注重基础物理课程与专业学科间的衔接 ——大学物理教学设计之五

注重基础物理课程与专业学科间的衔接——大学物理教学设计之五

赵跃英王祖源

(同济大学物理系,上海200092)

(收稿日期:20100518)

摘要在物理教学中,以物理学的基本知识点为基础,结合专业知识适当加强其纵向拓展与 横向联系,加强不同学科间的相互渗透,一方面有利于学生对基础知识的融会贯通,另

一方面在强化基本概念的同时,也可以使学生对基础学科产生新的认识,提高学生的学习积极性.

关键词物理教学;专业学科;综合素质物理学是研究物质结构及物质运动基本规律的学科,其基本理论和方法,渗透于自然科学的各个领域,物理学中每一项科学的发现都成为了新技术发明或生产方法改进的基础;另一方面,科学技术和生产力的发展又有力地促进了物理学研究的发展,出现了一系列边缘交叉学科.研究表明,20世纪以来重大的科学技术发明项目中绝大多数都与物理学的发展或物理学科与其他学科间的相互渗透有关.

因此,在工科物理教学中,我们在强调物理学自身方法及规律的同时,应注重物理学与专业学科间的衔接,以物理学的基本知识点为基础,结合专业知识适当加强其纵向拓展与横向联系,加强不同学科间的相互渗透,努力培养具有综合能力的21世纪复合型人才.

1寻找适当契点将基本理论向专业学科纵向拓展

在工科教学中,物理学的研究内容决定了它作为一门基础课不仅使学生获得系统、扎实的基础科学技术,更重要的是培养他们的科学思维方法,训练他们在工程应用中善于创新的能力.物理学的每个知识点都是不同专业学科的基础和出发点,因此,有意识地寻找适当的契点,在与学生专业相关的内容上进行拓展,不仅可以加强学生对基础学科与专业学科间相关性的认识,同时可以提高学生的学习兴趣,进一步提升基础学科在工科教学中的地位.

例如对汽车专业的学生来说,可以与汽车原

理、性能结合,如汽车动力系统可以是燃油的,也可以是电动的或混合型的,传统的燃油发动机主要涉及能量转换及热力学定律,而电动汽车分为纯电池驱动电动汽车(BEV,简称纯电动汽车)、混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池汽车(FCV)三种,电动汽车原理的涉及面较广,除了涉及电磁理论中的各个知识点外,还随着电池或燃料类型的不同涉及了新材料、新能源的开发及应用.

再如关于汽车性能,风洞实验的基本出发点就是运动的相对性,轮胎与道路噪声测试实验主要是研究波源及其传播;汽车废气排放实验则与热机循环的原理相关,另外还有消声室实验等. 同样,对自动化专业的学生来说,物理型传感器的原理是一个很好的结合点.各种不同类型传感器的基本原理可以涉及力、声、光、电、磁、热以及原子物理等几乎所有的物理学基本内容.实际上,能够完成两种物理量之间的变换或转换,都符合传感器的定义范围.例如,电阻传感器有应变电阻电位计实现力学量与电信号之间的转换,热电阻传感器实现热学量与电信号之间的转换,还有电感传感器、电容传感器、超声传感器、射线传感器、涡流传感器、磁电传感器、热电传感器、压电传感器、光电(包括光电式、激光、红外、光栅、光导纤维)传感器、谐振(包括振弦、振片、振筒)传感器、霍尔传感器、微波传感器等.这些传感器可以用来进行光、热、电、力学量、机械量之间的转换,其基本出发点都是物理学中压电效应、热电效应、光电效应、霍尔效应、电磁感应、光声效应等基本原理.

遥感技术是电磁学和光学与海洋地质、地球物理等专业的结合点.遥感技术是在物理学的基 7

物理与工程Vol.20No.42010

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础上发展起来的,其中广义遥感包括磁力、重力等地球物理场的测量,还包括探测地震波、声波等弹性波的方法,而狭义的遥感则是指以电磁波理论为基础的测量方法,包含了许许多多的物理学基本原理,不仅可以与不同波长的电磁波的传播、吸收及反射等基本性能有关,也可以与光的干涉、透镜分辨率以及黑体辐射等知识点相联系.2从基本理论出发加强不同学科间的横向联系随着科学技术的不断发展,不同学科之间不断渗透、综合,学科间的界限正在趋于模糊,爆炸式的知识含量、交叉性的学科结构已成为现代科技发展的一大特征.因此,狭窄的专业教育模式将不再满足人才培养的需求,强调学科间的联系,培养提高学生融会贯通及自我完善的能力是基础学科教育的一个重要内容.

以振动与波为例,从机械波传播的基本原理出发,通过对室内声环境设计中相关因素的处理方法的介绍,强调建筑声学、土木工程、环境工程、电声以及计算机等诸多专业间的相互联系及协调合作.例如,一个音乐厅音质的设计,首先相关的是外部噪声、振动影响的隔离以及内部声波反射的效果设计,在土木建筑设计时就要考虑避免声聚焦、加强有用的反射声等问题,其基本出发点都是波的传播、反射直至干涉特性.另外,室内通风设计、电声设计、计算机模拟设计以及完工后的测试和调整等环节都不是孤立的,各门学科之间需要相互理解、积极配合.隔行如隔山,同时掌握不同学科的专业知识对一个大学本科生来说是不现实的,因此通过基本物理学理论,加强各学科间的联系也应该是基础课教学的目的之一.

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