間的矛盾導致目前教學方式主要以理論教學為主，缺乏經典且深入的工程實例輔助教學，導致學生學習該門課程的主動性欠缺。[2]針對以上問題本文從該課程特點出發，提出從教學內容調整、教學手段多樣化等方面激發學生興趣，提升“工程電磁場”教學效果。

一、教學內容調整

“工程電磁場”課程的前接課程為“大學物理”，與“大學物理”中的電磁學部分相比，“工程電磁場”更加重視以麥克斯韋方程為基礎的宏觀理論體系、工程中電磁問題的數學描述――邊值問題及其求解方法、電磁能量和電磁力以及電磁場與電路之間的聯系等，而大學物理中的電磁學部分內容更突出物理現象的實驗描述及其機理的微觀闡釋，兩者在電磁場麥克斯韋方程部分存在重疊。同時工程電磁場又與電類相關的工程實際聯系緊密，就電氣工程專業來講，其后續課程“電路”、“電機學”、“電力系統暫態分析”、“高電壓技術”等核心課程的基礎理論及其應用分析均基于電磁場基本原理進行。因此建議在學生已有大學物理基礎知識的背景下，對“工程電磁場”課程內容進行如下安排。

（一）適當減少靜電場內容

“工程電磁場”在教學安排上遵循先靜電場后時變場的思路，且靜電場所占比例較大，但這部分內容中基本物理量、基本性質、導體和電介質、電容等內容學生在大學物理中有所接觸，因此重點講授靜電場的邊值問題及其解的物理意義。

（二）加強時變電磁場理論和應用部分內容

“大學物理”對時變電磁場部分內容僅限于電磁感應現象和結論，而時變電磁場特別是其中的時諧電磁場在電氣工程、自動化等專業中有著廣泛的應用背景，應是此門課程的教學重點，可適當增加授課學時；在內容講解上可適當增加時變電磁場理論的具體應用和發展現狀，有助于學生理解相關概念，提升學生積極性，提高教學質量。

（三）增加工程應用背景內容

“工程電磁場”這門課程有著廣泛的工程應用背景，尤其在工程實踐、科學研究以及日常生活中。[3]對電磁現象應用背景的介紹可以提升學生學習興趣。比如結合所學內容可以討論為什么封閉的接地金屬導體可以屏蔽手機及其他電磁信號，微波爐為什么不能加熱金屬，變電站或輸電線對附近居民身體的影響等問題，使學生深刻意識到本課程的工程應用性，而提高學習積極主動性。

在具體教學過程中根據“工程電磁場”以麥克斯韋方程為核心，靜態場均為其在不同條件下的特例的特點，教學中應了解電磁場知識的總體結構，如表1所示，應突出靜電場這一基本內容和時變電磁場這一核心內容，學會對比總結，方便理解和記憶。在課程的教學過程中應適當講述散度和旋度、通量和環量的數學概念，從流體力學中流速場出發，形象化地重點闡明此概念的物理意義。因為“工程電磁場”中所涉及的四種場的基本性質都是以此概念為基礎展開的。

二、教學方法

（一）課堂以問題為基礎教學方法

“工程電磁場”這門課程在電類專業中有著廣泛的應用背景，在教學中過程中可采用基于問題的教學方法。首先根據教學內容提出與工程實踐和實際生活緊密相關的問題；針對問題引導學生思考將問題切分，并逐一介紹與子問題相關的基本理論知識；在知識匯總的同時由子問題解決方案逐步推導出所提問題的各種可能方案，并結合工程實踐數據或結論驗證提出解決方案的正確性；最后匯總與此問題相關知識體系，并擴展介紹在工程實際中的同類問題。這一過程中的難點是如何篩選具有一定理論深度并能夠吸引學生的問題，從論題中逐步展開切分成一系列與基礎知識體系對應的子問題，激發學生探究與子問題對應的教學內容，產生學習動機。[4]比如靜電場學習中可提出：雷雨天氣里的閃電是如何產生的？接閃器如何吸引雷電并如何釋放巨大的雷電能量？學習恒定電場中電流場部分內容時，可引入雷擊高壓輸電線路桿塔，雷電流在土壤中泄流導致桿塔附近魚塘中的魚大量死亡的新聞。時變電磁場內容的學習中可形象直觀地給出發電機、電動機、變壓器等時變電磁場理論的經典應用實例。通過諸如此類與工程實際、日常生活緊密結合的問題，不但可以引導學生學習工程電磁場的經典理論知識體系，并且培養學生遇到問題勤于思考，并能科學地借助相關理論分析問題，解決問題的能力。

（二）多種教學方式相結合

工程電磁場知識體系的學習需要學生具有的優秀的邏輯推導能力和抽象思維能力。教師在常規基礎內容的PPT展示基礎上，對部分重點數學推導知識進行板書推導，并對于不易理解的電磁場空間分布及時變特性進行動畫及圖形展示，如典型輸電線路、電力設備的電場強度、電場線、電位分布圖等，使學生在抽象理論知識的數學推導中對其對應的電磁場這種特殊形態物質有一個定量的形象化認識；對于時變電磁場相關知識內容，可制作精美的電磁場演示動畫，例如電磁波在空氣中傳播特性、電介質在時變電場中的動態極化特性等動畫視頻，可直觀反映電磁波傳播特點，有助于學生對抽象的基本概念的理解。

（三）數值計算軟件仿真教學

隨著計算機技術的迅猛發展和電磁場數值計算理論的逐漸成熟，實際工程中的電磁場問題均可以通過相應的軟件建模求解。電磁場數值計算軟件眾多，如：ANSYS、COMSOL、ANSOFT、HAFF等，且此類商業軟件只需學生掌握基本理論知識，通過制作簡單幾何圖形，選擇求解域控制方程、自然邊界條件、分界面的銜接條件等過程即可計算工程實際問題，結合相應的后處理即可得到直觀形象的電磁場結果。這種充分利用最新科技成果的形象化教學可以培養學生的學習興趣，使教學內容更加豐富充實，并得到理想的教學效果。

（四）作業模式的多樣化改革

課后作業是鞏固課堂知識，提升綜合應用能力，反饋學習效果并據此改進課堂授課模式的重要方式。目前，課后作業大多為課后習題，存在理論性強、難度大、與工程實際聯系不緊密等特點。部分學生由于沒有興趣或不能獨立完成，而選擇抄襲，然后向老師交差完事，并沒有起到作業應有的效果。[4]因此為提升教學效果，完善整體教學過程，應對作業的內容、形式及考核方法進行改革。

減少課后習題的布置量，增加課程報告環節，即根據其基礎知識內容對應設置多個工程應用課題，由學生分組自由選擇并協作完成。設計的工程課題主要應包括以下幾種類型：1.應用分析型，要求利用所學的電磁場知識計算分析簡單電力、電子、通訊設備產生電磁場。2.編程驗證型，要求通過C++、MATLAB等計算機語言編程實現簡單電磁場問題的數值計算，并與經典理論對比驗證。3.數值計算類，要求對實際工程中典型電磁場問題采用ANSYS、COMSOL等軟件建立模型，求解，并進行簡單分析。作業以報告論文為主課堂宣講討論為輔的形式提交，報告中應闡明解析計算、數值計算所用到的公式、原理，展示程序設計流程圖及代碼、數值計算模型，列寫詳細的分析和驗證過程及計算結果演示等內容。

三、總結

“工程電磁場”是電類專業的專業基礎課程，又是眾多相關交叉學科和新興邊緣學科發展的基礎，而該課程在目前的教學過程中呈現“教”、“學”兩難的狀態，如何提高該課程的教學效果值得探索和實踐。本文針對該課程教學中的問題及其專業基礎課的特點，在“工程電磁場”教學內容和教學方式方面初步改進措施，旨在培養學生抽象思維能力和邏輯推導能力，建立由問題出發、探尋基礎理論、不斷實踐的科學學習方法，提高電磁場教學效果。

[ 注 釋 ]

[1] 黃麟舒，柳超.疑難課程“電磁場與電磁波”中類比教學方法的探索[J].中國電力教育，2013（23）：68-70.

[2] 王士彬，張蓮，萬沛霖，等.“電磁場”課程教學內容改革的實踐[J].電氣電子教學學報，2006（5）：8-11.

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物理學作為自然科學的帶頭學科,它是現代技術的革命先導;是科學的世界觀和方法論的基礎。隨著教學大綱的改革和教學時數的減少,大學基礎物理的重視程度正在不斷降低。我們針對綜合理科教育專業的教學特點,對基礎物理的教學進行改革,從而有效地提高大學基礎物理課的教學質量。

一、對教學內容的整合

(一)對教材的整合

目前,根據新課改的要求,大學基礎物理正在逐漸壓縮學時,同時,隨著科學技術的不斷發展,更多的前沿知識要引入教學,面臨這一矛盾,我們首先要整合教學內容。教材是學生學習的重要資源,教師作為學生學習活動的組織者、引導者與合作者,要根據學生的具體情況對教材進行再加工,創造性地使用教材。在大學階段,一門課程有多種教參,在教學過程中,我們根據綜合理科教育專業的特點,選擇程守洙編寫的《普通物理學》為主教材,并在此基礎上做了一些刪減和調整,做到前后有銜接,內容不重復。基礎物理包含力學、熱學、電磁學三部分[1]。

物理學是從生產和生活實踐中發展起來的學科,力學是最早且最基礎的分支,很多地方體現了物理學科的基本思維特點和習慣,因此,我們由力學開始講解,同時力學也為后面的熱學和電磁學做了知識鋪墊。考慮到大一學生對大學學習方式有一個適應過程,以及高數課程的進度,講解力學部分時,適當的放慢進度。在熱學中熱現象研究對象從宏觀到微觀,從單個質點到大數量粒子構成的系統,既應用到經典力學分析又需要建立統計物理學思想。電磁學主要側重實驗,通過觀察實驗現象,總結和分析實驗原理,再引入場方程。整個電磁學內容主要是圍繞電場,磁場,電荷,電流之間的關系和兩個基本假設(電荷守恒定律,麥克斯韋方程組)展開。為了避免知識的重疊,將《基礎物理學》中波動光學和量子物理移到《近代物理》中講解。在學習基本理論知識的同時,有機地滲透物理學發展史,使學生更多的了解科學家對科學的態度,研究科學的方法以及他們熱愛科學和現身科學的精神。激發學生的創新意識,培養學生創新思維的靈感和意向。教師還應鼓勵學生多聽取各學科領域研究進展的報告,或閱讀資料,及時關注當今科學發展的前沿課題。

(二)注重學科內知識點的交叉

在基礎物理學的教學過程中,要充分考慮當前科學研究綜合、交叉、滲透的發展趨勢,努力在物理學各分支之間進行穿插和呼應,使學生能夠感受到物理學是一個整體,而不是各個分支簡單的拼盤。在物理學的各個分支中許多物理概念,它們之間既有區別又有聯系,存在著一些似是而非,極易混淆的概念。如位移和路程,速度和加速度,振動和波動,熱量和熱能,狀態方程和過程方程,電壓和電動勢,電勢和電勢差等。這就要求我們要在概念的深化過程中,應當抓住它們的共性以看清聯系,抓住它們的個性以看出它們的區別。同時,在物理學各分支之間也是互相聯系互相滲透的。如場的概念,重力場和靜電力場都是保守場,因此,在介紹靜電力場的時候可以聯系重力場的性質進行講解。對于能量的概念,在力學中有動能和勢能,熱學中有熱能,電磁學中有電場的能量和磁場的能量,光學中有光能,但是不管是什么能量,都遵循能量守恒原理。

課程的設置和教學內容的選取以培養學生德、智、體全面發展為宗旨,培養學生提出問題、分析問題、解決問題的能力,提高學生的邏輯思維能力和空間想象能力,注重理論聯系實際,訓練學生實際動手能力,為學生今后進一步深造和實際教學工作打下堅實的基礎。

二、教學方法的改革

(一)結合中學物理進行深入學習

對于綜合理科教育專業的學生,畢業后主要去中小學任教。針對這種情況,我們將中學物理的內容引進高師課堂。教師在新課講解之前,可以安排學生結合高中物理對知識點進行分析,然后,教師在學生分析的基礎上作一些補充和完善,隨后引入新知識點。實際上,物理知識具有系統性和連貫性,中學物理知識層次較淺,一般都具有特殊性和局限性。大學物理學則將運動變化的描述上升為即時或即地意義上逐點的變化。為了構建經典物理學的理論體系,大學物理學使用的主要數學工具是微積分,因此,大學物理學無論在數學思想上和物理學思想上都比中學物理深刻的多。

大學物理和中學物理的講授方式是不同的,中學階段,由于知識點較少,教師主要采用灌輸式教學方法。對于每一個知識點都講解的很詳細,而且例題講解較多,并通過作大量習題鞏固知識點。大學階段,基礎物理內容繁多,而課時較少,因此,對于基本概念、理論和原理,教師要詳細講解,對于一些引申定律要采用引導式講解,還有一些需要了解的內容可以讓學生自學。總之,教師要分層次講解,抓住主線,精講精煉。同時,學生的學習狀態也大不相同,中學階段,學生主要是被動學習,大學階段,學生要學會自學,通過思考、分析和總結構建自己的物理圖像。

(二)注重教學手段的多樣性

針對大學物理內容豐富,時代性強的特點,教師對知識的講解不應僅僅局限于板書,還要注意利用現代化教學手段。多媒體課件具有豐富的表現力,不僅可以自然逼真地表現多姿多彩的視聽世界,還可以對微觀事物進行模擬,對抽象事物進行生動直觀的表現,對復雜過程進行簡化和再現等。根據不同的教學內容充分利用聲音、動畫、視頻等多媒體手段,可以將靜態變為動態,化抽象為形象,充分表現教學內容,突出教學重點和難點。如在熵的教學中,可以利用多媒體技術,將微觀粒子的運動幾率和熵的變化以動態的形式展現出來,使學生很容易明白二者之間的關系[3]。觀看科技展覽,也可以使學生在觀看理論應用的同時了解物理學的發展史。多種教學手段的穿插應用,不僅提高了學生的學習興趣,更促進了學生對科學的探索精神。

將基礎物理理論課和實驗課有機整合,充分調動起學生學習的積極性,讓學生在有趣的活動中學到抽象的知識。在實驗教學中,教師要引導學生實驗,盡量讓學生多動手,加入一些探究式的實驗,由學生自己提出問題,通過觀察研究和互相討論,自己動手實驗解決問題。讓學生真正成為學習的主體。通過讓學生參加一定的帶有探索性的討論活動和實驗研究,培養學生運用所學的物理知識,進行一定的具有開創性的科學研究工作的能力,為他們未來的創造性工作打下較好的物理基礎。

選擇好的教學手段無異于畫龍點睛、雪中送炭,但教學手段的選擇并非多多益善,也并非越先進越好,而是需要根據具體情況選擇時機有序而為。

三、堅持理論聯系實際

學習物理不僅是學習基本概念和基本原理,更主要的是要將理論應用于生產實踐,因此,教師在講解理論的同時要多聯系生產實踐[4]。如教師講解物體受力分析時,教師可以分析雜技"力量組合"中演員是如何處理重心位置來保持身體平衡的。雜技"流星杯"、 "飛車走壁"、"空中飛人"以及"花樣滑冰"、"跳水"等體育運動都需要力學分析作為基礎。

做習題是讓應用所學的基本原理和定律,采用基本分析方法去解決實際問題的一種訓練,因此,教師可以選擇一些接近實際生活的習題。例如:讓學生搜集有關物理現象的詩詞和諺語,并分析其中的物理原理;讓學生分析生活中遇到的物理問題,如靜電的產生和消除、錯覺的產生、利用冰塊點火、血壓測量原理等。通過分析學生熟知的物理現象,加強學生對基礎物理學原理和定律的理解和應用,培養學生的知識遷移能力。

物理學習要結合科技前沿。如學習逃逸速度時可簡單介紹黑洞的基本知識;根據動量守恒定律發現了中微子;多普勒效應應用于紅移和大爆炸理論的解釋中。以及一些物理原理在軍事高新技術中的應用(光纖傳輸技術、紅外技術、核能等)。同一知識點在不同時代有不同應用特例,我們應該結合科技的發展多介紹一些新案例。

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關鍵詞： 五步教學法 大學物理教學 創新能力

近年來在高校教學中，學生的理論學習，尤其是基礎課的學習嚴重脫離生產實際，學生走上工作崗位，感覺所學不能為己所用，認為物理學枯燥、深奧、難懂、難學。為了改革傳統的課堂教學與新時期教育目標不相適應的教學觀念、教學環節、教學方法等，適應新時期對人才培養的新要求，提高學生學習物理的興趣，引發學生對物理現象背后本質的思考，培養學生學習物理的興趣，使學生通過嘗試創新增強創新意識，養成創新思維習慣，從而提高創新能力，筆者提出了五步教學法。

1.教學方法創新

五步教學法主要包括啟發、探尋、反思、設計、實踐五個環節。

1.1啟發

即創設情境、啟發思考，激發探究欲望。一改傳統教學由理論到理論的枯燥的直接講授，避免學生產生厭煩情緒，通過展現鮮活的豐富多彩的生活現象，引導學生對現象產生好奇，激發學生的研究興趣和創造熱情，使學生的各種生理和心理機制調節到最佳狀態，為創造性思維做好心理準備。

1.2探究

即歸納現象，得出規律，實現由感性認識到理性認知的飛躍。在啟發已經完成的情況下，教師應趁熱打鐵，及時引導學生歸納這些現象的共同特征，引發學生對共同特征背后本質規律的思考。在這一過程中，會涉及物理學解決問題的思想方法（如：簡化模型、等效思想等），必然會引起學生的疑問，產生新設想和對已有認識結構的沖撞。引導學生及時記錄這些思想火花，這是創新思維的開始（或產生）。

1.3反思

即鞏固規律，反思物理意義，實現由理論到實踐的初步跨越。在第二步中得出用數學公式或文字所表達的物理規律之后，要及時引導學生反思其物理意義，透過理論公式和文字符號看蘊含的實際意義，對公式進行數學變換，再看其相應的物理意義和實際意義，以解例題的形式引導學生學會用理論指導實踐，解決實際問題，并挖掘規律的其他一切可能價值。在此過程中，注意啟發學生試圖用所學知識解決現實問題，并提示學生及時記錄創新設想。在這一階段中，學生會產生大量的新設想或新問題，這是創新活動的開始。

1.4設計

即查閱資料，明確問題，并設計解決問題的初步方案，實現由理論到實踐的大膽嘗試。在“反思”過后，學生頭腦中將會產生許多問題，迫切需要解決，甚至希望親自做實驗進行驗證。這時，教師應及時引導學生學會研究，學會查資料，學會正確表征自己所提出的問題，進一步完善理論構想，初步設計解決問題的方案。

1.5實踐

即進行實驗或理論推演，創造成果，最終實現由理論到實踐的飛躍。

“五步教學法”堅持以學生為主體、教師為主導的原則，能克服以教師或教學內容為中心、學生習慣于以教師為權威、全盤接受教師傳授知識的缺點，為學生的創造性思維和創新行為提供可能。另外，筆者精心構建的整個教學新體系，都是圍繞培養學生綜合素質和創新能力的總目標進行的。為了達到最后的教學目標，筆者十分注意教學手段的運用，對多媒體和板書取長補短，進行適當整合。筆者認為，多媒體在演示動畫、展示情景、創設情境、畫圖及布置思考題等方面更有優勢，而板書在理論推演、控制節奏、及時答疑等方面具有多媒體不可替代的作用。

2.教學組織實施

2011年暑假，根據創新教學策略和研究方案，以及剛體的定軸轉動、流體力學、液體表面現象、穩恒磁場和波動、幾何光學等內容，實施創新教學，在多媒體演示中插入更多形象生動的圖片。整節課對多媒體播放順序做了調整，更適應“五步教學法”的節奏。

2.1設計小課題

根據每章內容，初步擬定研究小課題，供學生參考，在實際研究中，學生可自行選題。下面列舉部分小課題：（1）人體骨骼的結構和力學特性；（2）肌肉牽引骨骼的力學原理；（3）人體的運動機制；（4）人體血液循環的力學原理；（5）對血壓的影響在醫學上的應用；（6）血液中各種細胞遷移現象分析；（7）B型超聲波的原理；（8）超聲波的生物效應；（9）孕婦做B超對胎兒有害嗎；（10）醫學上常見氣體栓塞現象及其防護。

2.2教學案例

2.2.1教學內容的組織實施

2.2.1.1“五步教學法”和創新思維訓練相結合。過去應試的物理教學方式比較強調歸納總結、數學推導，大量時間用于訓練學生的解題技巧，教學過程基本是單向的，學生學習起來枯燥乏味，由此萌發出怕學物理的心理。在創新教學新體系中，筆者以教學模式的改革為切入口，以引導學生創新思維為重點，重視學生的個性發展和創新能力培養。在課堂教學中注重物理圖像，注重物理學知識與自然現象、生活實踐、科學技術相結合，采用教師與學生雙向交流和溝通的方式實施教學。為了增強課堂教學效果，筆者依據學生的思維發展特點，遵循創新思維活動心理過程，以創新教學新體系為支架，遵循“五步教學法”原則，大膽開展創造性課堂教學，大大活躍課堂教學氣氛。如對流體力學的教學，筆者采用“五步教學”，首先呈現本章的知識構架，讓學生對所學的內容有一個粗略的框架，然后播放與流體有關的圖像和動畫，主要有臺風、山澗小溪、水上沖浪、自來水管、輸液管、人體血液系統等，接著引導學生觀察現象，通過對現象產生原因的追問，引發學生思考，激發學習興趣。在學生的思維狀態處于“最佳發展狀態”，對現象本質無限好奇之時，提示學生運用物理學解決問題的一般方法，根據實際流體的特征、性質和要解決的問題，抓住主要矛盾，進行合理簡化，建立理想流體和穩定流動物理模型，并用物理語言和基本數學方法進行描述，讓學生興奮地體驗物理方法和物理思想的妙用，同時也完成了“五步教學法”中的“啟發”環節。這時，在學生會產生掌握方法的滿足感，迫切了解現象本質的熱情有所下降，激烈的腦細胞活動也得到片刻休息時，筆者不失時機地提示學生：“一切物理現象都遵循物理學的三大基本守恒定律。”引導學生思考：“理想流體做穩定流動會遵循怎樣的規律呢？”由此順利轉入“探尋”環節。此時學生思維活動狀態再次被激活，師生共同探尋規律，由質量守恒定律，進行邏輯和數學推演，得到連續性方程，認識到：流體的連續性方程其實就是質量守恒定律在流體力學中的應用特例。再由機械能守恒定律，結合連續性方程，進行邏輯和數學推演，得到伯努利方程，學生會深刻地體會到：將物理普遍規律，運用于具體現象中，就會產生新的定律和定理，從而產生理智感，在接受知識的同時激發創造熱情，至此也完成“探究”環節。在得出連續性方程和伯努利方程之后，學生會以為掌握了規律，就已經完成了學習任務，可能不會再思考定律的深刻意義和價值，學生的心理活動暫時處于冷卻狀態。筆者抓緊時機，要求學生運用規律，解釋剛才所呈現的物理現象。學生的思維活動再次激活，轉入對定律的“反思”環節。本單元的“反思”環節，主要解決定律中每一項的物理意義，定律本身的物理意義，定律在特殊情況下的表現形式，討論定律的各種用途等。在這一環節中，學生不僅會對定律有更深刻的領會，能較好地接受發散思維訓練，體會運用規律解決實際問題的過程，而且在理論與實踐的聯系中，學生會萌生許多問題或設想。筆者會提醒他們及時記錄問題，并鼓勵大家課后進行更深入的研究。至此，完成了“反思”環節，并啟動了“設計”環節。整個課堂教學由張有弛，環環相扣，既重視基礎知識的教學，又重視創新能力和創新精神的培養，實現知識、能力和素質協調發展的培養目標。

2.2.1.2課內與課外相結合。課堂教學只能完成“五步教學法”中的前三步，對在“反思”中產生的問題，需要在課后進行“設計”和“實踐”。而“設計”和“實踐”是進行創造活動、形成創造成果的重要途徑，也是培養創造能力和創新精神的重要途徑。

在教學中，改變問題盡量解決于課堂的傳授式教學方法，課堂教學重點是啟發思考現象、引導探尋規律、激發反思問題，側重講思路、講方法、引問題、重討論，而將許多通過思考可以自己掌握的內容留給學生自己去做。課外作業形式多樣，除了常規作業以外，筆者布置一些思考題、討論題、設計題及小課題等。對學生，要求每一章學過以后，完成一定的常規作業的基礎上，組織小組討論，學期結束，每人寫一份小論文，并實施新的學生考核方式。小組討論的目的，是對學生進行發散思維訓練，同時也為學生提供機會，讓他們提出在“反思”環節中產生的問題，完成對問題的表征，并“設計”解決方案。布置小論文，目的是讓學生對問題有一個醞釀期，體驗“頓悟”和“靈感”的作用，同時完成論文的過程，也貫穿著思維的“實踐”過程。小論文自由選題，自由發揮，培養學生的自學能力和自覺性，從而培養學生的創新能力和創新精神。

參考文獻：

篇(5)

摘要：加拿大高中物理課程注重學生的個性發展，匈牙利則注重學生科學素質的培養。文章以“教材結構評價指標”為依據，通過研究兩個國家高中物理教材中靜電學部分的結構特點，得出“教材的恰當編排使教材效率增大、深層次知識點的適當補充有利于物理概念理解”。

關鍵詞 ：高中物理教材；教材結構；比較

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2014）15-0007-02

教材作為向學生傳遞有價值的真實信息和知識的載體，不能是“散落式”或“百科全書式”的知識堆積，而應是具有一定基本思路的結構化體系。科學地把握教材結構，對教材的使用、教學質量的提高都具有重要意義。由于文化的差異，各國教材有不同的呈現方式與側重點。本文以靜電學部分為例，依據“教材結構評價指標”，從三個結構層次分析比較了加拿大與匈牙利教材的結構特點，以期對我國教材結構的編排有一定的借鑒意義。

一、背景介紹

1. 教材。本文選用的加拿大教材為Physics 12（以下簡稱P12）。加拿大教材有基礎課程和高級課程兩種，P12是高級課程。教材具有多樣化的編排結構和豐富的科學文化背景，充分體現了加拿大高中物理科學的教學理念。本文選用的匈牙利教材為則為“外星人”學物理3（以下簡稱外3）。教材共分為4本，特點是補充深層次知識，以培養學生的邏輯思維能力。

2.教材結構的評價指標。王較過教授主編的《中學物理教材研究與教學設計》一書中，關于教材結構比較研究的內容指出：教材結構是組成教材各要素的內在組織形式，分為組織結構、學科結構、認知結構三個層次。根據這三個結構的層次，構建的教材結構評價指標如表1所示。

二、教材結構的比較

本文選擇P12中第三單元第7章“Electric Charges and Electric Fields”（電荷與電場）的內容與外3中電學Ⅲ“不隨時間變化的電場”前半章內容為研究對象，進行組織結構、學科結構、認知結構三個層次的分析比較。

1.組織結構。

（1）目錄。P12第7章共6節主課，另外包括案例、調查、實驗、活動、總結、測驗與復習各一節，重視實踐與測評；外3靜電部分共13節內容，節次遠多于P12，內容充實、詳細、難度較大。

（2）欄目設置。兩本教材在欄目設置上有著不同的風格，P12欄目種類多、內容豐富多彩；外3欄目相對較少，缺乏趣味性。教材中的欄目大致可分為五類：一是“實驗類”，旨在提高學生的科學探究能力和實驗能力，兩本教材都以觀察類實驗居多；二是“拓展類”，豐富了教材的知識內容，并滲透了科學方法。例如，外3在“補充說明”與“閱讀材料”兩個欄目中補充“高斯定理”的內容，滲透了類比分析的方法；三是“科普類”，使學生跟上時展、了解現代科技，例如，P12“Did you know?”欄目中介紹了“semiconductors”（半導體）、“electrostatic photocopying”（靜電復印）的科學知識；四是“活動類”，培養學生深入思考的習慣與合作學習的能力，例如，P12中包含的“案例研究”、“調查研究”、“活動”課程，注重從各個方面提高學生的能力；五是“習題類”，使學生對知識進行鞏固，并提高學習效率。

（3）圖表編排。圖表是呈現科學情境的重要形式，高中物理教材普遍采用大量的圖片、表格來幫助學生分析物理過程。教材中的圖表總共可分為3類：一是模型、演示圖，幫助學生分析物理過程，本文選取的兩本教材中此類圖表的數量所占比例均為最大；二是原理圖，運用圖片描述物理原理性知識，如外3中“場的疊加原理”；三是實物照片，緊密聯系物理與生活，如P12中靜電除塵、雙髻鯊的照片，外3中的實物照片數量則相對較少。

（4）實驗設計。物理學是以實驗為基礎的自然科學，物理實驗在幫助學生理解物理概念、提高操作技能和啟發思維等方面具有重要意義。物理實驗一般分為演示實驗、學生實驗、隨堂實驗和課題研究實驗等。整體來看，P12實驗安排更為全面，共包括4個實驗：電荷間電場力的影響因素、電場中導體的屏蔽現象研究、元電荷的研究和帶電粒子在電場中的運動的研究。P12學生自主實驗較多，重視學生能力的培養；外3實驗多為演示實驗，包括：電荷間的相互作用力、模擬電場線、靜電感應下電荷分布、靜電屏蔽、導體電容與電勢關系和電場中的能量。外3中演示實驗較多，學生實驗較少，不利于學生的全面發展。

（5）習題編制。習題一般用于學生的課后練習，以鞏固所學知識，通常由節后習題與章末復習題兩部分組成。本文所選取的兩本教材的內容中，P12包含58道章末復習題，外3則沒有。此外，兩教材在習題類型和數量上略有差異。P12節后習題共112道題，包含分析說明題、思考題、計算題、選擇題四種類型。外 3共46道，題型相比缺少選擇題一類。總之，P12的習題數量明顯居多，節前、節后均有習題，題型能夠結合學生實際，緊扣教學內容，難度層次遞進，習題編制水平較高；外3習題則以分析題居多，形式單一，但題目難度一般在中等偏上水平。

2.知識結構。以我國《普通高中物理課程標準》靜電部分要求為參照，對比分析兩國教材的知識結構。

（1）模塊知識構成。電磁學模塊總共劃分為三個二級主題，包括：電場、電路和磁場。電場中包括五個方面的內容標準，分別是靜電現象、點電荷、靜電場、電勢和常見電容器。我國高中物理教材根據以上五個方面的內容標準進行了知識結構的建構。

（2）章節知識構成。依據課程標準，“電場”主題的知識構成包括以下五個方面：①靜電現象及其應用，掌握電荷守恒定律；②掌握庫倫定律，通過靜電力與萬有引力的比較，體會自然規律的多樣性與統一性；③了解靜電場及場的概念，理解電場強度與使用電場線；④知道電勢能、電勢，理解電勢差，了解電勢差、電場強度的關系；⑤了解電容和電容器構造。

以我國教材的知識結構為參照，對比兩國教材中的知識構成，發現差異比較明顯，顯示出不同國家、不同教材的風格：①知識點的取舍和要求不同。P12這章第一節中對電荷守恒定律沒有說明，缺少電容部分的知識。另外，實驗方面取舍不一，P12保留了“密里根油滴實驗”。大多數章節課后基本都有在實際生活中應用的相關內容，如“靜電復印”、“電勢在醫療中的應用”等。外3這一章中引入了“高斯定理”“環流強度”和“靜電場中的能量守恒定律”等幾個難度較大的知識點。②知識的呈現順序不同。外3在內容的編排上，電場、電場強度及疊加原理的編排在庫倫定律之前，由場的概念得到靜電場，進而引入電荷的場，自然就容易分析得到庫倫定律。這其中，運用的方法不同，但得到的結論卻是一樣的。

3.認知結構。高中生正處于形式運算階段，這一階段的特點是智力發展趨于成熟，因此，教材編寫應考慮到學生的“最近發展區”。本文所選兩本教材在認知結構方面有兩個特點：①重視知識點間的聯系。從“庫倫定律與萬有引力關系”一節可以看出，兩本教材運用關聯知識、類比推理的方法，體現了物理學各知識點的多樣性與統一性。②對科學知識生成過程的詳細闡述，強調探究過程。

兩教材在認知策略方面的體現也有差別，P12版式新穎，使用大開本彩印，正文字體小且排版緊湊，使用大量的圖片、表格豐富內容，頁面外側都會空出3/10的面積來補充說明。這樣，在保證教材容量大的同時兼顧到了頁面美觀，利于抓住學生的興趣；外3則補充知識多且難度較大，如電場部分涉及到了環流強度、高斯定理等知識，可見外3在知識點的補充上具有前瞻性，利用已學過的電學知識對復雜知識的學習打好基礎，利于之后的進一步學習。

三、結論與建議

基于對兩本外國教材的分析比較，結合我國高中物理教材，筆者提出了以下幾點建議：①恰當地編排教材可提升教材的使用效率。P12編排有張有弛，內容豐富、生動、多彩，學生擁有足夠的筆記空間。②章末的知識架構或總結利于學生對所學知識進行鞏固。兩本教材章末均有知識點回顧總結，教材章末的總結不僅系統地梳理了本章的內容，而且聯系相關知識進行深化。③適當補充有難度的深層次內容，使學生更加全面地理解物理概念。外3補充內容與其難度特點，建立了更為全面與深層次的物理體系。

綜上所述，一本好的物理教材不僅要注重學生學習興趣和探究能力的培養，還要完善其本身的結構與內容編排。

參考文獻：

[1]王較過.中學物理教材研究與教學設計[M].西安:陜西師范大學出版總社有限公司,2011.