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英文名稱:Acta Mathematica Scientia
主管單位:中國科學院
主辦單位:中國科學院武漢物理與數學研究所
出版周期:雙月刊
出版地址:湖北省武漢市
語
種:中文
開
本:16開
國際刊號:1003-3998
國內刊號:42-1226/O
郵發代號:38-214
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1981
期刊收錄:
SCI 科學引文索引(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽:
聯系方式
期刊簡介
《數學物理學報》(雙月刊)創辦于1981年4月,是由中國科學院主管、中科院武漢物理與數學研究所主辦的綜合性學術刊物。
關鍵詞:物理教學;情感因素;運用
情感是人對客觀事物是否符合自已需要的態度的體驗,心理學研究表明:情感因素是影響教學質量的一個重要因素。積極豐富的情感能促進認識過程、意志過程,使個性品質得到全面發展。由于學生是學習的主體,學生的情感必然成為影響學生學習的一個極為重要的因素,所以認真研究情感因素在學生中的影響對于全面提高學生的學習和素質是一個至關重要的一個教學科研課題。現在我就針對我的教學和實踐經驗談我個人的一點見解和看法。
1.情感是學生學好物理知識的重要因素
有人曾調查了參加第一到第四屆全國中學生物理競賽決賽的學生對九門學科的學習興趣情況,其中居于前四位的是物理、數學、化學、外語,參加全國物理決賽的學生對物理感興趣的人數最多,這一結果反映出興趣(情感)在學習中的重要作用。還有人對學生的物理學習興趣進行了較廣泛的調查分析,統計結果表明:學生的物理成績與對本學科的興趣(積極的學科情感)呈高度正相關,興趣是學習動機中最活躍的部分,它使人積極主動、心情愉快、全神貫注地學習,不以學習為負擔,以學習為享受,所以人們在濃厚的興趣下所獲得的一切常會掌握得迅速而牢固。愛因斯坦認為:”對于一切來說,只有熱愛才是最好的老師,我國古代大教育家孔子也認為,知之者,不如好之者,好之者不如樂之者”,其理亦源于此。
2.消極學科情感的成因
中學生聽眾和觀眾的問卷調查,結果表明;低年級中學生最感興趣的學科是物理,教學實踐中我們也發現:剛進入初二或高一階段的學生。他們對物理課的學習還是很感興趣的,能意識到物理知識在科技、生活中的重要意義,想學好這門學科,能積極主動地投入到學習中去,但隨著學習的深人,一部分學生對物理課的學習逐漸從主動變為被動,甚至還有不少學生喪失學習物理的興趣。為什么會出現這種現象呢?究其原因并不都是學生的智力因素,而主要是教師在教學中只重視向學生傳授知識,而忽視了學生學習中積極的情感因素的培養,從而導致學生沒有建立起積極的學科情感,失去了對物理學習的信心和興趣。綜合起來有以下幾類消極情感的影響:
2.1教師的消極情感的影響
在中學物理教學過程中,物理教師對自己的工作是樂意還是厭倦,這體現了物理教師對教學工作的情感。由于教師在教學中起主導作用,教師的情感對學生具有強烈的感染作用。心理學的研究認為,當人們通過面部表情以及聲音的變化等把情感傳達到接受對象時,主體的情感便對客體產生感染作用,對客體產生影響,產生與主體相類似的感覺。而在當前的物理課堂教學中為數不少的老師或因缺乏足夠的專業思想和教學熱情,或因片面認為物理教師講授的是科學知識。只要用符合邏輯和科學的語言去說明事理就可以了,致使在課堂教學中表情麻木冷漠,講授平淡無奇,以致造成課堂氣氛壓抑、沉悶,學生則易不專心聽講,不愿回答老師的問題,對老師布置的任務馬虎敷衍,久而久之則形成對物理學科的消極情感。
2.2缺乏成功的情感體驗
心理學家曾對”人們普遍喜歡鞭炮味,而不喜歡醫院里的藥味”這一現象作過細致的研究,結果是:鞭炮多出現在喜慶日子里,給人們帶來的是愉悅的情感體驗,而醫院則往往帶給人們不愉快的體驗,這充分說明不同的情感體驗會對人們產生重要的影響。心理學的研究還認為:人有一種自我實現、承認、取得成功的愿望和需要。美國心理學家馬斯洛在《動機和人格》一書申將其列為人的五種基本需要之一。成功和失敗在學生心理上會引起不同的情感體驗,對學生學習產生不同的影響。物理是一間以實驗為基礎的學科,其概念嚴謹、推理周密,這就要求學生具有較強的抽象能力和理解能力,而學生的已有知識和能力還比較欠缺,這樣物理學對學生的知識和能力的要求與他們的已有知識和能力之間存在一定差距,一些學生在不能將老師所講知識掌握、作業頻繁出錯、提問回答不對、測驗得不到好成績時,又常會被老師一味地責備為不努力、不認學,從而使他們感到自己比別人差,產生自卑感,特別是物理學習中接連出現失敗時,便會嚴重挫傷學生學習物理的情感,加之部分老師受片面追求升學率的影響,”望生成龍”心切,教學中一味提高教學要求,更增加了學生的失敗的情感體驗,其后果是使學生對物理學產生害怕、厭惡等不正常情感。致使一些學生產生”反正學不會,干脆不學了”的想法。
2.3師生關系的影響
教師和學生構成了中學物理教學。兩個重要的方面,學生的學科情感常取決于對任課老師的喜好,古人云:”親其師,才能信其道”。如果教師課堂上對全班每個學生都抱著積極、熱情、信任態度,并在教學中讓學生感受到這種態度,當生從教師那里感受到真誠的關懷和摯愛、積極期待和希望時,他就會有一種受到信賴、鼓舞與激勵的內心情感體驗,從而從內心升騰對老師的信賴和愛戴。“愛屋及烏”,由喜歡老師而喜歡他所任教的學科,從而愉快接受教師的教誨,并努力將教誨轉化為行動,從而實現教師的期望。反之如果學生對教師的政治業務素質不滿意,或受到教師的漠不關心、過多的指責等,都可能使學生的學習情緒變壞,從而對教師產生討厭、對抗的不良情感,繼而老師一上課心里就煩,對教師所講知識也煩,甚至跟教師產生對抗,你讓這樣做我偏那樣做,學生的這種不良情感必然導致知識的傳授過程滯沮,宛如向板結成一塊的花盆中灌水,雖然上面滿溢,可是實際滲透滋潤不多。
我們曾在高一入學新生中就物理學科的學習作過調查,其中一項是:”你對原來的物理老師怎么看:”結果發現大多人學成績較好的學生都對自己原來的老師充滿摯愛和尊敬,而成績較差的不少學生則對原來的老師有厭惡、抱怨情緒。教學實踐還表明,同一班學生對班主任教師所教的學科學得好一些,這也正說明了師生的情感很大程度上影響著學生的學科情感。
3.培養學生積極的學科情感
在申學物理教學過程中,教師怎樣才能使學生養成積極的學科情感呢?
3.1熱愛本職工作,提高自身修養
言為心聲,情動于意而形于色,如果沒有對本職工作的熱愛,哪會有講課時津津樂道的熱情和笑容可擲的神情呢?又哪會獲得學生的尊敬與愛戴呢?教師應敬業為先,滿腔熱情地投人到物理教學工作中去,不斷自我完善,以飽滿的、積極向上的熱情帶領學生去探索物理世界的奧秘,這樣就會對學生學習情感產生巨大的影響。正如贊可夫所說:”如果教師本身就燃燒著對知識的渴望,學生就會迷戀于知識的獲取”。
3.2建立良好的師生情感
教師要熱愛自己的學生,關心他們的學習和成長,當學生在學習中遇到困難和挫折時,教師要耐心地幫助他們分析原因,找到解決問題的辦法,而不應過多地苛求、指責,讓每位學生都感受到老師的愛和期望。師生的情感交流是雙向的,但由于中學生心理發育尚不健全,因而教師處在主導的地位上,教師必須考慮到學生的年齡、性別的不同,群體和個體的差異,主動采用相應的感情交流途徑與方法,要正確理解”師道尊嚴”的內涵,清除盲目的”唯我獨尊”的心理,主動積極地營造融洽的師生關系。
3.3讓學生體驗成功
[關鍵詞] 物理學;研究生;數學素養;構建
中圖分類號:G623.5
數學作為工具學科,其思想、方法和知識已經滲透、貫穿于整個物理學的學習和研究過程中,為物理概念、定律的表述提供簡潔、精確的數學語言,為物理學中的抽象思維和邏輯推理提供有效的方法,為物理學中的數量分析和計算提供有力工具。物理學研究生如果不具備相應的數學素養,基本上就失去了深刻理解掌握物理知識的能力,失去了在物理學科中發展與創新的支撐。再者,近現代物理學的書寫語言幾乎都是數學,這也是物理學研究生必須具備較高數學素養的原因之一。古今科學家們都堅信,數學是表達大自然規律最好的語言,任何科學理論最終和最完美的表達方式都應該是數學方程式。愛因斯坦(Albert Einstein)就曾說過,政治是暫時的,而數學方程式是不朽的。
一、數學素養的內涵
關于數學素養,目前國內外均無一個嚴格的、統一的定義。最早出現數學素養一詞的Cockcroft報告提出數學素養包括兩個內涵:一是個人在日常生活中具有運用數學技能的能力,能夠滿足個人每天生活中的實際數學需求;二是能正確理解含有數學術語的信息[1]。國際學生評價項目(The Program for International Student Assessment,PISA)的定義則是:數學素養是一種個人能力,學生能確定并理解數學在社會中所起的作用,得出有充分根據的數學判斷和能夠有效地運用數學,是作為一個有創新精神、關心他人和有思想的公民,適應當前及未來生活所必須的數學能力[2]。而美國國家教育與科學委員會(the National Council on Education and the Disciplines,NCED)數學負責人Steen給出數學素養的幾個主要組成部分是:對數學的自信,數學文化欣賞,解釋數據,邏輯思考,做出決定,情境中的數學,數感,實踐技能,必備的知識,以及符號感。
國內的蔡上鶴先生認為,數學素養的結構是多方面的,基本的有四個:知識技能素養,邏輯思維素養,運用數學素養,以及唯物辯證素養[3]。王子興先生認為數學素養涵蓋創新意識、數學思維、數學意識、用數學的意識、理解和欣賞數學的美學價值等五個要素[4]。全先生指出,數學素養的構成要素為數學思維塊、數學方法、數學思想以及數學人文精[5]。
綜合不同觀點中對數學素養本質特性的闡釋,基本上可以得到如下的表述:數學素養是人們通過數學教育以及個體自身的實踐活動所獲得的數學知識和數學能力,形成的數學意識和數學思維,以及內化的數學審美和數學哲學等數學文化的綜合,它包含數學知識素養、數學應用素養、數學思想方法素養、數學思維素養和數學精神素養等構成要素[6]。
二、物理學研究生數學素養現狀分析
物理學研究生是物理學知識和技能的傳承者,是弘揚光大物理學科,推動物理學向前發展的主要力量。較高的數學素養對物理學研究生來說不僅是有意義的,而且是必要的。但目前我們物理學研究生的數學素養現狀還不是那么盡如人意,這主要表現在以下幾個方面:
對數學的重要性認識不足。無論物理學與數學學科之間的關系是多么密切,也無論數學工具對物理學來說是多么至關重要,但對大多數物理學研究生來說,這似乎都與他們無關。事實上,有相當一部分學生在自己的幾年研究生生活中,幾乎都呆在實驗室里埋頭苦干,基本上不接觸理論,更不用說數學知識,成果也會出,學位也能拿。這些情況都在淡化,甚至消退學生對數學重要性的認識。
數學基礎知識不扎實。絕大部分學校在研究生階段已不再設置專門的數學課程,學生的數學底子來源于本專科所學的高等數學、線性代數、以及部分數理方程和概率論與數理統計方面的知識。在本專科階段這些課程幾乎都是大班教學,教學要求普遍偏低,教學內容的針對性也不強,學生由此獲得的數學基礎知識實際上是不夠扎實牢固的。
對數學的應用不充分。現在的物理研究,特別是一些材料及技術的前沿方向,都是在利用一些大型的、復雜的、精密的儀器設備,完成一些同樣或者更加大型的、復雜的、精密的實驗,這要求研究者全神貫注于實驗方案的設計、實驗過程的操控和實驗結果的表征,而很少有暇顧及對相關物理問題的數學思考。現實情況也正是這樣,學生更多關注實驗的結果,而少有數學模型的建立,以及對物理問題本身更高層次的分析與歸納。
沒有建立起有效的數學思維。因為前面所列的幾點不足之處,最終導致學生在物理的實踐活動中不能建立起有效的數學思維。這反過來又會局限學生對物理問題的理解,封閉學生對物理問題的進一步研究和創新,阻礙學生自身的發展。或者從另一個角度來講,也會阻礙物理學的發展。
三、物理學研究生數學素養的構建
下面主要從數學素養的幾個構成要素出發,參考一些學者的研究成果,結合自身在物理學研究生數學教學中的一些感悟與體會,以及與諸多師生的交流,淺表地總結一下筆者在物理學研究生數學素養的構建方面所做的一些探索。
(一)數學知識素養的構建
數學知識素養是數學素養的本體性素養,數學素養只有在學習數學知識以及應用數學知識的過程中生成。構建物理學研究生數學知識素養的首要任務是建立知識框架,有主有次地確定知識內容。理科研究生都已被假定掌握了一定的數學基礎知識,且研究生對數學工具使用的選擇性較強,所以該階段對數學知識的學習不應再是“百日筑基”,而應是“煉精化氣”,在原有基礎上,把需要掌握的部分牢固化,需要加強的部分熟練化,以達到運用自如的目的。有幸的是筆者所在的學校對物理學研究生專門設置了數學課程,而在大多數其它高校,這個工作就只能由研究生與導師一起來完成了。接下來是提供真實情景,促進學生主動參與,有效學習。真實情景是數學素養生成的環境,杜威(John Dewey)在《我們如何思維》中指出,思維只有和實際的情景發生聯系,合符邏輯地從這些情景中求得有結果的思想,我們才會知道如何解決困難和做出判斷。在物理學中,特別是研究生階段,可供數學教學使用的真實情景,也就是實際物理問題比比皆是。如果學生確切地知道解決某個物理問題需要哪部分數學知識,便會自然地去尋求對那部分知識的理解掌握,然后用于解決該問題。如此,即可讓學生“學”會,而不是把學生“教”會。比如在學習Hermite多項式時,利用線性諧振子這個物理問題作為實際情景,要解出它的Schrodinger方程,需要學生一步步在數學上做下去,在此過程中即學會了該部分知識。
(二)數學應用素養的構建
數學應用素養是指主體在真實情境中應用數學知識和技能處理問題的能力,是最直觀地反映學生數學素養的重要方面,個體數學素養的其它方面都是通過在現實情境中對數學的應用而體現出來的。構建物理學研究生數學應用素養,第一當然是得讓學生知道,他們所學的數學知識是有用的。夸美紐斯(Johann Amos Comenius)認為,關注知識的應用是任何教學存在的價值追求之一[7]。他說:“凡是所教的都應該當作能在日常生活中應用并有一定用途的去教。也就是說,學生應當懂得,他所學的東西不是從某種烏托邦取來的,也不是從柏拉圖式的觀念借來的,而是我們身邊的事實之一,他們應當懂得適當地熟識它對生活是大有用處的。這樣一來以來,他的精力和精確性就可以得到長進”。做到這一點并不那么容易,因為大多數時候我們都是流于形式,泛泛而談地告訴學生,數學這個東西是有用的。比如講張量在力學、電磁學、光學、電動力學和相對論中都有很多應用,不如用一個實際晶體的電光效應或聲光效應來讓學生切實體會到張量的應用。第二是讓學生真正去用。筆者給學生上數學課時,給他們留作業中有一部分是特別選取的物理作業,目的就是讓學生在學習數學的過程中,也一直處于運用數學的狀態,不斷地強化數學在物理學中有用的意識,也不斷地加強學生運用數學知識解決物理問題的能力。
(三)數學思想方法素養的構建
數學思想方法素養表現為主體對數學中蘊含的科學方法和數學特有的方法的掌握和在真實情境中的應用。數學中的函數與方程、轉化與化歸、分類討論、數形結合等思想,以及分析法、綜合法、歸納法、建模法、換元法等科學方法在物理學的研究中都可以不同程度地進行借鑒和發揮,誠如馮?諾伊曼(John Von Neumann)所說,“數學處于人類智能的中心領域,數學方法滲透進支配著一切自然科學的理論分支”。培養構建物理學專業研究生數學思想方法方面的素養主要應著眼于學生對數學思想方法的體驗和應用上。教師在教學活動中時時處處注意對數學思想方法的提煉總結有助于加深學生對此的體驗,但學生對數學思想方法更高層次的體驗還是存在于體驗—應用—再體驗—再應用的循環之中。這只能是一個潛移默化的過程。如果我們一方面在數學教學活動中注意到了對思想方法的總結與強調,另一方面在物理學習和實踐活動中突出對數學思想方法的應用,即在討論問題時注意強調定義,強調問題存在的條件;觀察問題時注意抓住其中的函數關系,在局部認識基礎上進一步做出多因素的全局性考慮;認識問題時注意將一些數學概念如對偶、相關、隨機、泛涵、非線性、周期性等概念廣義化,那么,我們無形中就是在幫學生逐步構建起數學思想方法方面的素養了。
(四)數學思維素養的構建
數學的思維素養就是指學生在真實情境中,從數學的角度理解和把握面臨的真實情境并加以整理,尋找其規律的過程,也叫數學化,是數學地組織現實世界的過程。物理學家勞厄(Von Laue)用這樣一句話來總結教育的本質:教育無非是一切已學過的東西都忘掉后所剩下的東西。對于物理學研究生的數學教育來講,如果學生在把學過的某些具體的數學知識、公式定理等都忘了之后,任然能利用他們在數學方面“所剩下的東西”,順利地處理物理學中的相關數學問題,那么我們的數學教育就可以認為是成功的。學生在數學教育中所獲得的那些能夠“剩下”的東西,無疑就是數學的思維。構建物理學研究生數學思維素養的有效途徑之一是培養并不斷強化學生的數學建模能力。把物理問題數學化的過程能同時培養學生的數學知識素養、應用素養、思想方法素養及思維素養,對學生的數學思維素養構建尤其有效。在物理學研究生的數學課中,把數學知識模塊化、專題化,然后對每一模塊的知識選擇合適的物理問題,創設真實情景,讓學生討論建立具體數學模型,這樣的教學方式收到了較好的效果。
(五)數學精神素養的構建
數學精神素養是指學生在真實情境中表現出來從數學的角度求真、質疑、求美和創新的特征。雅斯貝爾斯(Karl Theodor Jaspers)在《什么是教育》中指出:教育過程首先是一個精神成長的過程,然后才成為科學獲知過程的一部分。數學精神素養是數學素養中的最高層次,但同時也是數學教育中最容易被忽視的部分。與物理學一樣,數學精神的主體包含了求真、實證、懷疑、批判、創新等一般性科學精神,以及自由、自覺、超越等一般性人文精神。同時,數學精神也蘊涵其豐富的特質,如日本數學家米三國藏所認為的應用化精神、擴張化和一般化精神、組織化和系統化精神、研究精神、發明精神、建設精神、嚴密化精神等。這些精神都沉淀在數學史、數學哲學及數學本身之中,對物理學研究生來說,指導他們去閱讀,鼓勵他們去了解,建議他們去體驗,可以一定程度地使學生從這些寶貴的精神財富中受益,構建起一些基本的數學精神方面的素養。
總的來講,對物理學研究生數學素養的構建,要把握好數學素養生成的基礎,即主體已有的數學經驗,也就是物理學研究生本身已有的數學底子,并結合物理專業特點。在數學知識素養構建方面注意知識的針對性,引入物理問題進行數學情景教學;在數學應用素養構建方面注意實用性,通過解決實際物理問題進行強化;在數學思想方法素養構建中注意提煉總結,經由體驗—應用—再體驗—再應用的反復循環來升華;在數學思維素養構建方面創設真實物理情景,利用數學建模活動逐步實現;在數學精神素養構建方面,通過學習了解數學史、數學哲學等方式達到。
參考文獻:
[1] The Cockcroft Report http://.uk/documents/cockcroft
[2]黃慧娟,王 晞.PISA數學素養的界定與測評[J].上海教育科研,2003,(l2):59-61.
[3]蔡上鶴.談談數學素養.人民教育[J],1994,(10):38-39.
[4]王子興.論數學素養.數學通報[J],2002,(1):6-9.
[5]全.數學素養構成要素探析.中國教育學刊[J],2002,(5):49-51.
【關鍵詞】數學物理方程;偏微分方程;實踐教學;教學效果
一、引言
“數學物理方程”是數學專業,特別是應用數學專業學生的一門重要的應用基礎課程,是一門實踐性很強的課程.它以具有物理背景的偏微分方程作為研究的主要對象,著重于培養學生運用數學基礎理論和方法解決實際問題的能力,是純粹數學的許多分支和自然科學各部分及工程技術領域之間的一座重要的橋梁.本課程的教學目的,是使學生了解建立數學模型和利用所建立的數學模型解決實際問題的一般過程和步驟,掌握求解偏微分方程定解問題的幾種常用方法,會對具體問題或所得結論做一些簡單的定性分析,畝提高學生分析問題和解決實際問題的能力.因此,學好這一學科是十分重要的.
二、教學現狀
當前,在國家推進大眾化高等教育的總體形勢下,高等教育已由精英教育轉為大眾教育,生源質量有所下滑,學生自身能力、個人素養與社會職業需求形成較大差距.面對全新的教育對象,傳統教學模式存在諸多問題:
1.教學過程單向性.在整個教學過程中,通常教學方式仍然是滿堂灌,教師緊趕慢趕按照教學大綱講完內容,基本就沒有讓學生發揮的時間和空間.
2.教學手段單一.由于“數學物理方程”理論性較強,計算量較大,教師往往只注重講授,而沒有采取多樣的教學手段來激發學生的學習興趣、調動學生學習的主動性.
3.課程本身重點、難點較多,學生難以掌握,易失去學習興趣.本課程中的計算量較大,教師在授課時往往偏重計算而忽略了其中的數學思想,使得學生學習該課程比較吃力,聽課學生較少,效果不佳.
4.部分內容缺少針對性.許多教材由于編寫時間較久,部分內容較為寬泛而缺少針對性.
三、改善方法
鑒于現有教學條件的限制,全面開展討論班教學方式基本不現實,但可以適當縮減教師的授課時間,增加學生自主學習、提問、討論的時間以達到教學相長的目的.針對“數學物理方程”這門課的特點,提高課程教學質量,促進學生的自主學習,我們擬主要從以下幾個方面探討“數學物理方程”的教與學.
1.就教學內容來說,突出數學模型的建立、物理意義、數學基本原理和方法.
在研究一些物理問題時,我們不妨先從簡單問題入手,抓住貫穿其中的數學思想和方法,然后將復雜問題轉化成簡單問題求解.如,在講解無界區域的弦振動問題時,我們從一維問題入手,引入適當的變量變換,將方程轉化為簡單方程求解;對于高維問題,我們采取類似的思想,將問題轉化為一維問題再求解.在求解過程中,盡量突出和體現化繁為簡的思想,讓學生看到抽象的數學思想在解決實際問題中的作用,從而產生一定的學習興趣.如,在講解穩態方程解的唯一性時,除了采用教材上介紹的極值原理之外,教師可適當引入變分方法,簡單介紹無約束變分的思想方法,利于學生進一步學習相關的理論知識.
2.就教學手段和方法來說,適當調整和采用不同的教學方法,增加實踐教學環節,注重數學理論與工程應用相結合.教師在授課時除了采用講授法,還可以結合啟發式、探究式、討論式、參與式教學方法.例如,在熟練掌握求解弦振動方程初邊值問題的分離變量法之后,教師給學生布置課外作業:以幾名學生為小組,討論如何利用分離變量法的思想,求解熱傳導方程初邊值問題,并在后繼課堂上隨機抽取學生到講臺上講解.在學生講解過程中,教師應給予適當的鼓勵和引導,并指出、分析所出現的問題,使學生真正掌握所學知識.
3.就學生的學習來說,在打下扎實的計算基礎上,注重分析問題的數學思想,掌握數學問題解決的方法,并能運用所學知識解決實際問題.學習“數學物理方程”,最重要的一點是要能從整體上把握我們要學習的內容和方法,從整體層面上掌握知識的脈絡.同時,該課程中有大量的基本數學計算,學生應理解和掌握細節的推導,進一步領略“數學物理方程”這門課程的獨特魅力――通過計算揭示許多沒有很強,甚至沒有直觀的問題的本質.
4.提供優質教學資源,改革考核方式.教師在授課前,需要做好充分的準備,不僅對教學內容能夠熟練地把握,還要對學生有充分的了解,針對不同的學生層次提供不同的學習資源,包括授課課件、補充材料、適當的參考資料等.在考核上,除了基本的期末考試之外,教師可以鼓勵學生及時總結學習心得和成果,利用自己所學的知識提出問題、建立數學模型進而解決問題,或者引導和鼓勵學生進一步學習相關知識、寫相關的小論文等.
四、小結
本文通過廣泛深入的調研、討論、學習,分析當前教學存在的若干問題,提出本課程的實踐教學改革方案.希望通過該課程的教學改革,提高學生自主學習、理論聯系實際、分析和解決問題的能力,促進學生綜合素質的全面發展,對提高課程的教學效果與教學質量具有重要意義.
【參考文獻】
例1 求證三角形三條中線交于一點,這點稱為三角形的重心.
解: 用幾何方法證明起來相當麻煩,若改用物理學的重心原理解答起來就簡便地多.
如圖:在A、B、C三點各放一單位質量的物體,利用杠桿原理可知B、C兩點的重心在D點,即BC的中點,其質量視為2,用D(2)表示.A(1)和D(2)的重心在G點,且GD=AD、GA=AD,同理可得B(1)、E(2)的重心也在G點,C(1)、F(2)的重心也在G點,由于物體的重心唯一,故三角形ABC的重心在G點.
例2 如圖,在筆直的公路L一旁座落A、B兩工廠,問在公路L的哪里建一座貨站最合理.
解:顯然這是一個求極值問題.
(1)用幾何方法證:設在L上有一點R,要使AR+BR最短,可用軸對稱法,做點A關于L的對稱點A′,連結A′B交L于R,點R即所求.若在R外任一點P,則PB+PA′>BA′,即PB+PA>AR+BR.
(2)用物理法證
我們知道光總是沿最短路徑行進,做一個物理模型實驗:
設想L是一平面鏡,如圖:在B處發射一束平行光,在L上掃描,當反射光經過A點時,這時L上的反射點R即所求.因為光總是沿最短路徑行進.
將上述問題進行拓展
拓展1
當L是一條如圖所示的曲線時,怎樣選取貨站R最合理?
該問題用數學方法直接解相當困難,但用上述物理實驗
模擬,則問題迎刃而解.
拓展2
如果A廠有70部汽車,B廠有50部汽車,在彎曲公路L上,貨站R建在哪里最合理?
用以上方法都很難解答,我們聯想物理平衡態公理.即:獨立體系最終總是趨于能量盡可能低的穩定狀態,而永遠不能自動地離開它。該平衡是唯一的,也即勢能最小
原理.