化工專業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)淺議
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[摘要]針對(duì)在化工專業(yè)中大學(xué)物理課程教學(xué)常遇到的問題，根據(jù)化工專業(yè)的特點(diǎn)以及專業(yè)發(fā)展的需求，本文探討從大學(xué)物理課程與化工專業(yè)課程的關(guān)聯(lián)、物理在化工中的應(yīng)用以及在生活中的應(yīng)用著手，結(jié)合問題和啟發(fā)互動(dòng)進(jìn)行教學(xué)的方法。課堂實(shí)踐表明該教學(xué)方法能激發(fā)學(xué)生對(duì)物理課程的興趣、提高對(duì)物理課程的重視程度和調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，塑造學(xué)生們?cè)趹?yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題的能力。
[關(guān)鍵詞]物理教學(xué)；化工專業(yè)；課程關(guān)聯(lián)；生產(chǎn)和生活應(yīng)用；教學(xué)效果
物理學(xué)是自然界的一門基礎(chǔ)的自然學(xué)科，研究物質(zhì)最一般的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)的相互作用。物理學(xué)的研究對(duì)象非常廣泛，空間尺度和時(shí)間尺度的跨度都非常大。在物理學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展上，技術(shù)飛速發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步，給人類生活帶來方便?；瘜W(xué)工程是在這幾門基礎(chǔ)科學(xué)上發(fā)展起來的，在工業(yè)社會(huì)中有著舉足輕重的地位，進(jìn)一步推動(dòng)工業(yè)和社會(huì)的發(fā)展，保證人類的生存并不斷提高人類的生活質(zhì)量，人類生活的各個(gè)方面、社會(huì)發(fā)展的各種需要都與化工息息相關(guān)?；I(yè)是本校的重點(diǎn)專業(yè)，大學(xué)物理課程是化工專業(yè)基礎(chǔ)課程，可大學(xué)物理課程在化工專業(yè)中的教學(xué)中遇到不少問題，下面針對(duì)這些問題展開教學(xué)探討。
1大學(xué)物理教學(xué)中普遍存在的問題
1.1不重視公共課程
大學(xué)物理課程是公共課程。很多學(xué)生有個(gè)錯(cuò)誤的思想，認(rèn)為只有專業(yè)課學(xué)了才有作用，而公共課是沒有作用的，所以很多學(xué)生不重視物理課程，甚至有的學(xué)生是放棄物理課程。課前不預(yù)習(xí)，上課時(shí)也不專心聽課，課后不愿意去認(rèn)真做作業(yè)和練習(xí)。這樣，有一個(gè)環(huán)節(jié)沒掌握好，由于物理知識(shí)的邏輯性非常強(qiáng)，導(dǎo)致后面的學(xué)習(xí)就更困難了。
1.2由于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)而產(chǎn)生抵觸心理
有的學(xué)生在學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)時(shí)，沒有認(rèn)識(shí)到高等數(shù)學(xué)在化工專業(yè)各門課程及大學(xué)物理課程中的重要性，對(duì)公式的推導(dǎo)過程以及意義沒有深刻的理解，以為學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)就是會(huì)運(yùn)用公式，機(jī)械的計(jì)算就可以了。這樣，就很難靈活地運(yùn)用高數(shù)知識(shí)來解決物理問題。而且，物理課程有大量的公式，通過公式說明本質(zhì)，通過運(yùn)算公式解決物理問題，這也需要較強(qiáng)的分析能力和理解能力。所以學(xué)生就覺得物理很難、很枯燥，從而產(chǎn)生抵觸心理。
1.3中學(xué)物理學(xué)習(xí)對(duì)大學(xué)物理學(xué)習(xí)的影響
從中學(xué)開始學(xué)習(xí)物理課程起，學(xué)生學(xué)習(xí)已有5年時(shí)間，相比較大學(xué)物理課程，中學(xué)物理內(nèi)容少、簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)的是特殊條件的簡(jiǎn)單現(xiàn)象，教材直接給出相關(guān)物理公式，往往沒有公式來源的推導(dǎo)過程，學(xué)生只需要套用公式就可以求解問題。對(duì)于簡(jiǎn)單的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行反復(fù)多次的強(qiáng)化訓(xùn)練，所以，高中所學(xué)習(xí)的公式、解題方法已給學(xué)生深刻的烙印，分析問題的思維方式很難改變。而大學(xué)物理學(xué)習(xí)的是普遍現(xiàn)象，但一些學(xué)生遇到相同的物理概念，即使條件不同，也會(huì)拿出中學(xué)的公式來處理問題。大學(xué)的課本知識(shí)量大、上課的內(nèi)容多，學(xué)習(xí)的是普遍條件、復(fù)雜的現(xiàn)象，學(xué)生很難適應(yīng)新的解決問題的方法、很難運(yùn)用新學(xué)的知識(shí)去解決問題，這樣也會(huì)對(duì)大學(xué)物理產(chǎn)生排斥心理。
2教學(xué)探討
教師在大學(xué)物理課程教學(xué)過程存在很多困難，要努力找出有效的辦法解決。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到大學(xué)物理課程的重要性，消除抵觸心理，產(chǎn)生興趣，有學(xué)習(xí)的內(nèi)動(dòng)力，接受新的學(xué)習(xí)方法。經(jīng)過研究大學(xué)物理課程和化工專業(yè)的特點(diǎn)、開設(shè)的專業(yè)課程和化工專業(yè)學(xué)生的發(fā)展方向，對(duì)化工專業(yè)的大學(xué)物理課程教學(xué)從以下幾個(gè)方向著手進(jìn)行教學(xué)，以提高學(xué)生對(duì)大學(xué)物理的重視程度和興趣，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。
2.1比較大學(xué)物理與化工專業(yè)課程的關(guān)聯(lián)
大學(xué)物理課程開設(shè)于化工專業(yè)的各門專業(yè)課程之前，對(duì)化工的幾門專業(yè)課程起到不可缺少的基礎(chǔ)支撐作用。大學(xué)物理學(xué)和化工專業(yè)的幾門專業(yè)課程物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理的關(guān)聯(lián)非常大。大學(xué)物理課程和化工主干專業(yè)課程教材的特點(diǎn)和重點(diǎn)不同，所以教材的編寫區(qū)別也比較大。大學(xué)物理是先發(fā)現(xiàn)問題，然后如何去解決這個(gè)問題，逐步引出新的概念、公式、原理、定理、定律，再進(jìn)行應(yīng)用舉例，是由普遍到特殊的一個(gè)過程。而化工專業(yè)課程是直接給出概念、公式、定理、定律，且直接應(yīng)用到某個(gè)具體問題中?？梢?，如果有了大學(xué)物理課程的基礎(chǔ)作支撐，學(xué)習(xí)化工專業(yè)課程時(shí)就能更好地應(yīng)用[1]。物理學(xué)主要分為力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)與近代物理學(xué)幾部分，和化工主干課程最密切相關(guān)的是熱學(xué)部分。理想氣體狀態(tài)方程、幾個(gè)變化過程、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律等等內(nèi)容都出現(xiàn)在大學(xué)物理課程和物理化學(xué)課程中。而力學(xué)是物理學(xué)最基礎(chǔ)的部分，在后面學(xué)習(xí)的熱學(xué)中壓強(qiáng)、溫度等宏觀定義，要用到力學(xué)的牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)量定理等知識(shí)并從微觀角度進(jìn)行解釋及公式推導(dǎo)。學(xué)習(xí)了物理學(xué)中電磁學(xué)中的電勢(shì)梯度，就很容易理解化工專業(yè)課程中的溫度梯度。物理學(xué)中的流體力學(xué)是化工原理中的流體流動(dòng)和輸送設(shè)備部分內(nèi)容的基礎(chǔ)?；I(yè)課程中有大量的微分、積分運(yùn)算，大學(xué)物理課程中的微分、積分運(yùn)用能為專業(yè)課程的運(yùn)用打下基礎(chǔ)。這些都說明，大學(xué)物理課程對(duì)化工專業(yè)課程的重要的基礎(chǔ)支撐作用。在講授大學(xué)物理緒論課時(shí)，通過列表概述與化工專業(yè)課程相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，首先能引起學(xué)生對(duì)大學(xué)物理課程的重視。每講到有相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容時(shí)，課堂開始時(shí)都作出對(duì)比，這樣這堂課更能引起學(xué)生的重視，更加調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，以達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。
2.2講授物理在化工中的應(yīng)用
化工專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)之后大部分要從事和相關(guān)的生產(chǎn)工作。物理學(xué)原理在化工生產(chǎn)中有著廣泛的廣泛，將物理知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)的實(shí)例引入課堂，講述和分析物理原理知識(shí)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，開闊學(xué)生的眼界，有助于學(xué)生真正理解物理基礎(chǔ)知識(shí)，讓學(xué)生真正體會(huì)到物理是工業(yè)生產(chǎn)的理論基礎(chǔ)，而提高學(xué)生對(duì)物理的重視程度。講授電容及電容率時(shí)，引進(jìn)電容法檢測(cè)混油界面。同時(shí)介紹電容法的優(yōu)缺點(diǎn)，電容法操作方法簡(jiǎn)單，成本較低的優(yōu)點(diǎn)。但是電容法檢測(cè)容易受到環(huán)境溫度的影響，檢測(cè)準(zhǔn)確度也比較低，因此電容法的使用并不廣泛[2]。油品檢測(cè)用到很多物理檢測(cè)方法，這些檢測(cè)方法涉及到有物理學(xué)中的電磁學(xué)原理、光學(xué)原理等等。例如在講授光學(xué)的反射、折射以及折射率時(shí)，介紹光學(xué)法檢測(cè)成品油管道輸送中混油的界面,并且介紹這種方法靈敏度較高，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到光學(xué)檢測(cè)法的優(yōu)勢(shì)[2]。光學(xué)檢測(cè)在油品檢測(cè)中應(yīng)用非常廣泛，在拓展光學(xué)知識(shí)的應(yīng)用中，講授光的散射和光的吸收，來檢測(cè)污水油分與懸浮物[3]。光譜是物理學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，而光譜和光譜儀的應(yīng)用非常廣泛，例如可檢測(cè)油的成分及油中氣體[4]等等。
2.3理論聯(lián)系生活
在講課時(shí)理論聯(lián)系實(shí)際，把與物理知識(shí)相關(guān)的日常生活用于融進(jìn)課堂中，讓學(xué)生體會(huì)到物理的重要性和實(shí)用性，能增強(qiáng)課堂的趣味性，引起學(xué)生的濃厚興趣，也由此讓學(xué)生逐漸學(xué)會(huì)用物理知識(shí)去解決生活中的問題，做到學(xué)以致用，提高解決問題的能力。2.3.1路面的應(yīng)用。大學(xué)物理課程的第一章是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)，幾乎所有的教材都是理論計(jì)算，很容易給學(xué)生造成一種物理學(xué)枯燥無味和跟專業(yè)無關(guān)的一種錯(cuò)覺。通過講授向心加速度時(shí)就可以改變這種情況。講授向心加速度時(shí)，以車輛需要的向心力為例。向心加速度大小an計(jì)算公式為：2nvaR向心力為：Fn=man2式中v為速率，R為圓周運(yùn)動(dòng)的曲率半徑，也就是道路轉(zhuǎn)彎半徑。取小汽車質(zhì)量為m=1500kg，混凝土路面、瀝青路面，不同的瀝青路面，摩擦系數(shù)有所不同，現(xiàn)為討論問題方便，取靜摩擦系數(shù)μ=0.7，因此地面能提供給小汽車的最大靜摩擦力約為F=μN(yùn)=μmg=0.7×1500×9.8=10290N取R=25m，當(dāng)速率為不同的值時(shí)，求出所需向心力，如表1。由表中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)小汽車速率為45km/h時(shí)，地面能提供小汽車需要的摩擦力，小汽車能順利轉(zhuǎn)彎，當(dāng)小汽車速度達(dá)50km/h時(shí)，地面不能提供小汽車需要的摩擦力，小汽車就會(huì)偏離原來軌道等危險(xiǎn)情況發(fā)生。所以，汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)要減速，以保安全。近年來我國車流量的擴(kuò)大，路面承受的壓力也越來越大，再考慮到車速，地面而需要的摩擦力等多種因素，假設(shè)使用的是瀝青路面，這就要運(yùn)用到化工專業(yè)知識(shí)對(duì)瀝青路面材料進(jìn)行研究和分析，以提高瀝青性能，以達(dá)到不同的技術(shù)指標(biāo)。這讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)學(xué)和化工專業(yè)的關(guān)系，提高對(duì)物理的重視程度。講述完此例子，提出問題：是否乘坐過汽車上高速路？高速路的車速是60~120km。一般情況下都會(huì)100km左右，轉(zhuǎn)彎時(shí)，汽車有沒有減速到城市道路轉(zhuǎn)彎時(shí)需要的低速？有沒有觀察過高速路轉(zhuǎn)彎的路面左右兩邊的高度是否和直線路面一樣？引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)轉(zhuǎn)彎需要向心力的角度出發(fā)去思考解決此問題，也以此引導(dǎo)學(xué)生要觀察生活，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。2.3.2結(jié)合“啟發(fā)式”教學(xué)方法講應(yīng)用。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，在學(xué)習(xí)物理的應(yīng)用的同時(shí)，運(yùn)用“啟發(fā)式”教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。對(duì)新學(xué)習(xí)的內(nèi)容，通過提問、啟發(fā)、引導(dǎo)的過程進(jìn)行學(xué)習(xí)。提問問題，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理課程知識(shí)的好奇心，引起了學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。啟發(fā)思考，激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，拓展學(xué)生的思考空間。引導(dǎo)學(xué)生由表及里、由淺入深地思考，讓學(xué)生掌握重要的知識(shí)點(diǎn)并能將所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和解決問題的能力[5]。2.3.2.1阻尼振動(dòng)的應(yīng)用講授阻尼振動(dòng)時(shí)，教學(xué)設(shè)計(jì)流程如圖1。截取了阻尼器實(shí)驗(yàn)中的視頻的圖像，有阻尼器和沒阻尼器的架子最初擺動(dòng)角度是相同的，僅10秒左右，有阻尼器的架子擺動(dòng)角度明顯減小了，而沒有阻尼器的架子的擺動(dòng)角度還是很大，如圖2。再經(jīng)過一段時(shí)間，有阻尼器的架子不再擺動(dòng)，而沒有阻尼器的架子的還在作比較大角度的擺動(dòng)。此運(yùn)用不僅讓學(xué)生學(xué)習(xí)到了知識(shí)，學(xué)生也認(rèn)識(shí)到物理與生活密切關(guān)系和物理的重要影響，對(duì)物理產(chǎn)生興趣、有學(xué)習(xí)物理的好奇心和內(nèi)動(dòng)力，由此知識(shí)的學(xué)習(xí)，知識(shí)面開闊了，思維開闊了，也慢慢地學(xué)習(xí)全面思考問題。任何事物都是有兩面性的，都有好與壞的方面，教育學(xué)生不能只片面地看待問題，要全面地看待問題。人類從大自然中，從自然科學(xué)現(xiàn)象中的到很大的收獲，而將此收獲運(yùn)用于、造福于人類。2.3.2.2力矩的應(yīng)用以力矩為例，如圖3，搬動(dòng)重物時(shí)，提出問題：哪些姿勢(shì)正確的[6]？此處涉及到生物知識(shí)，根據(jù)課程和學(xué)生專業(yè)，只分析搬重物時(shí)人的腰部受到的力的平均效果。顯然，根據(jù)力矩定義進(jìn)行分析，左二圖重物靠在腹部，重物對(duì)脊柱的力矩就會(huì)減小到最小的程度，對(duì)腰部造成的傷害是最小的。這個(gè)例子把理論知識(shí)和生活密切聯(lián)系起來，對(duì)力矩的理解也能更加深刻，也鼓勵(lì)到學(xué)生在生活中多思考、多觀察，多運(yùn)用理論知識(shí)去解決生活問題。
3總結(jié)
在化工專業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)中，緊密聯(lián)系本專業(yè)特點(diǎn)，針對(duì)大學(xué)物理教學(xué)常遇到的問題，對(duì)比大學(xué)物理課程與化工幾門專業(yè)課程的關(guān)聯(lián)度、把物理知識(shí)在化工中的應(yīng)用引進(jìn)到課堂，提高對(duì)物理課程的重視程度、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)動(dòng)力。并且理論聯(lián)系實(shí)際，講授結(jié)合物理知識(shí)在生活中的應(yīng)用，同時(shí)結(jié)合提出、啟發(fā)思考、引導(dǎo)解決，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理課程的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，訓(xùn)練學(xué)生們?cè)趹?yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題的能力。學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解更深刻，掌握更牢固，同時(shí)提高學(xué)生的觀察能力和綜合素質(zhì)。
作者:何穎君 單位:廣東石油化工學(xué)院
