在大學(xué)物理課程中課件

1、 在大學(xué)物理課程中 恢復(fù)和建設(shè)討論課的嘗試清華大學(xué) 物理系 陳惟蓉2003.81 在大學(xué)物理課程中清華大學(xué) 物理系歷史的回顧“恢復(fù)和建設(shè)”的由來(lái) 自50年代以來(lái)，清華大學(xué)的大學(xué)物理課程一直配設(shè)有一定學(xué)時(shí)比例的習(xí)題課，以自然班為單位，由輔導(dǎo)教師負(fù)責(zé)進(jìn)行。并且在80年代逐漸從單純由教師講解過(guò)渡到師生共同討論。后來(lái)由于青年教師的嚴(yán)重缺乏，90年代初被迫改為200人左右的大班習(xí)題課，討論的形式也隨之終止。 21世紀(jì)初，學(xué)校提出新的人才培養(yǎng)方案，大學(xué)物理被確定為 校首批精品課建設(shè)課程之一，在此形勢(shì)下，恢復(fù)和建設(shè)討論課的任務(wù)提到議事日程上來(lái)。 自2002秋季學(xué)期開(kāi)始在非物理類一個(gè)大班（7小班）和物理類（3

2、小班）開(kāi)始討論課試點(diǎn)。新形勢(shì)、新情況、新問(wèn)題2歷史的回顧“恢復(fù)和建設(shè)”的由來(lái) 自50年代以來(lái)討論課的目標(biāo)定位和組織原則 新形勢(shì)：新的人才培養(yǎng)方案要求更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、終生獲取知識(shí)、產(chǎn)生知識(shí)的能力上。 課程建設(shè)必須以實(shí)現(xiàn)此培養(yǎng)目標(biāo)為方針。海森堡：“科學(xué)植根于討論之中”課程上：針對(duì)物理課概念性強(qiáng)的特點(diǎn)， 在討論中加深對(duì)課程內(nèi)容的理解 和基本方法的掌握； 恢復(fù)和建設(shè)討論課是大學(xué)物理課程進(jìn)行精品課建設(shè)的重要舉措之一。 學(xué)風(fēng)上：形成“勤于思考，樂(lè)于探討”的學(xué)術(shù)氛圍。3討論課的目標(biāo)定位和組織原則 新形勢(shì)：新的人才培養(yǎng)地位：是整個(gè)課程的不可缺少的重要一環(huán)； 是對(duì)大課

3、的輔助與配合。任務(wù)：幫助學(xué)生理解基本概念、規(guī)律； 掌握基本方法； 開(kāi)闊思路，鼓勵(lì)創(chuàng)新，訓(xùn)練辯才。方式：以討論為主，師生互動(dòng)； 要求學(xué)生“動(dòng)腦、動(dòng)手、動(dòng)口” 題目課前到手，師生有備而來(lái)。 討論圍繞教學(xué)重點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)疑點(diǎn)、難點(diǎn)展開(kāi)。規(guī)模：規(guī)模要小，以15人左右一班為宜， 以保證討論普遍進(jìn)行。按照新形勢(shì)的指導(dǎo)思想，確定了下述建設(shè)原則：4地位：是整個(gè)課程的不可缺少的重要一環(huán)；任務(wù)：幫助學(xué)生理解討論課教師隊(duì)伍的建設(shè)新情況：目前討論課的輔導(dǎo)教師幾乎全部由物理系 研究生助教擔(dān)任。 研究生助教的優(yōu)勢(shì)是與學(xué)生容易溝通，但一缺乏教學(xué)經(jīng)驗(yàn)；二尚有學(xué)習(xí)研究任務(wù)，不可能全身心投入教學(xué)。 新情況下上好討論課的關(guān)鍵在于抓好

4、輔導(dǎo)教師隊(duì)伍，保證教學(xué)思想的貫徹。明確思想：做到兩個(gè)明確2)明確討論課教師的作用是“引導(dǎo)”而不是“代替”。1)明確討論課的任務(wù)。 “重要的不在于結(jié)果而在討論的過(guò)程本身！5討論課教師隊(duì)伍的建設(shè)新情況：目前討論課的輔導(dǎo)教師幾乎全部由物 確定教學(xué)內(nèi)容和選題 每課必須有明確的教學(xué)要求，精選討論題目。 整套討論題盡力做到具有“基礎(chǔ)性、針對(duì)性、 啟發(fā)性”（選題舉例見(jiàn)附件）?，F(xiàn)階段選題由主講教師負(fù)責(zé)，大統(tǒng)一，小“自由” 個(gè)人與集體相結(jié)合 每課各人事先準(zhǔn)備教案； 課前集體備課解題；題目中體現(xiàn)的 概念和方法；學(xué)生容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤。認(rèn)真組織備課：助教除組織討論課外必須聽(tīng)大課；主講教師聽(tīng)討論課。雙方及時(shí)交流。注意配合

5、與督查6 確定教學(xué)內(nèi)容和選題 每課必須有明確的教學(xué)要求，精選討論題 以自然班為基礎(chǔ)，15人一班為限（一分為二或合二為一），自愿報(bào)名。 上課周次在教學(xué)日歷中確定，具體時(shí)間待分班確定后，由任課教師和學(xué)生共同商定。1. 課程安排 一律用課外學(xué)時(shí)： 每次課2學(xué)時(shí)。 B(1)學(xué)期共6次（力3，電3 ）； B(2)學(xué)期共4次（熱、波、光、量子各1次）討論課的具體實(shí)施2.學(xué)生分班與排課：3.討論課的全過(guò)程題目課前到手；課后公布參考解答7 以自然班為基礎(chǔ)，15人一班為限（一分為二或合二為一）效果、問(wèn)題與發(fā)展 效果 盡管是自愿報(bào)名，而且占用課外學(xué)時(shí)，但學(xué)生 報(bào)名踴躍，除個(gè)別情況外，幾乎全部學(xué)生參加了 全部討論課

6、。普遍反映有收獲。 有的討論班，學(xué)生課前認(rèn)真準(zhǔn)備，課堂討論十分熱烈。甚至在下課之后還不肯離開(kāi)，繼續(xù)討論。 從執(zhí)行兩個(gè)學(xué)期的情況看，討論課的確起到了調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的作用，總的效果良好。 8效果、問(wèn)題與發(fā)展 效果 盡管是自 從討論課的發(fā)展和推廣看：（2003春學(xué)期開(kāi)始已有責(zé)任教授負(fù)責(zé)主持）1）要進(jìn)一步提高討論課質(zhì)量，必須要有專職教師、 教授直接參與和主持轉(zhuǎn)變觀念（從領(lǐng)導(dǎo)到教師“水平的高與低”）；國(guó)外經(jīng)驗(yàn)（教授，甚至知名教授乘擔(dān)討論課）2）要在整個(gè)大學(xué)物理課程開(kāi)設(shè)討論課面臨兩大問(wèn)題 眾多的TA的教學(xué)質(zhì)量管理； 大批小班（一屆200多班）的排課與組織 探求新的教學(xué)組織模式。例如：分層次，按類設(shè)班；

7、定時(shí)定點(diǎn)，學(xué)生限額選課好處多，困難大！9 從討論課的發(fā)展和推廣看：（2003春學(xué)期開(kāi)始已有責(zé)任教 習(xí)題討論課(二)守恒定律和質(zhì)點(diǎn)系力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)要求： 1、理解和區(qū)分三個(gè)守恒的條件； 2、掌握用守恒定律求解力學(xué)問(wèn)題的方法； 3、初步掌握質(zhì)心及質(zhì)心運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 4、掌握剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的規(guī)律； 5、初步掌握分解質(zhì)點(diǎn)系復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的方法。附件10 習(xí)題討論課(二)守恒定律和質(zhì)點(diǎn)系力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)要求：附件指導(dǎo)書(shū)1.3 三 . 3(磚塊被拖動(dòng)）討論題1： Fvmv = const.皮帶M f驅(qū)動(dòng)力m磚塊 f 的過(guò)程中，應(yīng)該有：m：vm=0vm=v判斷下列說(shuō)法是否正確：（2）F 的功 + f 的功 = m獲得的動(dòng)能

8、（1）f 對(duì)M的功 = -（ f 對(duì)m的功） （3）F 的功 + f 的功 = 0（4）F 的功 = m獲得的動(dòng)能 教學(xué)目的： 功的定義； 動(dòng)能定理。11指導(dǎo)書(shū)1.3 三 . 3(磚塊被拖動(dòng)）討論題1： F討論題2：S 和 S系都是慣性系 在 S 和 S系 中擺球（+地球）的機(jī)械能是否守恒？SOmS1）SS2）在 S 和 S系中彈簧振子的機(jī)械能是否守恒？教學(xué)目的：功與參考系；E守恒條件。12討論題2：S 和 S系都是慣性系 在 S 和 S系 中擺討論題3 分析下列情況的守恒量： （1）錐擺（2）兩質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成 的彈簧振子 （光滑水平面上）（3）球與勻質(zhì) 桿的碰撞（3）中，動(dòng)量是否守恒？一定不守恒？

9、動(dòng)量也能守恒？教學(xué)目的：守恒條件的分析和比較13討論題3 分析下列情況的守恒量： （1）錐擺（2）兩討論題4：1）功能原理是否成立？如圖，一內(nèi)壁光滑的環(huán)狀細(xì)管繞豎直軸均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。管內(nèi)小球自頂端無(wú)初速滑下。2）設(shè)小球到圖示位置時(shí)速度為v,有人列式如下：試判斷此式的正誤，并說(shuō)明理由。選圓環(huán)參考系，考慮小球的運(yùn)動(dòng) ：教學(xué)目的：非慣性系中的功能關(guān)系。14討論題4：1）功能原理是否成立？如圖，一內(nèi)壁光滑的環(huán)狀細(xì)管繞計(jì)算題1 已知兩帶電粒子之間的靜電力服從 庫(kù)侖定律，即：如圖，帶電粒子1以某一初速度正對(duì)遠(yuǎn)處的靜止帶電粒子2運(yùn)動(dòng)，已知：m1, q1 ,v10 ;m2, q2 , 粒子電荷同號(hào)；求：兩粒子的最近

10、距離（萬(wàn)有引力遠(yuǎn)小于 庫(kù)侖力。m2 ， q2m1， q1v10教學(xué)目的： 保守力和勢(shì)能 守恒定律， 兩體問(wèn)題。15計(jì)算題1 已知兩帶電粒子之間的靜電力服從如圖，帶電粒子1以計(jì)算題2 如圖示，黏土塊以初速度斜射在勻質(zhì) 圓盤的頂端P點(diǎn)，后與圓盤黏合。h，R，M=2m， =60已知：求：當(dāng)P轉(zhuǎn)到與 x 軸重合 時(shí)，圓盤的角速度和（水平） xOM光滑軸RPm（黏土塊）對(duì)盤M的作用力N 軸O教學(xué)目的： 定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的守恒定律； 轉(zhuǎn)動(dòng)定理； 質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理。16計(jì)算題2 如圖示，黏土塊以初速度斜射在勻質(zhì) h，R，M=2計(jì)算題3：輪1無(wú)驅(qū)動(dòng)力，有初始角速度10. 各軸承光滑，輪2初靜止，放平后，恰 與輪1接觸，設(shè)

11、兩輪的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知；桿質(zhì)量不計(jì)。求：穩(wěn)定后各自的角速度f(wàn)ro教學(xué)目的： 角動(dòng)量定理； 守恒條件的判定； 運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系。17計(jì)算題3：輪1無(wú)驅(qū)動(dòng)力，有初始角速度10.求：穩(wěn)定后各自的計(jì)算題4 如圖，內(nèi)壁光滑的環(huán)狀細(xì)管繞豎直軸 旋轉(zhuǎn)， 無(wú)動(dòng)力，軸光滑。 初：管內(nèi)球在，靜止；各已知量如圖標(biāo)示。求：球到水平位置時(shí)的相對(duì)速度教學(xué)目的： 守恒定律。18計(jì)算題4 如圖，內(nèi)壁光滑的環(huán)狀細(xì)管繞豎直軸求：球到水計(jì)算題5：現(xiàn)象：在臺(tái)面上合適地搓動(dòng)乒乓球，乒 乓球在桌面上前進(jìn)一段距離后將會(huì)自動(dòng)返回。 1）試對(duì)此現(xiàn)象作定性解釋； 2）設(shè)乒乓球可看成勻質(zhì)剛性球殼，導(dǎo)出能產(chǎn) 生上述現(xiàn)象，其初始條件應(yīng)滿足的關(guān)系。教學(xué)目

12、的： 剛體平面運(yùn)動(dòng)的分解； 質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理； 質(zhì)心參考系。19計(jì)算題5：現(xiàn)象：在臺(tái)面上合適地搓動(dòng)乒乓球，乒教學(xué)目的：19計(jì)算題6 如圖一勻質(zhì)細(xì)桿長(zhǎng)為 l ，質(zhì)量為 M， 無(wú)約束地平放在光滑水平面上。一質(zhì)量為 m的小球以速度 v0 垂直于桿身與桿端作彈 性碰撞。設(shè) M 3m，求：碰后桿的 角速度v0mM， l c要求：只列出求解所需的方程。教學(xué)目的； 質(zhì)點(diǎn)系守恒定律。 20計(jì)算題6 如圖一勻質(zhì)細(xì)桿長(zhǎng)為 l ，質(zhì)量為 M，求：碰后討論題3 分析守恒量： （1）錐擺（2）兩質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成 的彈簧振子 （光滑水平面上）（3）球與勻質(zhì) 桿的碰撞（3）中，動(dòng)量是否守恒？一定不守恒？動(dòng)量也能守恒？參考解答選：21討

13、論題3 分析守恒量： （1）錐擺（2）兩質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成 解：（1）動(dòng)量不守恒對(duì)點(diǎn)：mgTrAro角動(dòng)量不守恒對(duì)o點(diǎn)：角動(dòng)量守恒（2）對(duì)雙振子系統(tǒng)：無(wú)外力。 能量、動(dòng)量 以及對(duì)任一定點(diǎn)的角動(dòng)量守恒。（3）能量是否守恒取決于碰撞性質(zhì)； 一般碰撞中軸對(duì)桿有橫向力，外力不為零， 但對(duì)o點(diǎn)的力矩為零，故系統(tǒng)角動(dòng)量守恒 而動(dòng)量不守恒。22解：（1）動(dòng)量不守恒對(duì)點(diǎn)：mgTrAro角動(dòng)量不守恒解法一：隔離用動(dòng)量定理角動(dòng)量定理 對(duì)象：桿。無(wú)水平軸力，有球的力f這個(gè)位置稱為撞擊中心動(dòng)量定理（水平）：角動(dòng)量定理：運(yùn)動(dòng)學(xué)：解：若x為某確定值，可使軸承處無(wú)水平力， 即使動(dòng)量也守恒，結(jié)果與桿的質(zhì)量無(wú)關(guān)。23解法一：隔離用動(dòng)量定理角動(dòng)量定理這個(gè)位置稱為撞擊中心動(dòng)量定計(jì)算題5：討論在臺(tái)面上搓動(dòng)乒乓球后，乒乓球 能自動(dòng)返回的原理； 計(jì)算：初始條件應(yīng)滿足的關(guān)系（均質(zhì)球殼）。定性分析：若初始運(yùn)動(dòng)方向如圖， 則摩擦力方向一定向后