浅谈《大学物理》中的计算与概念理解
摘 要：本文根据学生学习大学物理的现状，从计算方法和概念理解两个方面讨论了教学中需要注意的几个问题。
关键词：大学物理；计算方法；概念理解
1 引言
大学物理课程是理工科学生的公共基础课，对学生在后续的学习中具有重要的奠基作用。学生在完成了中学阶段对物理课程的学习后，对物理学的基本定律有了一定的了解，但是，进入大学以后一方面很多問题的求解方式产生了巨大的变化，另一方面很多物理概念的深度和难度有很大的提高，所以教师需要帮助学生尽快的改变以前的惯性思维，克服各种困难进入到公式熟练应用的状态。
2 大学物理教学中的几个问题
1、计算方法
（1）矢量计算，理工科的学生一般在学习了高等数学之后，在大学一年级下学期开始学习大学物理，学生数学基础知识掌握的情况直接影响其学习物理的能力和效果，很多学生发现，很多物理规律都是以前高中非常熟悉的理论，比如牛顿第一，第二，第三定律，比如动能定律，能量守恒定律，功能原理，动量定理等等，但是拿到题目却无从下手，或者仅仅用高中的计算方法很难得到正确的结果，最关键的问题哪里呢，主要是矢量和微积分的计算。首先，物理量不再是简单的标量，而是矢量，很多问题的求解必须利用矢量运算法则，比如矢量相加减，用平行四边形法则，而矢量相乘，分为点乘与叉乘，点乘与叉乘的结果是有很大区别的，比如力和位移，这两个矢量的点乘结果是外力对质点所做的功， ，功是一个标量，点乘的结果是标量，所以功用点乘计算，而位置矢量和力的叉乘结果是力矩， ，力矩是一个矢量，叉乘的结果是矢量，所以力矩用叉乘计算。
（2）微积分计算
大学物理的问题处理涉及到微积分运算，比如常见的微分计算有已知位置坐标，求速度和加速度，积分运算比如质点在外力作用下的功，电磁学里面的这类计算就更多了，比如利用高斯定理求解带电体周围电场分布，利用毕萨定律求解恒定电流周围的磁场分布。之所以用微积分计算，是由于物理量在时间或者空间上分布不均匀，需要把物理量进行无限次分割，在这些足够小的微元区域里认为是均匀分布的，这就是微分，反之，将这些微元进行累加求和就是积分。
那么在大学物理里面，矢量和微积分的计算往往是同时进行的，首先要将矢量标量化运算，也就是说先要把矢量向某一方向进行投影，其次要统一变量，最后进行微积分运算。这个在很大程度上增加了学生学习的难度，但是又是学生必须掌握的知识，所以大学物理的一开始，就必须强调矢量和微积分的重要性，首先是矢量的定义，加减乘除运算的法则，其次是简单的微分与积分，其实相对于高等数学来讲，大学物理里面所用到的矢量和微积分只是其中很少的一部分，将物理规律利用数学方法进行熟练的处理，并不是很难的过程，关键是要在教学的过程中让学生能够尽快的跨越这个鸿沟。
2、概念理解
很多看似独立的物理概念或者物理现象，其实是相互依赖，相辅相成的，比如下面两组概念，如果用对比的方式来学习，会有事半功倍的效果。
（1）电场与磁场
电场这部分主要讨论了真空中的静电场和有介质存在的电场，磁场这部分主要讨论了恒定电流的磁场和有介质存在的磁场，其中高斯定理和环流定理是电磁场的两大基本定理，贯穿电磁场学习的始终，而麦克斯韦方程组就是在这两大定理的基础上总结出来的，所以对于高斯定理和环路定理的理解和相关计算要引起高度重视，这是电磁场学习的重要的环节。从公式上看，电场和磁场也有很多对称和相似的特点，比如电位移矢量 ，磁感应强度 ，这两个公式可以对比学习和记忆，电磁学中这种可以类比的公式还有很多，教学过程中应指导学生进行总结。另外对于电磁场的相互依赖关系也是学生必须了解的，即变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发，电和磁是高度和谐对称又统一的整体，这一点在学习法拉第电磁感应定律以及麦克斯韦位移电流的时候应着重理解。
（2）振动与波动
振动是波动的起源，波动是振动的传播，两者相辅相成，大学物理里面一般讨论最简单的简谐振动和平面简谐波，简谐振动方程是质点的位置坐标随时间的周期性变换， ，而平面简谐波函数是质点的位置坐标与时间和空间的双重的周期性函数， 。很多学生对简谐振动的运动特征很清楚，相关的计算也没有太多的问题，但是学习了简谐波之后，对于利用某个质点的振动方程求解波动方程，反过来利用波动方程求解某个质点的振动方程，就会出现混淆，这种混淆来自于没有深刻理解单个质点运动的周期性与所有质点一起周期性运动的概念，教师在授课的时候一定要注意强调两者的区别与联系，多做相关的练习加以巩固。另外，简谐振动的合成与简谐波的相干叠加对于光的干涉衍射的学习也有很重要的指导作用，所以这部分内容在讲述的时候也应该重点的突出。
3 总结
本文根据大学物理的教学经验，在了解学生学习现状的基础上，从计算方法和概念理解两个方面讨论了教学中需要注意的几个问题，对学生所掌握的技巧和物理知识进行梳理，使得这些知识点进一步融会贯通。
参考文献
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