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摘要：大学物理是理工科学生必修的一门公共基础课程，内容涵盖力、热、光、电，近物等几个领域，学时少，任务重，以至于大学物理成为很多普通高等学校理工学生考试挂科的重灾区。利用学生已有的高中物理学知识，找到高中物理和大学物理相联系的纽带和桥梁，借以提高大学物理的课堂教学效率，激发学生学习物理的热情，降低挂科率，已成为当前理工科学校本科教学的当务之急。本文作者从多年大学物理教学的经验出发，并结合某高校历年大学物理试卷中出现的试题类型，从物理量的矢量性和瞬时性出发对大学物理力学部分基本概念的教学作了初步探讨。
关键词：教学效果；大学物理；矢量性与瞬时性
本文引用格式：杨觉明,等.浅谈大学物理中的矢量性与瞬时性——大学物理与高中物理联系的纽带与桥梁[J].教育现代化,2019,6(17):143-145.
大学物理是研究客观事物运动变化规律的一门学科，内容涵盖力、热、光、电、近物等几个领域。它的理论体系和处理问题的基本方法值得自然科学的诸多领域学习和借签。物理知识应用于生产技术的各个部门，是自然科学和工程技术衔接的纽带。大学物理课程基本概念、基本理论的学习是提高学生科学素养的有效途径，是普通科学工作者和工程技术人员创新的基石。
理工科的大学生学习任务相对较重，除了本专业的必修和选修课之外，还有相关的实习、实训课程。校外的课后实践活动也比较多[1]，甚至有部分学生还要从事勤工俭学工作以减轻家庭的负担。前一段时间全国高校压缩部分课程的学时，大学物理恰是学时被压缩的课程之一。大学物课程根据专业的不同，在同一所高校可能会被分为A、B、C、D几种教学类型。大学物理A的课时稍多，一般为96个学时，大学物理B一般为64个学时，而大学物理D却只有48个学时。由于大学物理的内容较多，学时较少，如何提高学生的学习积极性，在较短的时间里学到物理学知识的精髓，对物理基本概念的理解和掌握是必由之路。提高学生对基本概念的理解能力还有助学生在概念题的考试中选出正确的选项，做出正确的判断，有效降低大学物理的挂科率，克服学生对大学物理的恐惧心理，使大学物理的学习成为一件轻松愉快的事情。
心理学的研究发现，人们总是对自己比较熟悉的领域或者比较熟悉的对象容易产生兴趣。所谓人生四大喜事之一的“他乡遇故知”就是对这一心理现象的揭示。爱因斯坦说“热爱是最好的老师”，而热爱来自于兴趣，兴趣又来自于一个人已有的认知基础。认知心理学的研究发现人们在学习新知识的时候，旧知识的储备是新知识学习的基础，如果能找到一条纽带建立起新旧知识之间的联系，新知识的学习就会变得更加容易，也更能激发学习者的兴趣和学习欲望[2-4]。美国作家马尔科姆·格拉德韦尔在他的著作《异类》一书中提出了“一万小时定律”的说法。他指出“一万小时的锤炼是任何人从平凡变成世界级大师的必要条件”。
大学物理的学习同样也需要大量的时间作保障，在目前大学物理学时较少的情况下，要想让学生学好大学物理，最好的方法就是想办法激发他们的学习兴趣，调动他们学习的积极主动性。一位讲授大学物理几十年的老教师讲叙过这样一件事，他带了同一个专业的两个班的学生的大学物理课，由于是合成一个大班上课，两个班的上课时间，讲授内容完全一样，布置的作业也一模一样。但是在期末考试的时候，其中一个班的同学考试全部过关，而另一个班的同学挂科率却高达45%。事后，这位老师仔细分析了造成这一差异的根本原因。相同专业的两个班的同学，他们的招生分数线是一样的，不存在生源的高中基础知识明显不同的情况。而学生考试成绩巨大差异竟是开学时第一节课学生到班的时间早晚不同造成的。学习较好的那个班的学生第一节课去得早，所以全部坐在了前排，而挂科较多的那个班的学生大都坐在了后排，而且他们坐在班里的位置竟然就这样固定了下来。前排同学在上课时跟老师的互动较好，听课时能紧跟老师的节奏和思路，课后认真完成老师布置的作业，学习物理的兴趣越来越浓。而另一个班的部分同学却渐渐掉了队，失去了学习物理的兴趣，课堂上甚至成了低头一族。最终导致了学习成绩的巨大差异。
如何才能更好地激发理工科学生学习大学物理的兴趣和热情呢？充分利用大学生高中阶段已有的物理基础知识，找到大学物理和高中物理之间的纽带和桥梁，帮助学生建立新旧知识之间的联系，顺利过渡到大学物理知识的学习，是提高教学效果，提高学生考试过关率的有效途径。那么高中物理和大学联系的纽带和桥梁究竟是什么呢？这不得不从物理学的研究对象说起。物理学研究的是客观事物的运动和变化规律，运动总是有方向的，运动的方向性对应着物理量的矢量性。因此物理学中的位移、速度、加速度、力、力矩、冲量、动量、角动量、角速度、角加速度、电场强度、磁感应强度等物理量都是矢量。矢量之间的运算不能简单地直接相加减，而是要运用平行四边形法则或三角形法则相加减。大学物理中为了简化矢量之间的运算，最常采用的方法是把矢量投影到坐标轴上，分解成x、y、z三个方向上的分量，然后就能直接相加减了，也就是通过投影的方法把必须使用三角形法则的矢量运算巧妙地转化成了简单的算术运算。矢量之间除了可以进行加减运算之外，还可以进行乘积运算。矢量之间相乘又可以分为点乘和叉乘两种，点乘是把一个矢量投影到另一个矢量上，得到的结果是一个标量。比如功是一个标量，它等于力点乘以距离。矢量之间的叉乘得到的是第3个矢量，得到的这个矢量和相叉乘的两个矢量组成的平面相互垂直，也就是说第3个矢量和叉乘的两个矢量都垂直。物理量的矢量性是联系高中物理和大学物理的第一条纽带。高中物理只是简单介绍了一下矢量的概念，几乎不涉及矢量之间的运算，高中物理大多数物理量之间的运算停留在标量运算的低层次上。而进入大学物理的学习之后，不仅处处用到矢量去讲解基本物理概念，更让学生头疼的是几乎所有的计算都躲不开矢量运算的阴影，一时间让学生头大不已。所以要想使学生真正理解老师讲授的内容，跟上老师的节奏，充分利用高中知识来理解和学习大学物理，必须给学生详细讲解矢量的概念，补充矢量运算所遵循的规则和规律，并在讲课过程中时刻提醒学生注意物理量的矢量性，养成处处从矢量性出发考虑物理规律的良好思维习惯。这是学生学好大学物理的前提条件之一，也是学生能不能从高中物理向大学物理学习顺利过渡的关键。
前面提到物理学研究的是客观事物的运动和变化规律，运动规律需要运用矢量性去描述，而变化规律需要用瞬时性去描述。高中物理阶段，几乎不涉及运动的瞬时性问题，大多数物理量的计算采用的是常量的形式。但是到了大学物理阶段，瞬时性问题几乎贯穿物理学习的各个章节，几乎所有的物理量都是随着时间变化的，为了描述物理量的这种瞬时性，必需引入极限和微分的概念，而这一点恰是高中物理所忽略的地方。高中物理虽然简单介绍了瞬时速度和瞬时加速度的概念，但是学生对瞬时速度和瞬时加速度的理解是模糊的。到了大学之后，理工科学生会首先学习微积分知识，学习微积分的一大好处就是可以很方便地处理那些随时间变化的瞬时性物理量。所以瞬时性是联系大学物理和高中物理的第二条纽带，是利用高中物理基础知识学习大学物理的必备常识。只要抓住了大学物理学习过程中时刻涉及物理概念的矢量性和瞬时性，也就抓住了高中物理向大学物理过渡的纽带，有了一座高中物理通往大学物理的桥梁。必将在大学物理的学习中发挥出色的作用，使大学物理的教学工作的难度降低，学生的学习积极性大大提高，考试挂科率大为下降。
下面结合具体的物理概念和例题来说明矢量性和瞬时性对于理解基本物理概念，运用物理规律解决物理问题的重要性。
首先来探讨一下矢量性和瞬时性在大学物理力学章节基本概念学习过程中的纽带作用。
一力学部分基本概念的教学
在大学物理的学习过程中，学生首先接触到的就是力学部分的内容，是学生学习大学物理的开端。古希腊哲学家柏拉图曾说：“良好的开端是成功的一半”，对于力学部分内容的讲解，是决定学生能不能学好大学物理的关键环节，具有调动学生学习积极性、承前启后、衔接高中物理和大学物理学习的重要意义。这一部分的主要内容包括运动学和动力学两部分，其中运动学部分是基础，考察的知识点比较多，比如说力、位移、速度和加速度都要在这一部分进行讲解。对这一部分内容来说，学生在高中阶段已经有所了解，只是头脑中缺乏矢量性和瞬时性的概念，因此，能不能充分发挥矢量性和瞬时性从高中物理学习过渡到大学物理学习过程中的桥梁作用是整个大学物理教学成败的关键。从矢量性和瞬时性出发引入和讲解这一部分内容，很容易让学生抓住这一部分内容的核心。在这里矢量性主要是指位移、速度和加速度的方向与合外力的方向一致； 瞬时性是指加速度与物体所受合外力是瞬时对应的， 即同时产生、同时变化，同时消失。下面先通过一幅图了解一下位移、速度和加速度的矢量性。
力学部分容易出错的概念题的讲解
下面结合矢量性和瞬时性来看一道运动学部分出现频率非常高的选择题，该题主要考察位移、速度和加速度的矢量性与瞬时性。
1、一质点作曲线运动， r 表示位置矢量， v 表示速度， a 表示加速度， at 表示切向加速度， s 表示路程，下列表达式中正确的是（ ）
该题是某大学 2017 年大学物理的一道选择题，经过我们对 50 份试卷的调查，我们发现这道题的正确率只有 18% 左右，远低于概念题 60% 的平均得分概率。为什么这道题的得分率如此低呢？首先，很多同学在做这道题的时候对该题要考察的知识点认识不清，不知道从位移、速度和加速度的矢量性出发来考虑问题。一眼看上去，误认为只有第（2）项是正确的，因为老师经常在课堂上强调，速度等于位移对时间的一阶导数，所以学生随手选择了答案 C。如果我们从位移、速度和加速度的矢量性出发，很容易就能得出正确的答
综上所述，本文从基本概念的讲述和出错率较高的概念题的讲解两个方面出发，论述了矢量性和瞬时性在大学物理教学中的重要作用。矢量性和瞬时性是联系高中物理和大学物理的纽带和桥梁，能帮助学生实现高中物理学习到大学物理学习的顺利过渡。在大学物理的教学中应时刻提醒学生从矢量性和瞬时性出发去思考物理问题，解决物理问题。在大学物理教学中巧妙运用矢量性和瞬时性，必将加深学生对基本概念的理解，提高学生学习大学物理的积极性和主动性，是提高大学物理课堂教学效率的有效途径。
参考文献
[1]王亚伟,乐永康,钱飒飒,等.大学物理、大学物理实验两课课程现状调查报告及总结[J].物理与工程,2016（4）:45.
[2]顾明远.教育大辞典[M].上海教育出版社,1998.
[3]里德·亨特,亨利·埃利斯．认知心理学基础[M].人民邮电出版社,2006.
[4]（美）斯滕伯格（Sternberg,R.J.）．认知心理学[M].中国轻工业出版社,2006.
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