浅谈提高大学物理课堂趣味性的重要性

冯世全　杨阳

摘 要 随着计算机在课堂教学中的应用，提高课堂教学的趣味性在这个信息大膨胀的年代势在必行。大学物理作为一门重要的理工科基础课，通常很乏味，提高大学物理课堂的趣味性，对学生掌握理解课堂知识，运用理论基础解决实际问题具有重要的意义。提高大学物理课堂趣味性可以从结合事实问题引入知识点，利用知识点介绍实际中的应用，适当插入小视频提升直观性这三个方面考虑实行。

关键词 大学物理 课堂趣味性 多普勒效应 角动量守恒定律

中图分类号：G642 文献标识码：A

随着计算机在课堂教学中的应用，提高课堂教学的趣味性在这个信息大膨胀的年代势在必行。大学物理是理工科学生本科阶段都要学习的一门课程。物理作为一门培养学生认识世界自然规律的重要课程，对提高学生的学习能力、观察能力以及动手能力都具有重要意义。大学物理是高中物理的升华，作为一门重要的理工科基础课，通常很乏味。提高大学物理课堂的趣味性，对学生掌握理解课堂知识，运用理论基础解决实际问题具有重要的意义。

要提高课堂的效果，第一个就需要教师结合事实问题，利用所学知识，给出解决方案。我们以大学物理教学中两个例子进行说明。第一个例子是多普勒效应这部分内容，它告诉我们，如果波源或观察者相对于介质运动，那么观察者接收到的频率与波源发出的频率不同，并定量的给出的二者关系如下：

其中，波源发出的频率为 ，观察者接收到的频率为 ，波的传播速度为u，波远相对介质的速度为vs，观察者相对介质的速度为v0。可能我们这样直接引入多普勒效应，学生往往提不起任何兴趣。但如果我们先给个多普勒效应的应用实例就可以立刻把学生带入课堂：“2014年3月8日发生了一件震惊世界的事件。马来西亚航空公司MH370客机从吉隆坡国际机场飞往北京，途径马来西亚和越南的交接处胡志明管控区时，从雷达上消失，机上的239名乘客和机组成员音讯全无。全世界11个国家参与了这次搜寻工作，据国际海事卫星组织副总裁宣称，他们利用多普勒效应分析马来西亚航空公司MH370次航班发出的6次握手信号，推测出航班最终坠入南印度洋。究竟是什么多普勒效应，为什么能通过多普勒效应找到马航，多普勒效应在我们的日常声中又有哪些常见的应用。今天让我们一起来学习在马航疑云中扮演重要角色的神奇效应。”接着再介绍我们开头引入的多普勒现象以及公式，学生就被无形中带进了课堂。介绍完这个内容之后，再回到这个具体的事件，应用多普勒效应来解释一下：失联飞机尽管关闭了通讯系统，但它每个小时都会向国际海事卫星发射固定频率的握手信号，这些信号由于多普勒效应会发生微小变化，根据这些变化就可以判断马航的可能去向。我们可以把MH370视为波源，把国际海事卫星视为观察者。如果失事飞机是距离国际海事卫星越来越远，此时卫星接受的信号频率应该是减小的；如果失事飞机靠近国际海事卫星，卫星接收到的频率应增大。国际海事卫星组织的工程师就可以从接收到的信号频率变化特征，判断飞机的走向。这样学生不但掌握了知识，还利用知识很好地解释了实际问题。

另外一个例子，就是角动量守恒定律的内容。我们可以以美国大片“黑鹰坠落”中的场景作为切入点：“该影片以1993年的索马里军事行动的真实背景讲述了120个美军在索马里遭到整个城市人的攻击，这少量的美军激战数小时后在援军的支援下，大部分人成功返回基地的故事。影片中最让人难忘的应该是美军代号黑鹰的直升飞机机尾的螺旋桨被击中后，在空中失控，打转坠落的场景，为什么尾部螺旋桨破坏后，会使飞机失去平衡而坠毁了？学习完今天的内容以后我们可以给出一个很好的解释。”这样就自然地引入了正题。角动量守恒定律告诉我们，如果刚体所受合外力矩等于零，或者不受外力矩的作用，则刚体的角动量守恒。

其中M是刚体受到的力矩，J为刚体的转动惯量， 为刚体的角速度。这一定律由刚体推出，但对非刚性系统也同样成立。直升机由机身、主螺旋桨和抗扭螺旋桨组成，直升机的主螺旋桨和机身就可视为一个非刚性系统，飞机在空中飞行时如果忽略空气的阻力矩，此时外力矩则为零，主螺旋桨和机身系统角动量守恒。若以主螺旋桨角速度方向为正，则机身会反方向转动，使系统总角动量保持不变。机尾安装的小螺旋桨可产生一个附加力矩与机身所受内力矩平衡，从而消除机身的转动。如果机尾的小螺旋桨破坏，那么机身就只受内力矩，因此会产生与主螺旋桨方向相反的转动。这样就无法控制机身平衡，因此，黑鹰的机尾的螺旋桨被破坏后，会在空中失控，失去平衡而坠毁。通过和电影中场景结合介绍基础知识，会给学生留下深刻的印象，达到良好的课堂效果。

第二方面，需要老师讲完知识点之后，结合所学知识介绍它在实际中的几个方面应用。还以多普勒效应为例，多普勒效应在我们日常生活中的应用非常多，在交通领域，天文学领域和医学领域都有重要的应用。比如，天文学家利用多普勒效应来支持宇宙大爆炸理论。科学家艾德文哈勃发现在地球上观察到银河系天体发射的光线频率都变低了，即产生了红移，说明这些天体都在远离我们而去，因此得出了宇宙正在膨胀的结论。再比如说，在医学上利用多普勒效（下转第100页）（上接第68页）应做成胎心测量仪，用于测量胎儿的运动。其原理就是：从胎心测量仪发射一个波到达胎儿，发射回到胎心测量仪，根据发射与接受多普勒信号的频率变化，来获得胎儿的信息，观测胎儿的运动状态。

以角动量守恒为例，在日常生活中有很多现象都可以用它解释。比如芭蕾舞表现者在表演的过程中，如果不考虑地面的摩擦，则转动过程中满足角动量守恒，因此我们可以看到，表演者的收缩成一团时可以达到一个很高的转速。再比如说，跳水运动员在跳水的过程中，离开地面后满足角动量守恒。将身体蜷缩，可减小转动惯量，加快转动速度，完成空中的旋转动作；落水时伸展身体转动惯量增大，入水时的转动速度减小，不至于溅起太大水花。

通过与实际的应用结合学生既学习了知识，又加深了对知识的认知和理解，还可以将其很好地运用到生活中。

第三个方面，如果课堂上能插上一个一两分钟的短视频，效果应该会更好。以多普勒效应为例，我们可以给一个迎面驶来的火车的视频，从视频中让学生切实体会多普勒效应，火车迎面驶来听到的音调较高，而火车疾驰而去听到的音调很低。

以角动量守恒为例，可以给一个茹科夫斯基转椅验证角动量守恒定律的例子。人手握哑铃坐在茹科夫斯基转椅上，给人和茹科夫斯基转椅一个力使系统转动起来。如果不考虑空气阻力，系统的角动量守恒。当人的手臂伸开时，系统转动惯量增大，转椅的转速减小；当人的手臂收缩回来时，系统转动惯量增小，转椅的转速增大。

通过一个简单的视频，学生可以很直观地看到现象和规律，大大提高了学生的接收效果。

当前本科教育中照本宣科现象严重，大学物理的推导和公式很多，照着课本讲解的话很枯燥，课堂效果很差。如果能提高课堂的趣味性，把知识点和实际相结合，利用多媒体手段补充知识的应用背景等内容，应该可以收到很好的效果。然而，要提高课堂趣味性，创新和结合实事是关键。提高教师的教学水平，多进行教学比赛和奖励措施是提升教师创新积极性、提高教学质量的重要因素。另外，很多年龄上大一些的教师利用多媒体教学尚存在困难，更不用说穿插视频了，因此，这种提高教学效果和教学趣味性的做法还要结合自身的实际情况。学校可以组织加强教师的教学和计算机素养，集中对教师进行多媒体利用的培训。此外，视频时间过长，也会压缩课堂知识的内容。合理地把握穿插视频的量也是需要老师思考的问题。总之，提高大学物理课堂趣味性势在必行，如何达到良好的效果，还需要不断地摸索。

参考文献

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