大学物理研究型教学习题环节的研究和实践.pdfVIP

2007年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集 7l 大学物理研究型教学习题环节的研究与实践 陶 丽 (北京建筑工程学院物理系，’北京) 摘要本文举例说明在大学物理研究型教学的过程中如何通过习题环节培养学生 的创新能力和科学素质． 关键词研究型教学；习题环节；创新能力；科学素质 研究型教学(research—based teaching)是当代教学改革的前沿课题之一，它的重要意义在于 使学生能够进行研究型学习(research—based learning)——以研究问题的方式学习．它是一种全新 的教育思想、教育观念，它以培养学生的创新意识、创新能力和科学素质为主要目标，强调学 生应形成主动探究式的学习方式，放弃被动、机械、重复式的学习方式．在整个学习过程中，学 生自己提出某一个课题，然后自行设计和实施，因此学生始终处于学习的主动地位． 大学物理研究型教学的具体实施方法有很多，如写小论文，小组讨论以及习题等等．其中 习题是研究型教学的一个很重要的环节，然而它与传统教学模式的习题环节有很大不同．传统 教学中的习题都有确定的标准答案，学生追求的是解题的数量、速度以及准确度，这固然可 以训练学生熟练运用概念和定理的能力，但对培养学生的创新思维能力却形成阻碍，甚至会 使他们养成依赖标准答案的心理，一旦没有标准答案，往往就不敢确定自己正确与否了．实际 上，物理概念、物理定律和物理定理只在一定条件下才成立，并且会在新的条件下不断更新 和发展．所以在研究型教学的习题环节中，必须培养学生追求物理问题本质的能力，教师要对 所探究的问题设置拓展性思考，引导学生一步步逼近问题的真相，这种探究的过程可以极大 地培养学生的创新能力和科学素质．下面通过一个有趣的问题来说明研究型教学过程中习题 环节的特点． 问题如图1，体操运动员在单杠上做环绕运动，运动员的质量为m，其质心与单杠的 距离为，，．运动员相对于其质心和单杠的转动惯量分别为乇和，，重力加速度为窖．假设初角 力尺大概是多少(实测值为3．3mg)? 学生的思维过程和计算结果如下： ①如图2，首先近似地把运动员看作一个刚性杆，把单杠看作是光滑且无弹性的，根据 能量守恒定律，重力做功等于转动动能增量． mgX2r=五1tog—i1，簖． 其中，，=10+mr2(平行轴定理) ：! 型塑!兰全望壅竺兰壁塑矍茔型堡堡墼宣兰查竺堕窒堡壅叁 所以．砰=靠+I竺譬 J^Ⅷ n，得m=58tads 1 再由牛顿第二定律： R—mg=mr砰f r砰为质心的向心加速度’ 3)=53(mg)．此即根据计算结果启发学生的思 R2州g+删r奸=mg【1+等)=mg(1+4 维：为什么结果都比蜜测值大昵?是否该把条件想得更现实些? 雾 巨1 图2 ②接下来，如图3．仍然近似地把单杠看作是光楷的，但是实际研究表明，直径为28ram 的钢质单杠在运动员运动到其正下方时．单杠的形变达到Olm．因此必须考虑单杠的弹性 势能 篓 圈3 登4 运动员在单杠的正上方对，％=0rads，R=，略，单杠与彤变前的位置的距离为正 运动员运动到单杠的正下方时．单杠与形变前的位置的距离为吐，所以 R…mg(r+d：)《 应变能=平均作用力×距离=i[2脚g+，”fr+d：)耐jfd!一吐) 由能量守恒定律，重力做功等于动能增量与应变能之和：