化工專業的大學物理教學淺議

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[摘要]針對在化工專業中大學物理課程教學常遇到的問題，根據化工專業的特點以及專業發展的需求，本文探討從大學物理課程與化工專業課程的關聯、物理在化工中的應用以及在生活中的應用著手，結合問題和啟發互動進行教學的方法。課堂實踐表明該教學方法能激發學生對物理課程的興趣、提高對物理課程的重視程度和調動學生學習積極性，塑造學生們在應用中發現問題、分析問題并解決問題的能力。

[關鍵詞]物理教學；化工專業；課程關聯；生產和生活應用；教學效果

物理學是自然界的一門基礎的自然學科，研究物質最一般的運動規律、物質基本結構以及物質的相互作用。物理學的研究對象非常廣泛，空間尺度和時間尺度的跨度都非常大。在物理學、數學、化學、生物等基礎學科的發展上，技術飛速發展，促進社會進步，給人類生活帶來方便。化學工程是在這幾門基礎科學上發展起來的，在工業社會中有著舉足輕重的地位，進一步推動工業和社會的發展，保證人類的生存并不斷提高人類的生活質量，人類生活的各個方面、社會發展的各種需要都與化工息息相關。化工專業是本校的重點專業，大學物理課程是化工專業基礎課程，可大學物理課程在化工專業中的教學中遇到不少問題，下面針對這些問題展開教學探討。

1大學物理教學中普遍存在的問題

1.1不重視公共課程

大學物理課程是公共課程。很多學生有個錯誤的思想，認為只有專業課學了才有作用，而公共課是沒有作用的，所以很多學生不重視物理課程，甚至有的學生是放棄物理課程。課前不預習，上課時也不專心聽課，課后不愿意去認真做作業和練習。這樣，有一個環節沒掌握好，由于物理知識的邏輯性非常強，導致后面的學習就更困難了。

1.2由于數學基礎而產生抵觸心理

有的學生在學習高等數學時，沒有認識到高等數學在化工專業各門課程及大學物理課程中的重要性，對公式的推導過程以及意義沒有深刻的理解，以為學習高等數學就是會運用公式，機械的計算就可以了。這樣，就很難靈活地運用高數知識來解決物理問題。而且，物理課程有大量的公式，通過公式說明本質，通過運算公式解決物理問題，這也需要較強的分析能力和理解能力。所以學生就覺得物理很難、很枯燥，從而產生抵觸心理。

1.3中學物理學習對大學物理學習的影響

從中學開始學習物理課程起，學生學習已有5年時間，相比較大學物理課程，中學物理內容少、簡單，學習的是特殊條件的簡單現象，教材直接給出相關物理公式，往往沒有公式來源的推導過程，學生只需要套用公式就可以求解問題。對于簡單的一個知識點，進行反復多次的強化訓練，所以，高中所學習的公式、解題方法已給學生深刻的烙印，分析問題的思維方式很難改變。而大學物理學習的是普遍現象，但一些學生遇到相同的物理概念，即使條件不同，也會拿出中學的公式來處理問題。大學的課本知識量大、上課的內容多，學習的是普遍條件、復雜的現象，學生很難適應新的解決問題的方法、很難運用新學的知識去解決問題，這樣也會對大學物理產生排斥心理。

2教學探討

教師在大學物理課程教學過程存在很多困難，要努力找出有效的辦法解決。讓學生認識到大學物理課程的重要性，消除抵觸心理，產生興趣，有學習的內動力，接受新的學習方法。經過研究大學物理課程和化工專業的特點、開設的專業課程和化工專業學生的發展方向，對化工專業的大學物理課程教學從以下幾個方向著手進行教學，以提高學生對大學物理的重視程度和興趣，以達到更好的教學效果。

2.1比較大學物理與化工專業課程的關聯

大學物理課程開設于化工專業的各門專業課程之前，對化工的幾門專業課程起到不可缺少的基礎支撐作用。大學物理學和化工專業的幾門專業課程物理化學、化工熱力學、化工原理的關聯非常大。大學物理課程和化工主干專業課程教材的特點和重點不同，所以教材的編寫區別也比較大。大學物理是先發現問題，然后如何去解決這個問題，逐步引出新的概念、公式、原理、定理、定律，再進行應用舉例，是由普遍到特殊的一個過程。而化工專業課程是直接給出概念、公式、定理、定律，且直接應用到某個具體問題中。可見，如果有了大學物理課程的基礎作支撐，學習化工專業課程時就能更好地應用[1]。物理學主要分為力學、熱學、電磁學、光學與近代物理學幾部分，和化工主干課程最密切相關的是熱學部分。理想氣體狀態方程、幾個變化過程、熱力學第一定律、熱力學第二定律等等內容都出現在大學物理課程和物理化學課程中。而力學是物理學最基礎的部分，在后面學習的熱學中壓強、溫度等宏觀定義，要用到力學的牛頓運動定律和動量定理等知識并從微觀角度進行解釋及公式推導。學習了物理學中電磁學中的電勢梯度，就很容易理解化工專業課程中的溫度梯度。物理學中的流體力學是化工原理中的流體流動和輸送設備部分內容的基礎。化工專業課程中有大量的微分、積分運算，大學物理課程中的微分、積分運用能為專業課程的運用打下基礎。這些都說明，大學物理課程對化工專業課程的重要的基礎支撐作用。在講授大學物理緒論課時，通過列表概述與化工專業課程相關聯的內容，首先能引起學生對大學物理課程的重視。每講到有相關聯的內容時，課堂開始時都作出對比，這樣這堂課更能引起學生的重視，更加調動學生的學習積極性，以達到更好的學習效果。

2.2講授物理在化工中的應用

化工專業的學生畢業之后大部分要從事和相關的生產工作。物理學原理在化工生產中有著廣泛的廣泛，將物理知識在實際生產的實例引入課堂，講述和分析物理原理知識在化工生產中的應用，開闊學生的眼界，有助于學生真正理解物理基礎知識，讓學生真正體會到物理是工業生產的理論基礎，而提高學生對物理的重視程度。講授電容及電容率時，引進電容法檢測混油界面。同時介紹電容法的優缺點，電容法操作方法簡單，成本較低的優點。但是電容法檢測容易受到環境溫度的影響，檢測準確度也比較低，因此電容法的使用并不廣泛[2]。油品檢測用到很多物理檢測方法，這些檢測方法涉及到有物理學中的電磁學原理、光學原理等等。例如在講授光學的反射、折射以及折射率時，介紹光學法檢測成品油管道輸送中混油的界面,并且介紹這種方法靈敏度較高，讓學生認識到光學檢測法的優勢[2]。光學檢測在油品檢測中應用非常廣泛，在拓展光學知識的應用中，講授光的散射和光的吸收，來檢測污水油分與懸浮物[3]。光譜是物理學的重點內容，而光譜和光譜儀的應用非常廣泛，例如可檢測油的成分及油中氣體[4]等等。

2.3理論聯系生活

在講課時理論聯系實際，把與物理知識相關的日常生活用于融進課堂中，讓學生體會到物理的重要性和實用性，能增強課堂的趣味性，引起學生的濃厚興趣，也由此讓學生逐漸學會用物理知識去解決生活中的問題，做到學以致用，提高解決問題的能力。2.3.1路面的應用。大學物理課程的第一章是質點運動學，幾乎所有的教材都是理論計算，很容易給學生造成一種物理學枯燥無味和跟專業無關的一種錯覺。通過講授向心加速度時就可以改變這種情況。講授向心加速度時，以車輛需要的向心力為例。向心加速度大小an計算公式為：2nvaR向心力為：Fn=man2式中v為速率，R為圓周運動的曲率半徑，也就是道路轉彎半徑。取小汽車質量為m=1500kg，混凝土路面、瀝青路面，不同的瀝青路面，摩擦系數有所不同，現為討論問題方便，取靜摩擦系數μ=0.7，因此地面能提供給小汽車的最大靜摩擦力約為F=μN=μmg=0.7×1500×9.8=10290N取R=25m，當速率為不同的值時，求出所需向心力，如表1。由表中數據可得，當小汽車速率為45km/h時，地面能提供小汽車需要的摩擦力，小汽車能順利轉彎，當小汽車速度達50km/h時，地面不能提供小汽車需要的摩擦力，小汽車就會偏離原來軌道等危險情況發生。所以，汽車在轉彎時要減速，以保安全。近年來我國車流量的擴大，路面承受的壓力也越來越大，再考慮到車速，地面而需要的摩擦力等多種因素，假設使用的是瀝青路面，這就要運用到化工專業知識對瀝青路面材料進行研究和分析，以提高瀝青性能，以達到不同的技術指標。這讓學生認識到運動學和化工專業的關系，提高對物理的重視程度。講述完此例子，提出問題：是否乘坐過汽車上高速路？高速路的車速是60~120km。一般情況下都會100km左右，轉彎時，汽車有沒有減速到城市道路轉彎時需要的低速？有沒有觀察過高速路轉彎的路面左右兩邊的高度是否和直線路面一樣？引導學生根據轉彎需要向心力的角度出發去思考解決此問題，也以此引導學生要觀察生活，提高學生的綜合素質。2.3.2結合“啟發式”教學方法講應用。學生是學習的主體，在學習物理的應用的同時，運用“啟發式”教學，引導學生主動學習。對新學習的內容，通過提問、啟發、引導的過程進行學習。提問問題，激發學生對物理課程知識的好奇心，引起了學生的注意力，調動學生學習的主動性和積極性。啟發思考，激發學生的發散思維，拓展學生的思考空間。引導學生由表及里、由淺入深地思考，讓學生掌握重要的知識點并能將所學的知識融會貫通，培養學生的分析能力和解決問題的能力[5]。2.3.2.1阻尼振動的應用講授阻尼振動時，教學設計流程如圖1。截取了阻尼器實驗中的視頻的圖像，有阻尼器和沒阻尼器的架子最初擺動角度是相同的，僅10秒左右，有阻尼器的架子擺動角度明顯減小了，而沒有阻尼器的架子的擺動角度還是很大，如圖2。再經過一段時間，有阻尼器的架子不再擺動，而沒有阻尼器的架子的還在作比較大角度的擺動。此運用不僅讓學生學習到了知識，學生也認識到物理與生活密切關系和物理的重要影響，對物理產生興趣、有學習物理的好奇心和內動力，由此知識的學習，知識面開闊了，思維開闊了，也慢慢地學習全面思考問題。任何事物都是有兩面性的，都有好與壞的方面，教育學生不能只片面地看待問題，要全面地看待問題。人類從大自然中，從自然科學現象中的到很大的收獲，而將此收獲運用于、造福于人類。2.3.2.2力矩的應用以力矩為例，如圖3，搬動重物時，提出問題：哪些姿勢正確的[6]？此處涉及到生物知識，根據課程和學生專業，只分析搬重物時人的腰部受到的力的平均效果。顯然，根據力矩定義進行分析，左二圖重物靠在腹部，重物對脊柱的力矩就會減小到最小的程度，對腰部造成的傷害是最小的。這個例子把理論知識和生活密切聯系起來，對力矩的理解也能更加深刻，也鼓勵到學生在生活中多思考、多觀察，多運用理論知識去解決生活問題。

3總結

在化工專業的大學物理教學中，緊密聯系本專業特點，針對大學物理教學常遇到的問題，對比大學物理課程與化工幾門專業課程的關聯度、把物理知識在化工中的應用引進到課堂，提高對物理課程的重視程度、激發學生學習的內動力。并且理論聯系實際，講授結合物理知識在生活中的應用，同時結合提出、啟發思考、引導解決，激發學生對物理課程的學習興趣，調動學生學習積極性，訓練學生們在應用中發現問題、分析問題并解決問題的能力。學生對物理知識的理解更深刻，掌握更牢固，同時提高學生的觀察能力和綜合素質。

作者:何穎君 單位:廣東石油化工學院