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关键词：矢量；微积分；大学物理
中图分类号：G633.7 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）09-0067-02
大学物理是高等院校对理工科学生必开的一门公共基础课[1]，使学生通过物理课程的学习树立科学的人生观、价值观，具备一定的逻辑思维能力和利用物理知识解决问题的能力，同时还可以提高学生的求知欲和创新能力，对学生今后的发展有着举足轻重的作用。
大学物理与中学物理相比研究的问题更接近生产、生活实际，更具有普遍性，如中学阶段介绍加速运动时只涉及到匀加速运动，即加速度的大小和方向都不随时间发生变化，由牛顿第二定律可知此时所涉及的力也是恒力，最典型的是自由落体运动。而生产工作中常遇到的是加速度的大小和方向可能时刻发生变化，如学生骑车从宿舍到教室的路上速度的大小和方向就会不停地变化。这种情况必然导致大学物理研究问题的方式与中学物理不同。
每学期上大学物理绪论课时，学生翻开课本总会发现大学物理课本中有大量的矢量和微积分，事实上这是中学物理向大学物理转变的必然结果。矢量和微积分贯穿整个大学物理始终。在塔里木大学这所综合性大学里面，大学物理通常在大一第二学期或大二第一学期开课，这时的学生经过一年高等数学的学习，对矢量和微积分已经有了初步的了解，但是在上课过程中发现学生还是习惯于用初等数学知识去思考和解决大学物理问题，将矢量和微积分应用到大学物理学习过程中成了学生普遍认为的难点。
一、矢量及微积分在大学物理学习中的重要性
物理学研究问题总是从简单到复杂，从特例到普遍这样一个过程，大学物理研究物理问题的过程也不例外。如介绍加速度时从中学阶段的匀加速运动开始，然后提出该方法的局限性，引入变加速运动，里面又涉及到加速度随时间变化或随空间变化，由于在这个过程中加速度是随时间或空间变化的，才引入矢量及微积分的运算。大学物理的前两章介绍质点运动学和动力学，为后面其他章节的学习做铺垫，因为刚体、理想气体、理想流体及点电荷均可看作是由很多质点组成的质点系，即先把这些理想化模型进行无限分割，每一个小质元均可看作一个质点，先研究各个质点的运动情况，然后对所有的质点运动情况进行叠加就得到整个理想化模型的运动情况，事实上在对理想化模型进行分割的过程就是在进行微分，而对所有质点运动情况进行叠加的过程就是在进行积分。同时，大学物理所研究的物理量不再是恒定不变的，如力是变力，会随空间位置和时间发生变化，什么情况下力才可以看作恒力呢？当对时间或空间进行微分时，在无限短的时间或无限小的位移内力可以看作是恒力，相应的物理过程就趋向于无限小，有限的物理过程就需要对其进行积分。由于所研究的物理量不再是恒量，相应的中学阶段的标量表示方法已不再适用，需要用到矢量来表示。因此矢量和微积分贯穿整个大学物理学习过程的始终，在大学物理的学习过程中占有重要的地位。
二、大学物理初学者常出现的问题
在中学阶段由于很多情况下研究的力是恒力，即其大小和方向是不发生变化的，因此通常情况下力采用一个标量来表示，同样情况的还有位移、力矩等，而大学阶段由于通常情况下所研究问题中的力是变力，所以必须用矢量来表示。矢量的合成必须符合三角形法则或平行四边形法则，大学物理中矢量的运算涉及到矢量的点乘和叉乘，如计算功用到点乘，计算力矩用到叉乘。大学物理绪论课上笔者会详细讲三维直角坐标系中矢量的点乘与叉乘，要求学生做好课堂笔记。
微积分思想在大学物理中应用也较多，主要涉及到微分和积分两部分，这点在质点运动学中体现得较典型，在已知位矢表达式的情况下会通过微分求导的方法求出速度和加速度，同样的，在已知加速度和初始条件的情况下会通过积分的方法求速度和位矢表达式。开学初绪论课上笔者会给出大学物理中常用到的微积分公式，并要求学生做一些相关的习题。
大学物理初学者虽然已经在高等数学课中学习过矢量和微积分，但是要把这些数学知识与物理模型结合起来并不是一个简单的过程。初学者常犯的错误有以下几种：对矢量的计算过程中，矢量一会儿就变成了标量，往往忘记矢量符号，或者等式的左边是矢量右边是标量；矢量的点乘与叉乘区分不开，通常会混淆三维直角坐标系中单位矢量之间的点乘与叉乘的结果；不清楚哪些物理量可以无限分割，往往一个单重积分式中有两个或多个微分量，不明白这些物理量之间的变换关系，或者说是对积分式的意义理解不够深入。
三、如何引导学生采用矢量及微积分方法处理物理问题
高等数学比初等数学更为抽象，同样的，大学物理较中学物理抽象，当数学公式被用来解决物理问题的时候，数学公式不再是单纯的公式那么简单，而是被赋予了物理意义[2]。如何有效地将数学公式应用到解决物理问题中，特别是使初学者具备这方面的能力是很重要的。教师在教学过程中需要对学生加以引导，使学生尽早适应这种方法去学学物理。
在平时的课堂教学过程中教师要不断去分析目前所研究的物理问题与高中物理的不同之处，自如地引入微积分思想，刚开始可以不用微积分去计算，但是要使学生习惯这样一种思维方式，改变中学阶段形成的思维定式，当学生的思维方式发生改变后，再逐渐将微积分的计算加入到课堂训练中。往往经过几道例题的讲解大多数学生自认为可以采用矢量及微积分去处理问题了，此时笔者通常会请一个学生到讲台上给大家讲解一道例题，采取边做边讲的方式，而讲台下的同学则要集中精力去发现台上同学出现的问题，力争使这道例题讲解完美，最后会利用几分钟的时间去归纳总结或者留出两分钟时间给大家自由讨论，小组总结。采用这种方法既调动了学生学习的积极性和主动性，同时还使学生在练习的过程中及时发现问题并改正自身的错误。
n堂所列举的事例一定要贴近生活，比如讲刚体转动惯量的计算时，当刚体的质量为连续分布必须采用微积分的方法去计算其转动惯量。课本上的例子是均质细杆，可以换成均质挂面，球面的例子可以举篮球，球体的可以说铅球，一个个活生生的例子摆在学生面前，学生才会去思考怎么去分割，怎么去求和，无形之中强化了微积分的思想。
四、结束语
微积分在大学物理研究问题上的思想方法是将复杂的物理学问题，无论是在时间上也好空间上也好首先进行无限地分割，分割成无限小量，即微分；然后将各个无限小量进行求和叠加，即积分。学生只有经过反复地训练掌握了矢量和微积分的思想和精髓才能将其自如地应用到大学物理的学习过程中，这种素质需要经过长时间的强化练习。而这种素质的形成会使学生树立学好大学物理的信心，提高他们应用高等数学知识解决物理问题的能力，为今后专业课程的学习打下坚实的基础。
参考文献：
[1]王娜.谈大学物理微积分思想和方法[J].江西教育，2015-28-28.
[2]熊青玲.大学物理中关于矢量的应用问题探讨[J].希望月报，2008，（3）：14-15.
The Role of Vector and Calculus in College Physics Teaching
ZHANG Hong-mei，KONG De-guo*
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Tarim University，Alaer，Xinjiang 843300，China）
1.1研究对象的不同对于研究对象，中学物理一般只讨论自然现象中的简单问题如一维问题，而大学物理讨论的是二维、三维甚至多维等复杂问题。比如对于力学内容，中学力学只研究加速度为恒矢量的质点的运动学和动力学问题，而大学力学则还要研究加速度变化时的质点的运动学和动力学问题，中学力学只研究质点的运动问题，而大学物理力学还要研究刚体的运动学、动力学问题，从研究对象上看更广更趋于一般化。中学物理仅对宏观简单特殊规律作一般性的认识和了解就够了，而大学物理则要进一步研究物质运动的理论本质，要运用数理统计的方法得出自然界一般性的普适规律,更上升了一个理论的高度。
1.2研究方法的不同中学物理因研究对象简单，数学知识基础少，所以研究方法基本是归纳法，讨论的规律基本上是从物理现象出发，通过简单实验总结出来的简单规律，比如中学物理力学中得出动量定理、动能定理的时候都是实验归纳法得出的，并且涉及的力基本是恒定的，只讲恒力的冲量、恒力的功，平均冲力等，在电磁学中只介绍匀强磁场、匀强电场的规律等。而大学物理与自然实际就更接近了，要讨论变力的冲量、变力所做的功、非均匀磁场、电场，而研究这些复杂问题所用工具主要是高等数学的微积分思想、矢量代数，通过数学推导演绎的方法结合物理概念得出物理规律，即大学物理讲的规律比中学物理的规律又上升了一个理论的高度。
1.3教学内容和教学进度的不同从教学内容来讲，中学物理量少，概念、原理、规律简单，对物理基本概念和基本定律只有初步浅层的认识，而大学物理涉及的知识量大，概念、原理多且相对复杂，对物理基本规律和物理基本定律要求更多的是掌握其本质和内涵。从教学进度上讲，中学物理讲的较慢，每个概念，每个公式，每个原理教师会进行全面详细讲解，每一个知识点教师都会讲透讲精，讲课重点放在解题技巧的应试训练上，教师会给学生总结题型，归纳方法，并督促学生为了高考不断学习，学生的学多是跟着教师按部就班。而大学物理教学内容量大，而教学时数非常有限，进度快，教师讲课一般都只着重把握知识整体框架，讲清思路，注重理论性、系统性，不象中学那样讲得精细全面。对于解题方法有总结归纳，但习题课的次数较少，学生运用所学知识解决问题的能力较弱，对习惯于被安排、缺乏学习主动性的中学生，就很难在短时间内适应大学教学过程。
1.4学生学习方法的不同中学生一般课前不预习，课后也很少翻阅知识辅导书,只要课堂上跟着老师听课，课余时间除了完成老师布置的作业外，就是作大量的习题,实行题海战术，重复熟练程度高，认为学好物理的标准就是多做题，解难题，学生自主接受新知识的能力较差，不善于提问题，对教师的依赖性较强。而大学生必须做到课前预习,带着问题去听课,课堂上抓住重点、难点，做好课堂笔记,课后要翻阅大量课外资料，对所学知识要融会贯通，及时复结，做的题目不在多,而在精，要学会自学，善于提出问题，要有比较强的学习主体意识。中学物理由于数学知识的欠缺，很多物理概念、规律都是直接给出，没有经过推导，这就决定了中学生接受物理知识的方式主要靠记忆，而大学由于有了高等数学、矢量代数、数理统计等工具，物理概念、物理规律大多可以做详尽的推理，因而大学物理学习概念更注重概念的理解和掌握，物理过程的分析和论证。
2如何做好大学物理和中学物理教学的衔接
2.1循序渐进，适当放慢教学进度学生已习惯于中学教学慢节奏,少容量，讲练结合的教学方法,若一开始就进行快节奏,大容量的教学,学生一下子不能适应，这不仅影响了大学物理的教学效果,同时也会挫伤学生学习物理的积极性。所以，我们在教学过程中最初应适当放慢教学进度，使学生逐渐适应，慢慢逐步进入正常的教学进度，从而达到让学生适应大学的教学进度，学会大学的学习方法。
2.2通过物理绪论课灌输大学物理的重要性大学教师应充分考虑大学物理和中学物理的区别,从一开始就让学生明白大学物理和中学物理在研究对象、研究内容、学习方法等方面有许多的不同，让学生知道大学物理不是中学物理的简单重复。同时我们在绪论课中，应介绍物理学的发展历史、物理学的发展现状和物理学的发展的未来展望，从而引起学生学习物理学的兴趣，另外对理工科学生来说，可以适当地给他们介绍物理学和自己未来的专业的联系，以提高他们学习物理的积极性，例如对我们纺织专业的学生，可适当介绍量子力学与纺织材料等、质点、刚体力学与纺织机械方面的关系。同时还应强调，大学物理的基础学科性质，学学物理不仅仅服务于后续的专业知识，更重要的是学会一种思维的方法、学习方法以及研究问题的方法。
2.3从中学物理内容过渡导入大学物理课题在教学内容方面，很多大学物理知识是在中学物理内容基础上的提高，教师在物理教学时应简要复习中学教材内容，使学生对所学过的内容做一个简单回忆，随后指出中学物理知识的局限性或特殊性，从而比较自然地引入内容，使学生顺利地从中学物理知识过渡到大学物理知识的学习。要做到这一点，必须了解和研究中学物理教材内容，比如直线运动，中学研究了匀加速或匀减速直线运动，但加速度变化时的直线运动该如何考虑呢？比如圆周运动,中学研究的是匀速圆周运动的规律,但当速率变化时,圆周运动的规律又是如何呢?恒力的冲量的定义式和恒力做功的公式中学里都学过，变力的冲量和变力所作的做功又如何计算呢？这样中学内容过渡导入的话学生会很容易从已学过的知识比较顺利地过渡到大学知识。
关键词： 大学物理教学 认识 衔接
物理学是自然科学的基础，人类的生活离不开物理学。大学物理是理工科类的一门物理学基础学科，通过该课程的学习，能使学生了解物质的结构、性质、相互作用及其运动的基本规律，为其他专业课程的学习奠定必要的物理基础，在大学教育阶段起着十分重要的作用。通过大学物理的学习，学生不仅能掌握必要的物理基础知识，而且能树立科学的世界观，培养创新思维、探索精神和科学研究方法。当前，我国高等教育大众化的步伐促进人才培养的模式发生了重大变化。因此，如何在新形势下教好大学物理这门课程，培养高素质人才，成为高校教师的一项重大挑战。对此，作为一个长期从事大学物理教学的教师，我对此谈谈在教学中的几点认识。
一、做好大学物理与高等数学的衔接
就知识体系而言，中学物理已经介绍了力学、热学、电磁学等部分内容。但是无论在广度还是在深度上，大学物理内容都有着显著的提高，而且需要运用崭新的数学工具，如导数、微积分和矢量计算，解决物理问题。大学物理是离不开高等数学的，尽管很多院校在第一学期就开设了高数课，但是很多学生还是不能运用数学知识解决具体物理问题。例如，在质点运动学中，有两类常见的求解质点运动的问题：在某一初始条件下已知质点加速度，学生不会运用积分求解运动方程；已知质点运动方程，不会运用导数求解速度和加速度。因此，在平时教学过程中，如何在传授物理知识的同时，又做好“兼职”数学老师，就成为大学物理教师的一项任务和技能。
局限于数学知识，中学物理研究的是恒量或均匀变化的问题，如恒力问题，匀变速直线运动，大学物理研究的是任意变化的量，如变力，任意曲线运动。这时，微元法方法起着桥梁作用，在dt时间内（对应微分）是恒量问题（中学阶段），在整个时间t内（对应积分）是变量问题（大学阶段）。由于大学物理是一门非物理专业的公共课程，我们应当突出物理思想与物理图像的教学，而不应把过多的精力和时间花在复杂的数学推导与演算上。费因曼曾说：“对学物理的人来讲，重要的不是如何正规严格地解微分方程，而是能猜出它们的解并理解物理意义。”能从物理角度说明问题，尽可能不用数学。例如，在讲解“时间延缓”和“长度收缩”时，我们可以从狭义相对论的两个基本原理出发，而不需要从繁琐的洛伦兹数学变换关系式推导。这样做的好处在于让学生真正明白相对论时空的物理图像，而不是纯粹的数学演算。
二、做好物理知识与科学思维方法的衔接
很多学生都有一个错误的观点，认为自己根据物理知识会做题就行，甚至一些教师让学生背知识点、进行题海战术。诚然，掌握知识点，会解物理题肯定没错，但是大学物理教育不仅于此。更重要目的在于，通过大学物理课程的学习，使学生掌握物理学研究问题的思想和方法；在获取物理知识的同时，使学生拥有的建立物理模型、定性分析与定量计算的能力；开阔思路、激发探索和创新精神、增强适应能力，提高科学技术和整体素养。通过课程的学习，使学生掌握科学的学习方法、养成良好的学习习惯，树立辩证唯物主义的世界观、人生观和方法论。
无疑，物理知识很重要，但是对大学生来说，学会科学的思维和方法比掌握物理知识本身更重要。因此，教师平时要多收集一些对学生的科学思维和方法有启迪的素材，在授课过程中，要尽可能讲述一些科学家对某一问题的思想方法的典型内容，让学生知道物理学方法论中所用到的一些重要的基本方法和原理。例如，库仑定律和牛顿万有引力定律是如何发现的及二者的关联？爱因斯坦是怎么创立相对论的及与经典力学的关系？量子物理与经典物理的对应关系？光的微粒性与波动性？等等。在讲物理知识过程中，有机地融合这些素材，一方面能使学生产生浓厚的学习兴趣，加深对授课内容的掌握和理解，另一方面能使学生对科学家的思维方式有所了解，增加对物理学中方法的认识和运用。
三、做好物理概念与例题教学的衔接
概念教学在大学物理教学中具有关键作用。物理概念既是物理学的基石，又是物理学的支柱，占据举足轻重的地位。任何一门物理学分支的发展都离不开物理概念，如质点运动学离不开位矢、速度、加速度、动量等基本概念的支撑，热力学的发展离不开温度、内能、热量、熵等，电学的发展离不开电流、电压、电阻、电场强度、电势、电势能等。物理概念是组成物理知识体系的基本单元，原理和公式就是反映概念之间的相互联系和数量依存关系。由此可见，物理概念教学有利于学生对物理规律的掌握、对物理过程有准确的理解。同时，通过概念教学，使学生建立完整的物理知识体系，对培养学生自学能力和提高物理教学质量都有着积极的作用。
大学物理的概念多、理论性强，运用的高等数学知识较多，有些概念学生不容易掌握。要解决这个问题，除了分析理论知识外，讲解适量的例题也是非常有必要的。实际上，讲解例题是物理教学中一个不可缺少的环节。教师通过对例题的分析和演算，既教会学生分析问题的思路，又让学生学会正确解题步骤和方法，更重要的是加深学生对概念和理论的理解，提高运用所学知识解决实际问题的能力。由于大学物理课时数安排较少，完成教学任务的时间紧，选什么样的题、选多少题就非常有讲究，因此，所讲例题要有典型性和多样性的特点，典型性有利于学生对基本概念、规律的理解和消化，多样性可以开阔学生的视野和增加知识广度。同时课堂讨论很有必要，争论能激发学生的学习兴趣，提高学生的思维能力。
四、做好知识传授和品质教育的衔接
除了传授知识外，大学物理也是培养大学生优秀品质的一部好素材。物理学蕴藏着很多不同层次的美，如太阳系中行星共面的和谐美，雪花结构的对称美，原子中电子排布的有序美，等等。在课堂教学中，通过揭示物理之美，能强化学生的审美意识、陶冶学生审美情操、培养学生的优秀品质，从而产生科学灵感和火花。以“电磁场和电磁波”一章为例，物理学家麦克斯韦正是抓住电和磁的对称美，在总结安培定律、库仑定律、毕奥-萨伐尔定律、法拉第电磁感应定律等基础上，大胆提出了“位移电流”和“感生电场”的概念，建立了经典的电磁场理论，从而使得电、磁、光得到统一。
在平时教学中，要加强团队精神、拼搏精神的品质教育，启发和激励学生。在科学技术迅速发展、科学水平不断前进的当今时代，很多科学任务必须依靠团结合作，单打独斗是不能完成的。“团结就是力量”。例如，在讲授“氢原子的波尔理论”时，我就介绍了玻尔和卢瑟福的故事：众多学者共同生活、共同学习，通过争论、质疑和辩解，使思想相撞，知识互通；不同国籍、不同民族、不同领域的学者生活在同一实验室里，团结合作，共同解决原子结构难题。结合具体物理知识，通过适时的事例，向学生阐述顽强拼搏的重要性。爱因斯坦说：“上帝分送礼物时是毫不宽容的，他只给了我骡子般的顽强。”在讲“电磁感应定律”时，让学生了解到，法拉第在实验室奋斗了十年；在讲“量子论”时，告知学生：普朗克为了解释黑体辐射现象拼搏了六年。
总之，要使学生学好大学物理这门课程，广大物理教师必须热爱学生，热爱教育，付出辛勤的劳动，熟悉教材内容，掌握科学的教学方法，才能取得良好的效果。
参考文献：
[1]崔云康，唐曙光，唐春红，吴庆春.大学物理教学中人文素质的培养[J].科技信息，2011，5：433.
[2]熊力.怎样上好大学物理习题课[J].锦州师范学院学报，2001，22（2）：67.
[3]韩海波.大学物理概念学习的问题诊断与概念教学模式的探究[D].中国硕士学位论文，2007.
[4]毛骏健，顾牡.大学物理学[M].高等教育出版社，第一版，2006.
关键词：直角坐标系；自然坐标系；极坐标系；圆周运动
曲线运动是相对于直线运动而言的一种物理运动形式，指物体的运动轨迹是曲线.当物体所受的合力和它运动的方向不在同一直线上，物体的运动就是曲线运动.在曲线运动中，当力矢量与速度矢量间的夹角等于90°时，作用力仅改变物体速度的方向，不改变速度的量值；当夹角小于90°时，作用力不仅改变物体运动速度的方向，并且增大速度的量值；当夹角大于90°时，同样改变物体运动速度的方向，但是却减小速度的量值.曲线运动中速度的方向时刻在变，因为它是个矢量，既有大小，又有方向。不论速度的大小是否改变，只要速度的方向发生改变，就表示速度矢量发生变化，也就具有了加速度，所以曲线运动是变速运动.
匀速圆周运动是常见的曲线运动.为了描述物体的运动而引
入了参考系.参考系指研究物体运动时所选定的参照物体或彼此不做相对运动的物体系.根据牛顿力学定律在参考系中是否成立
这一点，可把参考系分为惯性系和非惯性系，两类参考系的选择是任意的，但应以观察方便和使运动的描述尽可能简单为原则.研究地面上物体的运动常选择地面为参考系.
从运动学的角度来讲，参考系的选择原则上是任意的，但是参考系选择不同，对运动学问题研究的难易程度有很大影响，因此，选择参考系通常遵循简单、方便的原则.在选择了恰当的参考系以后，要定量地描述物体的运动，还必须建立合适的坐标系.目前经常用到的坐标系有直角坐标系、自然坐标系和极坐标系，这三种坐标系在描述物体的运动方面有异曲同工之妙，但针对不同的运动形式，三种坐标系处理问题的繁简程度却迥异.下面我们从圆周运动的角度分别来分析这三种坐标系的应用特点.
一、直角坐标系下的圆周运动的分析
参照图1，圆周运动的运动学方程在直角坐标系中可描述为
根据质点的瞬时速度的定义，可以得出质点做圆周运动时各个时刻的瞬时速度和合速度
速度与x轴的夹角为
直角坐标系下圆周运动的加速度可表示为：
其中β=■为角加速度.如果物体做匀速圆周运动，则β=0，进而可知其合加速大小为■=R？棕2，与x轴负半轴方向夹角为θ，
即指向圆心.
由以上分析可见，直角坐标系在分析一般圆周运动时，涉及加速度的研究计算结果比较繁琐.因此关于涉及圆周运动加速度分析时，采取自然坐标系.
二、自然坐标系下的圆周运动的分析
参照图2，圆周运动的运动学方程在自然坐标系中可描述为：
s（t）=Rθ（t）（6）
其中θ（t）是物体从参考位置B点到任意位置A点转动的角度.在自然坐标系中对矢量分解为沿曲线切线方向且指向s增加方向，记作■，曲线法线方向指向曲线的凹侧，记作■.又因曲线运动的瞬时速度方向始终沿着切线方向，故在自然坐标系下法线方向速度始终为零.
圆周运动的线速度在自然坐标系下表示为■=■■=r？棕■（7）
因为圆周运动的合速度在切线方向，因此切线方向的速度即其合速度.
圆周运动加速度可表示为■=a？子■+an■=■■+r？棕2■（8）
当物体做匀速圆周运动时，■=0，质点的加速度为■=r？棕2■.
三、极坐标系下的圆周运动的分析
参照图3，我们可以建立极坐标下的运动方程：
因为圆周运动的质点在径向的位置矢量为定值，因此■r=0■r，其中■r表示径向方向.在垂直于径向的横向方向速度为■θ=r？棕■θ，其中■θ表示横向方向.质点的加速度可以由加速度的定义式■=■求得，因为在极坐标系下■θ的方向随时间发生变化，因此
通过分析直角坐标系、自然坐标系和极坐标系在圆周运动求解速度和加速度中的应用，可以发现自然坐标系和极坐标系在求物体圆周运动的速度和加速度时比较简洁.因此在有关曲线运动的分析时一般首先考虑自然坐标系.如果质点做螺旋运动，可在极坐标系下分析其运动情况.涉及质点做直线运动，则直角坐标系可以显示出其优越性。
参考文献：
[1]胡盘新，汤毓骏，钟季康.普通物理学简明教程[M].北京：高等教育出版社，2007.
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[3]向义和.大学物理导论[M].北京：清华大学出版社，1999.
【关键词】 牛顿第一定律 惯性 绝对空间 相对论
1 引言
在大学物理的教学过程中，一般在讲完第一章质点运动学后，即进入第二章质点动力学内容的讲述。而在质点动力学里重点讲述牛顿三大定律及其应用[1-2]。对于牛顿三大定律的应用部分，因为涉及矢量分析及其计算、微分及积分运算等高中物理基本不涉及的内容，故该部分相对来说内容比较好讲，课堂效果也比较好。但对于牛顿三大定律的阐述部分，因为在高中物理里就对此有比较系统的论述，故大部分学生感觉这一部分内容和高中物理一样，甚至有些老调重弹的感觉。因此，在大学物理课堂里讲述牛顿三大定律的时候，如果不对牛顿三大定律作一些拓展的话，那课堂效果将比较差。本教学论文将从绝对空间、相对论等近代物理知识点出发对牛顿第一定律的拓展作些相关研讨。根据本人的教学经验，这种简要的拓展对课堂效果是会起到良好作用的。它不仅可加深学生对牛顿第一定律的理解，而且也让学生简单了解了近代物理和经典物理的异同。特别是，通过这种简要的拓展，可激发学生对学习物理及探索自然界规律的兴趣。
2 牛顿第一定律的相关拓展
在高中物理里，物理教材一般会对牛顿第一定律的内容作如下描述：如果物体所受的合外力为零，则物体将保持其静止或匀速直线运动的状态不变[1-2]。需要注意的是，经过上个世纪无数物理学家的努力，以相对论和量子力学为基础的近代物理已建立起来。而近代物理表明，牛顿力学体系，即牛顿三大定律及万有引力定律都只是在低速、宏观、弱引力条件下成立的[1-2]。因此，考虑到大学物理里后面也会讲述近代物理的相关知识，故在大学物理里讲述牛顿三大定律时将其与近代物理相关知识联系起来的拓展是可行的。下面我们将重点对牛顿第一定律作一些拓展性的探讨。
对于牛顿第一定律的相关拓展，一般可以先从力与物体的运动状态之间的关系来阐述。在历史上，古希腊的亚里斯多德是第一个对力和物体的运动状态之间的关系进行思考并做出结论的人。他从一些简单的事实如手推车现象中得出力是维持物体运动状态的原因。因为，人推车后即给车力的时候，车就可运动起来即可具有运动状态；而人放手不推车后即不给车力的时候，车将静止下来即将不具有运动状态。因此，在车运动和静止两种状态中，人给车的力是至关重要。简单来说，没力就没有运动，因此力是维持物体运动状态的原因。对于该论点，在接下来的将近两千年时间里直到伽利略的出现，人们一直认为它是正确的。从严格意义来说，伽利略的出现才是科学的真正诞生，因为是伽利略将科学实验带入了哲学思辨里。从而使得科学变成一门实验的科学，进而将科学从哲学里分离出来。在著名的斜面实验里，伽利略发现：当小球在很光滑的毛皮滑行时，抬起毛皮的两边，并固定小球在其中一边下滑时的初始高度而降低另一边毛皮的高度时，小球在毛皮滑行的距离虽然变长，但在另一边毛皮小球能滑到的最高高度却和该边固定的初始高度一致。由这一实验现象启发，如果降低另一边毛皮的高度至零，则小球将永远运动下去。明显，一直运动的小球在水平方向上没有受到力的作用，也就是小球能一直维持运动但却并没有受到力的作用，因此力并不是维持物体运动状态的原因。进一步，伽利略认为力是改变物体运动状态的原因。而物体不受力时，物体具有维持运动或静止状态的惯性，也即惯性定律。因此，牛顿第一定律实际上与伽利略的惯性定律一致，故牛顿定律也常被称为惯性定律。
对于力与物体运动状态的关系的讨论，有些高中作为牛顿第一定律的拓展也做了相关阐述。因此，在大学物理课堂里做上面这些阐述有可能是不够的。实际上，在牛顿第一定律里，还可与近代物理相关知识联系起来作进一步简单的拓展。因为，物体的运动与静止状态是相对的。比如，相对于地面是静止的物体，相对于运动的汽车而言就是运动的。因此，在牛顿第一定律描述里，物体不受力时将保持匀速直线运动状态或静止状态时，实际上隐含着参考系。而我们通常将保持匀速直线运动状态或静止状态的物体称为惯性参考系。而惯性参考系背后实际上又隐含着绝对空间的概念。牛顿本人对此非常清楚，因为他清楚知道他的牛顿第二定律只适用于惯性参考系。因此，牛顿为了很好的定义惯性参考系，他在他的划时代巨著《自然哲学的数学原理》里提出了绝对空间的概念。他认为绝对空间是存在的，而且和绝对时间一样是均匀分布的。而惯性参考系则是相对于绝对空间静止或匀速直线运动的参考系。至此，牛顿第一定律从逻辑来看似乎是完美无缺的。但绝对空间是否存在呢？牛顿本人对此也作了简单的理性思考，如牛顿水桶实验等来验证绝对空间的存在。但是，在近代物理里随着相对论的提出，我们知道绝对空间和绝对时间都是不存在的，即空间和时间都是相对的。在享受创建狭义相对论成功所带来的喜悦的同时，爱因斯坦很清醒的认识到在他的狭义相对论里存在一个严重的困难，即：因为抛弃了绝对空间，惯性系将无法定义[3]。而狭义相对论里的两条基本原理，即光速不变原理和相对性原理也都是在惯性系里定义的。
3 结语
在本教学研究论文里，我们对大学物理课堂里如何讲述牛顿第一定律做了相关的拓展性研讨。本研讨主要基于力与物体运动状态的关系、惯性定律、惯性参考系、绝对空间及相对论等脉络来进行展开。因此，本拓展不仅可展示牛顿第一定律背后丰富的哲学、人文历史、逻辑等内涵，也可展示其背后丰富的物理内涵。需要注意的是，虽然相对论已经取得了巨大的成功，但人类的思考与探索还依然前行。此外，在大学物理课堂里对牛顿第二定律、第三定律作相关性拓展讲述也是值得教学研讨的课题。本教学论文的研讨也算是对此课题的抛砖引玉，希望能对同行有所帮助，从而对大学物理的课堂教学起到绵薄之力。
参考文献：
[1]宋士贤，文喜星，吴平.工科物理教程[M].北京：国防工业出版社，2011.
［关键词］微积分思想;矢量思想;大学物理;应用研究
作为理工类大学生必须学习的一门课程，大学物理的基础性和实践性很强，在大学课程中的地位举足轻重。大学生学学物理，不仅能够学习到物理学的基础知识，更能够为今后从事更深入的学习及工作奠定良好基础，同时还能有效地锻炼科学思维及创造性思维能力，因此，有效地提高大学物理的课堂教学效果，无论是对于学生今后的学习和发展，还是对于物理方面的研究，都有着积极的作用。
1微积分发明的历史
“如果说我看得比别人更远一些，那是因为我站在了巨人的肩膀上。”这是微积分发明者之一牛顿曾说过的话。早在三国时，我国数学家刘徽就提出了“割圆术”的思想:“把一个圆分割的越细致，那么损失的就越少，一直切割到不能切割为止，那么和圆周合体时没什么区别了。”他的意思是，我们可以用一个正多边形与圆内接，近似描述一个圆形，虽然在多边形的边数较少的情况下这种近似的误差比较大，但这种误差随着边数的不断增加也会逐渐减少最终消失。它在分割的过程中运用到的是基础的几何与代数，优点在于直观且形象的表达，并且提出了一种极限思想:可以通过趋近的手段得到一个任意精确度的结果。极限的概念和物理中的质点运动关联密切。总的来说，一个宏观质点在空间中的运动时间是有连续性的，质点的位置、速度和加速度都是随着时间不断地进行连续性的过渡，在某个时刻，这些物理量并不存在跃进变化。用极限来解释就是:一个时刻与下一相邻时刻之间的间隔可以被无限小，在这个时间间隔里，这些物理量变化近似为零。牛顿把这两个无限小量的比值与运动学的定义相结合，从而定义了无限微分这个概念的原型。后来，牛顿—莱布尼兹公式又解决了求变速运动、变力做功等问题。至此，牛顿—莱布尼兹公式可以说是为微积分奠定了理论基石，并完善了经典力学结构。
2关于如何构建微积分思想的思考
虽然大学新生提前在中学阶段学习了物理知识，并且已经掌握了一定的物理学基础及技能，也培养了自己的一套学习物理学的方法。但是大学物理无论是教学还是学习都与中学物理教学和学习存在很多不同，尤其在教学与学习思想方法及原理方面，大学物理与中学物理的区别之一在于难度的改变，中学期间学习的物理量以及概念都是简单、基础的常量，遇到的问题也是由这些简单常量构成的，而在大学物理中，问题的难度提高了，由以前简单的常量物理问题，变为复杂的变量物理问题，由于学生很难在短时间内从中学时期固定的思维模式中跳出来，所以，虽然微积分思想在大学教学中广泛应用，但他们却不能灵活地将微积分思想运用到物理中去，很多大学生都反映，大学物理是相对较难学好的一科，即使在课堂上听懂了原理，但实际中还是不会做题。因而教师在大学物理的教学过程中应该充分运用微积分思想，把它融入到教学中，结合例题帮助学生构建微积分思想，让他们能在实际中灵活运用，提高他们学习的效率。微积分在大学物理中占据重要部分，并且有广泛的运用，例如许多物理概念、定律都是以微积分的形式来定义的，因此指导学生尽快熟练地掌握微积分原理及其在物理学中的应用，并学会灵活运用是十分必要的。也就是让学生建立微积分思想，将思想、原理和方法与物理问题结合起来，从而解决问题。物理学科最大的特点是由简及难，从最基本、最简单的现象着手，微积分思想具有很强的辩证性，在应用它来解决研究物理问题时，一般思路就是化大为小，把大问题进行分解，变成几个简单的小问题，按照由重及轻，一个一个解决。这种思路的优点在于把有限变为无限，把近似变为精确，把复杂的变量问题转化为简单的常量问题，这样既能够提高解决物理问题的效率，更能够提高物理教学与学习的效果。近似处理在物理学中的意思就是抓住问题关键，忽略次要方面，把难变为简单，然后通过解决简单的问题进而解决难题。在大学物理中采用微积分的思想解决问题是为了选取微分元后，能够在微元范围内把复杂的问题近似成基本的问题。例如在研究变力做功时，如果采用普通处理方法会特别麻烦，但是采用微积分思想，处理起来就非常容易了。对于“求一质点在变力作用下从A运动到B，做曲线运动时做的功”这个题，就可以采用微积分的思想，把质点的曲线运动路径，分割为无数个微元，视变力为恒定，分割后的曲线路径可以看作无数个短直线，这样，将变力曲线做功问题，转化成了简单的直线恒力做功问题，最后对这些直线路径做功求和，就得到了变力曲线做的功。
3关于如何构建矢量思想的思考
在物理学科中，“矢量运算法则”及“矢量方程”的运用相当普遍。现如今的大学新生在学学物理时常常不能正确的表示矢量，这是因为中学时期，老师对学生的要求并不严格，这就导致了他们跳不出中学时的物理思维模式，他们对标量、矢量和矢量方程的理解不到位，还没有形成矢量思维。因此，他们到了大学之后，在学学物理时仍然不能正确的书写矢量，至于对它的理解就只停留在简单的字面意思了，所以，在大学物理教学中除了要引导学生构建微积分思想，还要引导他们构建矢量思想。在高中人教版课本中，“标量只有大小，没有方向;矢量既有大小，又有方向。”因此，有的学生就形成“有方向的是矢量，没方向的是标量”的惯性思维，这种惯性思维需要老师在教学中引导学生进行纠正。但由于中学时的惯性思维，很多学生对“遵循四边形合成法则的物理量是矢量，否则是标量”这个定义并不深刻，因此在平日里做题会产生许多错误，例如电流及电动势等物理量，其既有大小，也有方向，但并不是矢量。矢量的定义中，要求矢量必须符合平行四边形合成法则。所以我们在解决物理问题时，如果使用矢量思想方法解决，通常要将矢量转变为标量来进行计算，同时把矢量向某一方向或者坐标系进行投影，因而首先要建立一个正确的坐标系。如在解决斜面运动问题时，我们可以首先建立坐标体系，选择沿斜面方向和垂直斜面的两个方向进行构建，将复杂的矢量转变为简单的标量，这样能够很好地体现矢量方法的高效性。又如，在研究曲线运动中，自然坐标系往往不易解决问题，大学物理中的矢量和微元通常是相互关联的，对于矢量微积分的求解，首先应该将矢量转变为标量，把矢量向某一方向投影，采用矢量点积的方法或者叉积转化为标量进行运算，或者直接应用直角坐标系的正交分解方法，进行点积或者叉积后再进行积分运算。只有深刻的理解矢量微积分，才能正确地运用，因此，教师在教学中应该精选例题，争取早日指导学生构建矢量思想、建立模型，学会运用物理方法和思想分析和求解实际问题。
4结论
微积分思想和矢量思想在大学物理的教学和学习中，不仅作为一种教学工具，更是一种思维方法的应用。因此，在大学物理的教学中，教师应通过讲解具体的实例，来引导和帮助学生将微积分和矢量的思想与物理问题相结合，让他们学会构建模型，熟练地运用微积分和矢量方法分析解决物理问题。这样做既能提高教学效率，又能培养学生的科学思维方法。而学生只有将微积分与具体物理问题相结合，掌握微积分以及矢量的分析方法和技巧，有机结合其他的物理科学方法，才能实现将微积分和矢量法从运算工具转变为思想方法的综合运用，进而熟练地解决一些复杂的物理变量问题，如今的大学生需要做的是理解大学物理和中学物理的区别和联系，培养自己学学物理的兴趣，提高自己分析问题和解决问题的能力，为将来从事工程技术和科学研究奠定扎实的物理基础。
参考文献:
［1］朱其明，李耀俊.大学物理微积分思想与矢量思想教学浅谈［J］．中国西部科技，2011(17):82－83.
［2］黎定国，邓玲娜，刘义保，等.大学物理中微积分思想和方法教学浅谈［J］．大学物理，2005(12):51－54.
［3］王晓明.关于大学物理中微积分思想与矢量思想教学的思考［J］．中国校外教育，2016(5):126.
关键词：高校；教学教法；民族地区；师范；牛顿力学
一、背景现状
吉首大学师范学院地处湘西州，是土家族和苗族少数民族地区。在其中的师范类学校，主要面对着的是广大的农村，走出去的大部分同学将要面对的是最基层的学校，教学任务要面对最基层的物理教学工作，其中一部分学生进入乡村小学，承载着“科学”课程的教学。从学院走出去的学生会走上讲台，要教授各类课程，包括物理。面对这些实际情况，在这些学生还没走出校门时，民族地区师范类学校如何进行物理教学显得十分重要且是十分值得探讨的课题。本文主要试分析牛顿力学部分，从理想化模型与近似、定性与定量、实验验证、瞬时关系、过程关系（守恒）、迁移等角度解读，结合分析书本基本涉及面与学生现状，浅析民族地区师范类物理教学。
二、基本概述与教学现状
（一）近似与理想化模型
1．基本概述。接触到的第一个近似与理想化模型就是质点。力学里面质点模型，其特点是把真实物体简化成有质量的点，去掉了真实物体的大小、形状；保留了真实物体的质量与位置信息。进行这样“近似”是为什么？真实世界里面物体运动会因为不同物体的特性而不同，显得十分复杂，把物体当成一个质点之后，运动将不受真实物体的“束缚”，可以抽象出一般意义的“运动”这个概念，在后面还容易抽象出匀速直线运动、匀变速直线运动、自由落体运动、平抛运动、圆周运动等运动形式、探究这些运动的规律，这对于解读运动有着非常大的便利。2．教学现状。吉首大学师范学院的学生是初中物理学完过来继续学习的，但是相对于物理专业的学生，明显有两点差距：物理的基础和学物理的兴趣。“近似”是一个物理细节，删繁就简地对自然界处理的方式，掌握好“近似”更易于初学者学习，对于民族地区师范大专院校学生有重要意义，也是一大挑战。质点也是初学者学习到的第一个“近似”概念，务必把准确、鲜活概念送入学生眼中。另外于大专层次学生来说，还比较容易引起“真实世界”与“物理世界”的认知误区。因为近似，简单地来说是抽象了物理的本质特征，忽略了一些次要特征，但在有些人无法忽略次要特征保留主要特征，这就会造成误区。物理里面有一些违反人的直接经验论的规律，它们都是有理想化、“近似”的大前提，没有很好地理解近似思想，初学者甚至会感到困惑，怀疑物理的正确性［1］。这就需要老师准确地解读、带领。笔者这里给出两个教学把握的方向：第一，“近似”讲解要精准，留什么，舍什么一定要说清楚。第二，哪些地方有“近似”要说清楚，书本涉及的“近似”，对于初学者不一定能全部发现，需要老师的经验与帮助。
（二）实验验证
1．基本概述。物理基础实验可以分为两大类，验证实验、探究实验。运动里面有一个经典的实验——伽利略理想实验。他设计小球从一定高度滚落在一个水平面上，一开始水平面粗糙，小球在水平面运动一段距离将停下来，不断增加平面的光滑程度，小球将越滚越远，由此伽利略推论：如果水平面绝对光滑，小球将以原来的速度永远运动下去。实验与结论都具有重要意义，他通过实验破除了人们一直以来坚信的运动观，并且深刻揭示了自然界的重要规律，也正是在伽利略理想实验基础上，牛顿才提出牛顿第一定律；另一个实验关于牛顿第二定律，实验包含两个小实验，其一为：探究加速度和力的关系，实验结果从实验角度得出，对于质量相同的物体，物体的加速度跟作用在物体上的力成正比；其二为：探究加速度和质量的关系，从实验角度得出，在相同力作用下，物体的加速度与物体的质量成反比。2．教学现状。在物理教学中其实可以发现不仅许多重要的结论，都是从实验得出，而且只要提到做实验，学生十分感兴趣，对于启发学生兴趣起到极大作用，但是在教学中，特别是大专学校物体实验条件有限，一般都只能做一些简单实验，复杂一些的实验只能通过视频，或者一些仿真实验软件实现。这些极大地掣肘了物理教学的深刻性、趣味性，这一部分缺陷，笔者给出两点经验。第一，在具体物理教学中老师可以就地取材，把一切可以利用到的、可以用来实验的素材都尽量利用到；第二，联系生活，尽力去把物理教学融入生活，把生活中的一些例子融到教学，生活负责教学，教学指导生活，启发学生的兴趣，让学生感到学习物理的用处［2］。
（三）定性到定量
1．基本概述。定性指学习基本概念或一些结论性的总结。以运动学为例，在运动学部分，参考系、时间时刻、路程、速度等概念学习都属于定性学习，但书本没有停留在这些概念的学习上，在这些概念上更加延展、深入。例如参考系这个概念学习之后，马上就提出了坐标系，这是整个空间量化过程的开始，之后再加上时间时刻概念，这是整个时间量化过程的开始，从此开端，一切涉及空间、时间的物理过程都可以被量化了，都可以进行具体的计算。而后面提出的几种基本运动，同样不只是停留在对这些运动的定性解释，而是把这些规律都浓缩成一系列的公式，这些都是定性逐渐走向了定量。2．教学现状。于来吉首大学师范学院学习的学生而言，他们都是从初中升上来的，主体学习内容为高中阶段物理。定性学习与定量学习是一个重大的不同，初中物理具有的一个特点就是大多是定性的概念、解释，通过一些物理现象，从这些物理现象中得出一些结论，简单的学习物理。而在学习现阶段物理，明显就更细更深入了，逐渐过渡到具体的量化运算，要以具体的式子、数据说话，这里面还涉及了数学工具，这牵扯到方方面面的问题，往往初学者就很难适应［3］。而解决这个问题，笔者认为主要有两个方式：第一，加强对物理过程的理解，细细打磨物理过程，把物理过程与情景说清楚，我们再去理解从其中抽象出来什么东西、有什么规律，一定要重视物理中的“物理”因素，非繁琐的数学推导过程；第二，加强实验部分，把整个过程的前因后果、来龙去脉讲清楚，让学生有一个直观的感受，并且知道物理的正确性和趣味性。
（四）瞬时与过程
1．基本概述。瞬时关系和过程关系，是牛顿力学里最重要的两类关系，是物理过程的两个角度。位移、速度、加速度，这一系列概念都是瞬时量。瞬时关系其中最核心的就是牛顿第二定律，它对应于每个瞬间、它能应用在每个瞬间，在每个瞬间这个关系都存在、都成立。牛顿第二定律这个瞬时关系，联系了运动和力两大块，是牛顿力学里最重要的瞬时关系。牛顿力学里最突出的几个过程关系为动能定理、机械能守恒定律、动量定理、动量守恒定律。它们的出发点分别是力在空间上的积累、力在时间上的积累，分析力这个瞬时量在一个过程它们的规律。2．教学现状。大部分学生对瞬时量、瞬时关系，过程量、过程关系没有明确的认识，区分度不够，不知道什么时候该用瞬时关系，什么时候该用过程关系。而且这方面的模糊会使学生对于整个物理过程理解都是模糊的、割裂的、不能完整，不同角度去认识物理过程。而我们如何解决？笔者给出两个路径：第一，在教学中要明确瞬时和过程这一重要线索，老师必须明确哪些是瞬时量？哪些是瞬时关系？哪些是过程量？哪些是过程关系？第二，要明确瞬间和过程具有的特点、优势，我们分析瞬时量、瞬间关系可以明确每个时刻的物理变化，而我们分析过程量、过程关系，可以不用管中间经历过一系列的复杂过程，直接可以明确最终的物理状态。教学中必须把这两类关系，两个角度都弄清楚，学生才能更好地理解物理过程，理解物理课程。
（五）迁移
1．基本概述。知识迁移是物理里面重要的环节。牛顿力学里面涉及许多可以迁移的知识，牛顿第二定律是核心，一边联系着运动学，一边联系着力学，运动学和力学可以对应着学，从运动情况求受力情况；从受力情况求运动情况，这是最大的知识迁移。运动部分，矢量是一个重要的概念，大多数物理量都是矢量，学习的时候可以对各种物理量进行比较，其次几种基本运动：匀速直线运动、匀变速直线运动、自由落体运动、平抛运动、圆周运动等几种运动特点、规律我们都可以进行比较。而在力学里面几种基本力：重力、弹力、摩擦力、万有引力等，几种基本力的学习我们可以对比着来。力的合成、力的分解是逆运算，我们可以对比学习。关于一系列瞬时量、瞬时关系和过程量、过程关系，同样可以对比学习。2．教学现状。牛顿力学需要迁移的地方非常多，许多地方都可以对比学习，学生能不能够全面地了解，举一反三不仅是学习方法，知识能不能迁移更关系到对牛顿力学大厦的整体理解。民族地区师范大专学生，基础还是相对比较薄弱，这方面需要老师循循善诱，去逐渐厘清其中关系。有些迁移比较隐晦，初学者不见得能马上了解，需要老师深刻的挖掘［4］。最后，迁移是建立在原知识的深刻理解上，这也是所有理科课程的特点，一环扣一环，前面学习的知识必须完全掌握，才能举一反三，去进行知识的迁移，对学生的要求其实很高。
三、总结
师范类学校走出去的学生也是会走上讲台成为老师，面对各科教学，其中包含物理，所以在师范类学院从事物理教学更是要时刻不能松懈地工作，因为影响深远。以上是以吉首大学师范学院为例，简要分析探讨了一些高校课程教学教法，希望对同类学校的教学有所裨益。
参考文献
［1］高兰香．大学物理主题式教学研究［J］．物理通报，2011（6）：7-9．
［2］贺梦冬．大学物理实验教学中存在的主要问题及对策［J］．科技创新与应用，2012（18）：255．
［3］刘建斌．如何提高高等农林院校学生学习学物理的积极性［J］．考试周刊，2008（15）：168-169．
关键词：大学物理 改革 MATLAB
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（c）-0214-01
大学物理是理工科院校学生必修的一门基础课，一般在大一的下学期开设，这时学生虽然有一定的数学基本知识，但由于物理教学仍停留在理论的层次上，繁琐的数学推导，让学生感觉到大学物理的理论性太强，与实际应用偏离很大，这导致一部分学生失去学习物理的兴趣，这一现象引起物理教师的对如何讲授大学物理做了一系列的探索改革，主要在教学方法上、教学内容上以及教学手段上都做了相应的改革方式，关于大学物理改革方法的文章也很多，如闫玉丽撰写的关于大学物理教学改革的思考[1]，管薇的工科大学物理教学改革的思考[2]，张明霞浅谈大学物理教学改革[3]等等。
如今，计算机技术的迅速发展，给我们提供了强大的计算能力，如mathematic、matlab等具有计算能力并有作图功能的软件被引入到物理教学当中，尤其是matlab，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成一个方便、界面友好的用户环境[4]。大学物理课程中有许多抽象、复杂的物理规律和现象，用传统的方法讲授会使教学受到一定的限制。本文结合matlab语言特点，对大学物理的教学内容适当运用matlab模拟，让学生体会到学学物理的乐趣，激发他们的学习兴趣。
1 Matlab在大学物理教学内容中的模拟应用
1.1 Matlab在质点力学中的应用
运动学对刚刚进入大学校园的大一学生来说，既熟悉又陌生，内容上都接触过，但计算方法是大学学过的微积分，看似多了这么一点，给学生却带来很大的困扰。一部分学生由于微积分没学好，感觉物理难学，还有的学生觉得是高中的知识，简单，对大学物理也不够重视，等等原因，导致学生对大学物理失去兴趣。如果我们在课堂上，能用其他的方法解决同样的问题，会收到很好的效果。
这里举一简单的例子，用Matlab模拟一下斜抛运动。图1是抛体的射程和射高与抛出角之间的关系。从图1中我们可以直观的看出，抛出角是锐角时，射高随抛出角的增大而增大，而射程是先随抛出角增大而增大，然后随抛出角增大而减小。
1.2 Matlab在声学中的应用
Matlab在机械振动方面的模拟应用也有很多，比如宿刚等写的《Matlab在大学物理课程教学中的应用》[5]，代红权所撰写的教学论文《Matlab在物理教学上的一些辅助应用》[6]等等，论文里所列举的Matlab的应用实例，在这里就不在重复了，我们都可以把这些引入到物理课堂上，让学生感到学习物理能够开阔他们的视野，体会到物理与现实处处接轨。比如多普勒效应可以应用在医学上、移动通信和交通上、农业和气象等等方面，下面给出多普勒在声学一种常见的现象。火车人人熟悉，而火车从远而近时其汽笛声变响，音调变尖，相反地，火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低这其中的原理未必有人去探究，实际上这就是一种多普勒效应。现在用Matlab模拟一下。如图2上半部分是声源信号的波形图，下半部分是观测者接收到信号的波形图。从图2中可以很清楚的知道，观测者接收到的波像是被压缩了，很明显，其频率大于波源发出的信号频率。这样给学生讲火车汽笛声的变化就很容易理解，易被学生接受。
2 结论
Matlab在大学物理其它方面的应用也很多，光学、热学以及电磁学，我们都可以适当的引入Matlab，比如光学中的杨氏双缝干涉、牛顿环等，热学中的麦克斯韦速率分布，电磁学中电偶极子的电场以及电势分布、电流环的磁场分布等，都可以用Matlab进行模拟演示。总之，巧妙的利用Matlab，不仅对大学物理的教学内容甚至教学手段都做到了适当的改进，这对学生来说，学习物理的积极主动性得到了提高，对教师来讲，不断的去探索教学改革，达到提高大学物理的教学质量。
参考文献
[1]闫玉丽.大学物理教学改革的思考[J].教学研究，2011（6下）.
[2]管薇.工科大学物理教学改革的思考[J].新课程研究，2012（4中旬）.
[3]张明霞.浅谈大学物理教学改革[J].科技创新导报，2012（9）.
[4]王沫然.MATLAB与科学计算[M].电子工业出版社，2003，9.
[关键词]工程技术人才 大学物理 教学
[作者简介]郑永春（1967- ），女，河北衡水人，衡水学院物理与电子信息系，副教授，研究方向为大学物理、热学；尹志会（1970- ），女，河北衡水人，衡水学院物理与电子信息系，副教授，硕士，研究方向为光学工程。（河北 衡水 053000）
[基金项目]本文系2010年度河北省高等学校科学研究指导计划课题“STS教育思想在大学物理教学中的渗透试验和研究”的研究成果。（项目编号：ZS2010319）
[中图分类号]G642.4 [文献标识码]A [文章编号]1004-3985（2013）20-0111-01
随着《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》的贯彻落实，人才培养模式的改革与创新成为当前我国高校深化教学改革、提高人才培养质量的关键。工程技术人才是提高国民经济、推动社会发展的生力军，也是我国当前急需的人才，因此工科院校和综合性大学的工科专业都是非常热门的。可是地方院校的毕业生常处于很尴尬的境地，课程学的不少，可进入工程技术操作场所却无从下手，也无从学起，有的干脆就急忙退身回到学校继续深造，这无形中增加了人才培养周期和培养成本，可两三年之后能否成为社会需要的工程技术人才还是未知数。究其原因是培养观念、培养模式的问题，因此更新人才培养观念，探索切实有效的人才培养模式是非常必要的。
从美国工程与技术认证委员会对工程教育专业的评估标准中可以看到，在重视加强数学和科学基础的前提下，当前更强调侧重工程实践能力、团队合作精神、终身学习能力等知识。我国工科院校大学物理是专业基础课程，一般在第二学期开设，是在中学物理的基础上，结合高等数学的微积分、向量运算等知识开始大学物理的学习。通过大学物理的学习，学生的理论运算能力、基本实验能力有所增长，但这远远不能满足工科学生的学习欲望，因此影响了学生的学习动力，对大学物理这门课的学习态度、学习模式也直接影响了后继课的学习效果。因此在大学物理这门专业基础课教学中，教师要尝试开始工程技术人才培养的探索，从教学内容、教学设计等方面进行改革，以提高大学生的学习兴趣、学习能力、实践能力和创新能力为目的，这对提高高校物理课程教学质量以及人才培养水平有重要的现实意义。
一、精选专业相关的教学内容
现有的大学物理教材都是力、热、光、电、原子等基础物理的全部内容，在一学期左右要求学生掌握全部内容是不可能的，浅显的学习等于重复高中学习过程，就失去了开课的意义，更是对工作的失职；若从头到尾运用高等数学分析物理概念，推出物理定律，引导学生学会运用高等数学处理每一部分物理问题，多数学生会陆续掉队的，这也会极大挫伤学生的学习积极性。因此教师要精选教学内容，这需要翻阅相关专业的后续课程教材，或请专业教师座谈教研，以便使不同专业大学物理教学内容有所侧重，使教学计划更切实可行，这需要教师的敬业精神和奉献精神，因为涉及跨院系工作，实施过程中会遇到一些不便。
二、合理处理教学内容
对每一部分教学内容的处理上采取中学物理为基础、大学物理重方法的原则，使学生实现物理知识和方法技能的逐步提高。质点运动学，重点为运动方程、速度和加速度概念和相互关系，结合通用坐标系应用到一般的直线和曲线运动中，再根据特殊运动特点推出中学熟悉的匀变速运动方程式。本部分内容的特点是物理概念多，高等数学集中运用，学生不易接受，因此教学思路要清晰明了，掌握解决一般运动的方法，不过多涉及坐标变换的问题。质点动力学为力的冲量和力做功，通过应用举例推出伯努利方程，这是液压传动课程中的基本方程。刚体动力学主要概念是力矩和角动量，主要规律是转动定律和角动量守恒，采用和质点力学类比的方法进行教学可达到事半功倍的效果。难点是角动量守恒的分析，教师可实例分析动量不守恒但是角动量守恒，先从动量和角动量概念分析，在从受力和受力矩分析，使学生从表面到内在原因掌握动量和角动量守恒的区别。这部分内容在工程力学课程中有所涉及，可根据课程进度适当处理。对静电学的处理是把握电场强度和电势的计算方法，高斯定律和环路定理是分析推理的必备工具，要引导学生理解，但由于使用过程中的任意性的确定，使学生不能确切把握，因此对机电专业，重点放在电势、电压、电场力做功的概念和规律上。通过公式推演，学生知道了中学相关知识的来源和局限，掌握处理问题的一般方法和技巧，学生只有充分掌握了基本概念和基本规律，把所学的知识衔接起来，才能灵活运用。对电介质极化做定性分析，得出电场强度和电容的决定式，电容的串并联计算要使学生明白等效的依据，不能机械套用公式。静电场的能量是静电学的收尾内容，要把握思路使学生掌握电场能量的求解方法，理解电场的物质性。对磁学、热学等内容也根据前后知识的需要做相应处理。
三、将人文文化融入物理教学
在大学物理教学中将人文文化融入教学内容之中，使学生知道知识的来龙去脉，不但能提高学生的学习兴趣，而且能很好地培养学生的创造力和综合素质。人文文化在中学、大学物理教材中多少都有所涉及，但这部分内容从没被师生重视过，这也许是受当前的考评制度的影响。在20世纪60、70年代诞生的STS研究领域，主张把科学、工程能力和人文社会科学能力结合在一起的教育模式，因此没有人文文化的物理教学是不完整的，不能因为时间紧就舍弃这部分的教学，实际上教师只要精心设计教学过程，这部分内容的学习可以实现画龙点睛的效果。例如在电磁学部分的学习时，教师在将静电、电流、电生磁、磁生电的知识讲给学生后，可以对每位科学家的工作经历、科学精神和人生态度进行一定的讲解。教师在教学过程中要引导学生追根溯源，要让学生立体化地把握知识，以科学家、相关物理知识、研发趣闻、历史作用为教学主线，让学生在深入理解科学文化的同时感染科学精神和创新精神，提高学生的学习兴趣和学习欲望。
四、以物理实践教学带动物理教学
教师要让学生通过大学物理实验使学习欲望逐步增强，为学生实现工程师的理想打下坚实的基础。师生要明确实验教学和理论教学的关系，理论是实验的基础，实验促进理论的发展。因此开始设置的实验内容一般为验证性实验，是为了充分理解物理概念和规律的，由于这些内容学生已经知道实验结果，往往不能引起学生的兴趣，同时也影响了学生基本实验技能的提高，到有相当难度的综合性、设计性实验开设时，往往由于学生的理论知识或实验设备的知识的缺乏不能到达预期目的。因此针对工科专业的特点，要求学生从事专业见习，到机电门市、标准件商店，学习了解工程中常用的零部件的名称、外形功能等，然后到小型设备加工厂见习设备的组装调试过程。这项工作为学生学习技术、提高能力指明了方向，学生回到课堂、回到实验室学习物理的动力就会大大增强，因此在实验教学中从基础实验开始就要让学生从简单工具、仪器的学习使用开始，结合不同的基础实验方法设置实验内容，使学生掌握放大法、模型法等基本实验方法，同时培养学生的观察能力、分析能力、动手能力和数据处理能力。随着基本实验能力的增长，为学生提供设计实验的条件，由学生搜集学习相关的理论知识，组织讨论设计方案，观察总结实验过程，分析实验结果，最后形成小论文。因此可以在已经完成的基础实验中，通过改进实验方法或实验仪器再次设计实验方案、分析实验结果并做出总结。这样的学习过程培养了学生自主学习的能力，培养了学生的创造和沟通协作能力，这是工程技术人才培养的基本思路。
工程技术人才培养是一个长期过程，大学物理的学习是一个起点，要通过大学物理教学充分培养学生的自主意识、创新意识、协作意识，通过认真选择和专业相关的教学内容、精心设计教学过程，使学生从多种角度体会、体验到理论和实践的结合，对理论课的学习更有兴趣，对实验课的学习更有信心，对工程师的理想目标才能更靠近。
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