研究性教学及大学物理教法的初步研究
　　摘 要:该文介绍了研究性教学的意义和概念, 并以刚体的角动量定理和角动量守恒定律的课堂教学为例,在课堂教学中创新运用各种教学方法,进行了研究性课堂的教学实践.
　　关键词:研究性教学, 创新, 大学物理 ,教学方法
　　当前科技进步、社会经济发展和日益激烈的国际竞争对高等教育提出了新的要求,迫切需要培养大量创新型人才.而改变传统的教学方法,实施研究性教学,是实现这一目标的有效途径[1].大学教师及管理者应积极开展教学方法改革与创新,努力开展研究性教学、引导学生开展探究性学习,培养创新型人才.下面以刚体的角动量定理和角动量守恒定律的课堂教学为例,在课堂教学中创新运用各种教学方法,进行研究性课堂的教学实践.
　　1 什么是研究性教学
　　现代教学论认为,教学过程是师生交往、积极互动、共同研究的过程.所以要提倡研究性教学.所谓研究性教学,就是基于强调学科原理形成过程和师生互动为主要特征的教学方式.教学应从创设问题情境出发,激发学生的兴趣和探究激情,引导学生自主探究和体验知识的发生过程,还原原来的科学思维活动.通过师生互动双向交流的形式,鼓励质疑批判和发表独立见解,培养大学生的创新思维和创新能力,这是研究性课堂教学设计的精髓[2].总之,研究性教学是教师创设情景或设计问题,引导学生参与教学研究活动,主动内化知识,建构知识的过程.
　　2 创新运用教学方法,进行研究性教学
　　(1)创设问题情境法
　　所谓创设问题情境,就是通过教师设立一系列有难度的问题活跃学生的思维,激发学生的学习需要,从而诱发学习动机和求知欲望,营造一种强烈的课堂求知气氛.因此,在教学中,教师要善于创设问题情境,使学生产生释疑的强烈愿望,并且在这种特定的情境中,用自己的头脑去发现问题,找到解决问题的办法[3 ].在刚体的角动量定理和角动量守恒定律的课堂教学前,首先请学生观察一段运动员滑冰和跳水的视频,并提出两个问题:为什么运动员在转动时常常收拢身体?为什么运动员收拢身体和打开身体转动的速度不一样?进而指出要回答问题、揭示规律就要学习本堂课的相关内容,这样从学生熟悉的生活实例出发引入新课,更符合学生的认知规律,学习也更具有探究性.当介绍了本堂课的新知识角动量守恒定律之后,又引导学生回过头来用角动量守恒定律解释新课导入时提出的问题.这样前后呼应,提出的问题用课堂学习的新知识解答出来,让学生的印象更为深刻,学习的过程也成为了再发现、再探索的过程.
　　(2)类比法
　　大学物理中有些物理概念较为抽象,学生学习这些概念存在一定难度,但许多概念之间有着密切联系,若在物理教学中充分运用比较,便能使学生准确、牢固地掌握这些物理概念.在刚体的学习当中,因为学生在中学从未学习过角动量的概念和角动量定理,但是对于质点运动学和质点动力学的有关内容比较熟悉,而刚体的概念及定理的描述同质点运动有着很多相似之处,所以类比质点运动中的动量定理和动量守恒定律来讲述刚体的角动量定理和角动量守恒定律[4].首先带领学生一起回顾质点直线运动中动量定理的推导过程.即从牛顿第二定律的微分形式dtF = dP 出发,得到动量定理∫ = Δ ttF t P0d ,当F = 0 , P = mv = C ,得到动量守恒定律.进而引领学生大胆猜想:对于转动的刚体,是否也有类似的定理?是否也能进行类似的推导呢?因为在刚体的转动运动当中定轴转动定理β z z M = J 和牛顿第二定律F = ma 对应.因此可以从定轴转动定理出发进行推导,dtM J J d z z zω= β = ,当转动惯量一定时, dtdLJdtM d zz z = ( ω) = ,进而得到,0ztt z ∫ M dt = ΔL 即定轴转动刚体的角动量定理.当= 0 z M ,L J C z z = ω = ,这样就得到了定轴转动刚体的角动量守恒定律.实践证明通过这种类比推导,学生更容易理解和掌握刚体的角动量定理和角动量守恒定律.
　　(3)实验法
　　为了加深学生对于角动量守恒定律的理解,通过制作的f l a s h动画模拟了角动量守恒演示仪的实验情况,向学生展示了角动量守恒的演示实验,揭示了当系统满足角动量守恒时,转动惯量和转动的角速度呈反向变化的规律.另外为了增强学生的参与意识,本堂课设计了一个茹科夫斯基转椅的课堂实验,并请学生上来协助进行.学生坐在转椅上,两手持一个哑铃,旋转转椅之后让学生收拢和张开手臂,同时请其他同学观察转速变化的情况,从而进一步验证角动量守恒定律.实践证明这样的实验展示让学生对角动量守恒定律有了更为直观的感受,印象更为深刻,也更激发了他们的学习兴趣.将多媒体展示法和课堂实验展示法相比较发现,通过多媒体展示的动态演示实验可以省去携带仪器的不便,而现场的课堂实验参与性更强.
　　(4)讨论法
　　教育主体对象是学生, 如何调动学生学习的积极性和主动性是教育活动的重要过程.而讨论法是一种能充分体现学生在学习中的主体性,培养学生运用新知识分析解决有关问题的能力、训练思维的有效方法.如图所示(图1),有A、B两个飞轮,轴杆在同一中心线上,已知两个飞轮的转动惯量,A轮有初始的转速,B轮静止.C为摩擦啮合器.求两轮啮合后的转速.分析该例题之前首先让学生分组展开讨论,从讨论中所获得教学反馈信息中了解到学生对于飞轮通过摩擦啮合器互相施加的摩擦力矩是内力矩还是外力矩以及该运用角动量定理还是角动量守恒定律这两个问题普遍存在疑惑.于是在接下来的讲解中针对讨论中的疑惑进行引导分析.特别指出对于单个的飞轮,可运用角动量定理进行分析.然而如果把A、B和C作为一系统,相互作用的摩擦力矩为系统的内力矩,对于系统的总角动量的影响会互相抵消.系统满足角动量守恒,可以运用角动量守恒定律来解答.接着又让学生对于飞轮系统啮合前后的动能进行讨论分析,最后对讨论结果进行小结:在啮合过程中,系统损失了机械能,因为摩擦力矩做了功.内力矩虽然不能改变系统的总角动量,但是能改变系统中某个物体的角动量,还能改变系统总的机械能.
　　3 结语
　　总之,研究性教学是一种开放式教学,其具体办法和形式多种多样.教师一旦掌握了现代教学理念,熟悉了各种教学方法和手段,就能够根据教学内容和学生特点,对教学方法实施创新和变革,创造性地进行教学设计,恰当地运用各种有效的教学方法和手段来组织实施研究性课堂教学.