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[摘 要] 注意挖掘教学内容所包含的创新元素，通过猜想的教学方法，应用学生已有的知识，加以适当的类比、猜想，让学生在学习物理的过程中体验到科学研究的快乐和成功的喜悦，从而提高学生的学习兴趣，提高教学效率。
[关 键 词] 教学方法；教学创新；电子书；猜想式教学
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）19-0077-03
一、前言
面对知识爆炸的形势，传统的学习方法已经难以为继。尤其在科技竞争日益激烈的今天，学校培养的目标，不是仅仅让学生学到知识，更是要培养能应用知识去解决问题，具有发现新的知识、具有创新能力和继续学习能力的人。为了达到这个目标，在理工科的重要基础课大学物理中，我们做了一些尝试，介绍如下。
二、集成电子书，一种新颖的学习媒介
在传统的纸质书籍之后，逐渐有电子书，有音频视频，但是，能够把教师的讲解与书籍结合为一体的还不多见。我们经过实践思考，提出把大学物理学习指导做成电子版，然后在书中适当的地方配以讲课用的PPT、演示的动画，在教师认为比较困难的地方插入教师的语音讲解。而且附上教师的电子邮箱，然后把这些元素用专门的软件打包集成。学生在学习的时候，只要在电脑上运行该软件，就可以自学。如果需要向教师提问题，就可以向具体负责的教师发送电子邮件。这种电子书把文字、PPT、动画、声音集成为一体，形成了便于携带、内容丰富、讲解具有针对性的立体书籍，改变了以前各个元素分立的状况。前期的文字与声音的集成电子书，已经正式出版发行，使用的效果良好；该课题被列为湖北省教育科学“十二·五”规划课题，已经完成结题。
我们希望通过尝试，把这种集成电子书推广到目前需求量很大的中考和高考辅导资料上去，形成一个新的出版潮流，帮助学生提高自学的能力和自学的效率。
三、挖掘物理知识背后的深刻思想
大学物理在高校的课程地位为什么长盛不衰？主要是下面3个方面的原因。
（1）它是各个理工科的基础课程，不学习大学物理，许多专业课程很难进行。（2）物理作为科学素质的重要组成部分，对理工科的大学生是必不可少的。不说物理在历次工业革命中的巨大推动作用，仅仅就近年来的物理学进展，如巨磁电阻材料、石墨烯材料等，工科的学生也是必须了解的。（3）就业的需要。学生的学习，各门课程是确定的，而就业则有随机性。当学生毕业后，由于社会的原因，从事与他所学的专业具有很大差距的工作时，他所学习的专业课程，尤其是那些非常工具化的专业课程，几乎完全无用。这时，起作用的是具有普遍作用的数学、物理课程。
四、多种方法培养学生的科学分析思维
复旦大学金晓峰提出了让学生学习物理原始文献的办法。他认为，让学生学习科学的原始文献，而不是学习由别人编写好的课本，可以让学生重复一次最初的发现过程。这种做法在培养学生的探索精神和研究能力方面很具有新意。
我们在大学物理教学中也进行了一些教学方式上的改革，力求把成熟的物理知识背后的创新思维挖掘出来，把创新教育渗透到平时的教学中去。
（一）于细微处见新的领域
在力学中，引力质量和惯性质量在很多人看来，是自然相等的，多数课本上没有这方面的介绍。实际上，引力质量与万有引力相联系，而惯性质量与物体受力后的加速度相联系。由于在地球上各处的重力加速度相等，在取合理的单位后，可以证明引力质量与惯性质量相等[1]。爱因斯坦仔细地研究了这个问题，在此基础上，提出了等价原理，成为广义相对论基础。通过与学生分析惯性质量与引力质量，最后得出广义相对论的历史过程，可以大大开阔学生的眼界和思路。
（二）物理概念的推广应用
最常见的例子是惯性的概念。力学中惯性的概念很好理解，它是物体保持原有的运动和状态的特性。我们在教学中，把惯性的概念推广到电磁学、经济现象、社会现象。电磁感应是惯性的一个很好的诠释。当一个线圈中的磁通量发生改变的时候，按照电磁感应定律，线圈中会产生一个感生电流，该电流的磁场是反抗原磁场的变化的。从反抗原来运动状态这个性质看，电磁感应现象正是惯性的体现。那么，楞次定律本质上是电磁惯性。用惯性来分析电磁现象，可以不需要详细的条件，就可以得出正确的定性结论。
在经济现象中的例子有很多，在此不一一列举。举一个心理方面的例子。比如学生某寝室有4个床位，现有3个学生居住，过了一段时间后，学校要安排进来一位新同学，问：原来的3个人对新来的同学是什么态度，欢迎还是拒绝？这个问题由于贴近学生生活，在课堂上往往会引起热烈的讨论。开始可能有各种思路和分析，也有人以为教师要提倡集体主义精神而不敢回答。通过讨论，应用惯性原理，最后会得出结论：原来的3个同学对新来的人是排斥的！原因是他们住宽敞的房间已经习惯了，已经形成了一种状态，而新进来一位同学，要改变这种状态，由于人的性格的惯性，他们会不自觉地排斥改变原来状态的同学。经过具体分析和讨论后，学生都十分信服，看到物理学的概念不仅应用在物理学领域，在其他方面也都可以得到很好的应用，增强了他们学物理的信心。
（三）探索物理现象背后的规律
比如，在热力学第零定律也就是温度的定义中，三个热力学系统两两热平衡一定会得出三者都是热平衡的，这个热平衡后的共同的量就是温度。在讲这个内容的时候，我们考虑毕业生的流动：在武汉每年有几十万的大学生毕业，但是大多流向了东南沿海地区，驱动毕业生流动的背后力量是什么？最后我们分析得出，是工资。如果以后武汉的发展能够提供与沿海地区相同的工资，那么可以想见，就不会有大学生的净流出了。从比较枯燥的热力学问题分析现在的经济热点问题，不仅是开阔思路，也可以提供思考的方法。
（四）常见的物理公式在实际中的应用
我们在大学物理的第二个学期都要讲振动问题，而且在推导简谐振动方程后，都要举一个木块在平静的水中的浮动问题。这个问题的結论是木块在水中的上下浮动是简谐振动，而且周期与水的密度、木块的密度以及木块的截面积有关。我们要求学生在周末出去玩的时候，比如坐轮船过长江，观察一下轮船的浮动，是否是简谐运动，而且可以用手表计时，通过公式计算船的大小和质量。这种简单的理论联系实际，可以让学生对物理增加不少兴趣。 （五）激发学生自发的组合式创新思维
通过这些教学中的培养，学生很快就有了自己的创新意识。一个学生在学习了光的干涉后，结合以前就有的电子的波动性质，就提出这样的问题：如果在光源处放一个光源和一个电子源，会是什么结果？这个问题的结论本身还要探讨，作为一个刚学过光的干涉的学生，能提出这样的问题，说明他已经具备了很强的创新潜力。
五、简化物理公式的推导，加深对物理原理的理解和对公式的记忆
在大学物理的分子动理论中，对理想气体压强公式的推导，多数是用碰撞的原理，计算分子对容器壁的平均冲力，从而得出理想气体的压强。但是，这种方法比较复杂。可以把该部分的内容加以组合，改变顺序。
首先根据假设，提出能均分定理，对任何分子，考虑平动动能时，不考虑分子内部的结构，分子的自由度是3，因而分子的平均平动动能为
用这种方法，可以很简单地得出压强与平均动能之间的关系。
另外一个是气体动理论中，几种气体速率的公式推导。按照教科书里面的办法，也是比较复杂，而且不容易记住。下面给出一种简便方法。
由于气体分子的平均平动动能，可以看作是分子动能直接求平均，于是：
由于速度都具有相同的量纲，推导出方均根速率后，最概然速率和平均速率的量纲，与方均根速率相同。只要我们注意三个速率之间的大小关系：
六、猜测式教学，培养研究能力的良好方法
在长期的教学实践中，我们体会到猜测式的教学[2-6]是一种培养创新能力和提高科研意识的好方法。具体做法如下：在学习一个物理公式或者一个物理定律的时候，让学生不要直接去看书中给出的结果，而是要先看看书中讲的先导知识和背景，然后对要学习的物理定律进行模拟研究，并结合已经有的知识，对结果进行合理的猜测。通过这种方法，可以体验原始科研的过程，并得到意想不到的结果。
举例如下：电磁学的教学中，我们都给学生讲过，电场与磁场的公式在很多方面有相似的地方，也有不同的地方。在学习电流元产生磁场的毕奥—萨伐尔定律的时候，要求学生依据点电荷的电场强度公式进行合理的猜想。点电荷的电场强度公式，也就是说：电场强度与点电荷的大小成正比，与到点电荷的距离的平方成反比。那么，学生可以合理地猜测：电流元产生的磁场与电流元的大小成正比，与距离的平方成反比。如果更进一步考虑：电流元是矢量，电流源到观察点的距离是矢量，两个矢量决定磁场这个矢量，只能由一种办法：矢量的叉乘。到这里，教学已经很成功了，除了系数和量纲外，一个初学磁学的学生接近于独立发现毕奥—萨伐尔定律了！
我们曾经在课堂上做过试验，有不少学生当场猜测出来，这让学生加深了对知识的理解，提高了兴趣，获得了极大的成就感。
另外一个例子：磁场的霍尔效应。在介绍完相关知识的背景后，让学生猜测霍尔电压与磁场和通过的电流的关系。由于在没有磁场和电流时，没有霍尔效应，磁场和电流越大，霍尔效应越强，学生很快马上可以猜测出霍尔电压与磁感应强度和电流强度成正比。除了系数外，基本猜测出了霍尔效应公式。
这种猜测式的学习，让学生体验了科研的过程、建立了知识之间的联系，也破除了对科研的神秘感，可以极大地提高学生的学习兴趣。
七、在创新班中的做法
在湖北工业大学提出“721”培养方案后，我们针对创新班的要求，提出了如下几点措施。
（一）提高学生的自学能力
教给学生一种实用的自学方法，每学期指定一章，在课堂上写出对该章的要求和问题，把上课的时间拿出来给学生看书，教师总结，与学生讨论，对学生的作业全部批改，该章内容是统考内容。
（二）培养扎实的物理基础
大学物理的公式，定理的证明，在教师讲完后，要求学生能够自己独立推导，可以要求学生课后自己推导，也可以利用课堂时间让学生自行推导。
（三）培养初步的科研能力
每一学期，学完相应的内容后（如力学、电磁学、振动与波动、光学、近代物理），教师给予引导，要求学生自行查找文献，写一篇与该部分的内容相关的小文章，例如，力学——火箭、热学——发电和节能、振动波动——地震、光学——全息，可以是综述性的文章，尤其欢迎有新观点的文章，作为创新考核的一部分。要求教师告诉学生查资料，提出和分析问题的办法。
（四）培养创新意识
每个学生每学期要提出一个有很大创新的、与物理有关的问题，越新颖越好，能够解决更好。
（五）成绩计算
作业成绩30%+文章和新颖性问题成绩20%+参加全校统考的成绩50%。
八、结论
知识与创新是不可分离的两个方面，离开了知识积累的创新会变成无源之水；离开了创新意识的知识会变成无用的知识。即使在大学物理这样的成熟的学科，也要把知识的学习和创新意识的培养结合起来，通过挖掘传统教学内容背后的创新元素，开辟教学的新天地，实现教学相长，相互促进。
参考文献：
[1]张三慧.大学物理学[M].3版.北京：清华大学出版社，2009：216.
[2]杨连武，李新乡.培养学生猜想与假设的教学策略[J].物理通报，2005（11）：17-19.
[3]谢鸿.如何提高学生对大学物理课程的兴趣[J].物理通报，2011（6）：21-23.
[4]王泽良.思想实验的作用和意义[J].工科物理，2000（1）：64-65.
[5]孫礼潢.思想实验和20世纪物理学的革命[J].东北师范大学学报，1991（2）：49-52.
[6]潘学琴.大学物理狭义相对论时空观的教学讨论[J].物理通报，2012（7）：24-26.
[关 键 词] 教学方法；教学创新；电子书；猜想式教学
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）19-0077-03
一、前言
面对知识爆炸的形势，传统的学习方法已经难以为继。尤其在科技竞争日益激烈的今天，学校培养的目标，不是仅仅让学生学到知识，更是要培养能应用知识去解决问题，具有发现新的知识、具有创新能力和继续学习能力的人。为了达到这个目标，在理工科的重要基础课大学物理中，我们做了一些尝试，介绍如下。
二、集成电子书，一种新颖的学习媒介
在传统的纸质书籍之后，逐渐有电子书，有音频视频，但是，能够把教师的讲解与书籍结合为一体的还不多见。我们经过实践思考，提出把大学物理学习指导做成电子版，然后在书中适当的地方配以讲课用的PPT、演示的动画，在教师认为比较困难的地方插入教师的语音讲解。而且附上教师的电子邮箱，然后把这些元素用专门的软件打包集成。学生在学习的时候，只要在电脑上运行该软件，就可以自学。如果需要向教师提问题，就可以向具体负责的教师发送电子邮件。这种电子书把文字、PPT、动画、声音集成为一体，形成了便于携带、内容丰富、讲解具有针对性的立体书籍，改变了以前各个元素分立的状况。前期的文字与声音的集成电子书，已经正式出版发行，使用的效果良好；该课题被列为湖北省教育科学“十二·五”规划课题，已经完成结题。
我们希望通过尝试，把这种集成电子书推广到目前需求量很大的中考和高考辅导资料上去，形成一个新的出版潮流，帮助学生提高自学的能力和自学的效率。
三、挖掘物理知识背后的深刻思想
大学物理在高校的课程地位为什么长盛不衰？主要是下面3个方面的原因。
（1）它是各个理工科的基础课程，不学习大学物理，许多专业课程很难进行。（2）物理作为科学素质的重要组成部分，对理工科的大学生是必不可少的。不说物理在历次工业革命中的巨大推动作用，仅仅就近年来的物理学进展，如巨磁电阻材料、石墨烯材料等，工科的学生也是必须了解的。（3）就业的需要。学生的学习，各门课程是确定的，而就业则有随机性。当学生毕业后，由于社会的原因，从事与他所学的专业具有很大差距的工作时，他所学习的专业课程，尤其是那些非常工具化的专业课程，几乎完全无用。这时，起作用的是具有普遍作用的数学、物理课程。
四、多种方法培养学生的科学分析思维
复旦大学金晓峰提出了让学生学习物理原始文献的办法。他认为，让学生学习科学的原始文献，而不是学习由别人编写好的课本，可以让学生重复一次最初的发现过程。这种做法在培养学生的探索精神和研究能力方面很具有新意。
我们在大学物理教学中也进行了一些教学方式上的改革，力求把成熟的物理知识背后的创新思维挖掘出来，把创新教育渗透到平时的教学中去。
（一）于细微处见新的领域
在力学中，引力质量和惯性质量在很多人看来，是自然相等的，多数课本上没有这方面的介绍。实际上，引力质量与万有引力相联系，而惯性质量与物体受力后的加速度相联系。由于在地球上各处的重力加速度相等，在取合理的单位后，可以证明引力质量与惯性质量相等[1]。爱因斯坦仔细地研究了这个问题，在此基础上，提出了等价原理，成为广义相对论基础。通过与学生分析惯性质量与引力质量，最后得出广义相对论的历史过程，可以大大开阔学生的眼界和思路。
（二）物理概念的推广应用
最常见的例子是惯性的概念。力学中惯性的概念很好理解，它是物体保持原有的运动和状态的特性。我们在教学中，把惯性的概念推广到电磁学、经济现象、社会现象。电磁感应是惯性的一个很好的诠释。当一个线圈中的磁通量发生改变的时候，按照电磁感应定律，线圈中会产生一个感生电流，该电流的磁场是反抗原磁场的变化的。从反抗原来运动状态这个性质看，电磁感应现象正是惯性的体现。那么，楞次定律本质上是电磁惯性。用惯性来分析电磁现象，可以不需要详细的条件，就可以得出正确的定性结论。
在经济现象中的例子有很多，在此不一一列举。举一个心理方面的例子。比如学生某寝室有4个床位，现有3个学生居住，过了一段时间后，学校要安排进来一位新同学，问：原来的3个人对新来的同学是什么态度，欢迎还是拒绝？这个问题由于贴近学生生活，在课堂上往往会引起热烈的讨论。开始可能有各种思路和分析，也有人以为教师要提倡集体主义精神而不敢回答。通过讨论，应用惯性原理，最后会得出结论：原来的3个同学对新来的人是排斥的！原因是他们住宽敞的房间已经习惯了，已经形成了一种状态，而新进来一位同学，要改变这种状态，由于人的性格的惯性，他们会不自觉地排斥改变原来状态的同学。经过具体分析和讨论后，学生都十分信服，看到物理学的概念不仅应用在物理学领域，在其他方面也都可以得到很好的应用，增强了他们学物理的信心。
（三）探索物理现象背后的规律
比如，在热力学第零定律也就是温度的定义中，三个热力学系统两两热平衡一定会得出三者都是热平衡的，这个热平衡后的共同的量就是温度。在讲这个内容的时候，我们考虑毕业生的流动：在武汉每年有几十万的大学生毕业，但是大多流向了东南沿海地区，驱动毕业生流动的背后力量是什么？最后我们分析得出，是工资。如果以后武汉的发展能够提供与沿海地区相同的工资，那么可以想见，就不会有大学生的净流出了。从比较枯燥的热力学问题分析现在的经济热点问题，不仅是开阔思路，也可以提供思考的方法。
（四）常见的物理公式在实际中的应用
我们在大学物理的第二个学期都要讲振动问题，而且在推导简谐振动方程后，都要举一个木块在平静的水中的浮动问题。这个问题的結论是木块在水中的上下浮动是简谐振动，而且周期与水的密度、木块的密度以及木块的截面积有关。我们要求学生在周末出去玩的时候，比如坐轮船过长江，观察一下轮船的浮动，是否是简谐运动，而且可以用手表计时，通过公式计算船的大小和质量。这种简单的理论联系实际，可以让学生对物理增加不少兴趣。 （五）激发学生自发的组合式创新思维
通过这些教学中的培养，学生很快就有了自己的创新意识。一个学生在学习了光的干涉后，结合以前就有的电子的波动性质，就提出这样的问题：如果在光源处放一个光源和一个电子源，会是什么结果？这个问题的结论本身还要探讨，作为一个刚学过光的干涉的学生，能提出这样的问题，说明他已经具备了很强的创新潜力。
五、简化物理公式的推导，加深对物理原理的理解和对公式的记忆
在大学物理的分子动理论中，对理想气体压强公式的推导，多数是用碰撞的原理，计算分子对容器壁的平均冲力，从而得出理想气体的压强。但是，这种方法比较复杂。可以把该部分的内容加以组合，改变顺序。
首先根据假设，提出能均分定理，对任何分子，考虑平动动能时，不考虑分子内部的结构，分子的自由度是3，因而分子的平均平动动能为
用这种方法，可以很简单地得出压强与平均动能之间的关系。
另外一个是气体动理论中，几种气体速率的公式推导。按照教科书里面的办法，也是比较复杂，而且不容易记住。下面给出一种简便方法。
由于气体分子的平均平动动能，可以看作是分子动能直接求平均，于是：
由于速度都具有相同的量纲，推导出方均根速率后，最概然速率和平均速率的量纲，与方均根速率相同。只要我们注意三个速率之间的大小关系：
六、猜测式教学，培养研究能力的良好方法
在长期的教学实践中，我们体会到猜测式的教学[2-6]是一种培养创新能力和提高科研意识的好方法。具体做法如下：在学习一个物理公式或者一个物理定律的时候，让学生不要直接去看书中给出的结果，而是要先看看书中讲的先导知识和背景，然后对要学习的物理定律进行模拟研究，并结合已经有的知识，对结果进行合理的猜测。通过这种方法，可以体验原始科研的过程，并得到意想不到的结果。
举例如下：电磁学的教学中，我们都给学生讲过，电场与磁场的公式在很多方面有相似的地方，也有不同的地方。在学习电流元产生磁场的毕奥—萨伐尔定律的时候，要求学生依据点电荷的电场强度公式进行合理的猜想。点电荷的电场强度公式，也就是说：电场强度与点电荷的大小成正比，与到点电荷的距离的平方成反比。那么，学生可以合理地猜测：电流元产生的磁场与电流元的大小成正比，与距离的平方成反比。如果更进一步考虑：电流元是矢量，电流源到观察点的距离是矢量，两个矢量决定磁场这个矢量，只能由一种办法：矢量的叉乘。到这里，教学已经很成功了，除了系数和量纲外，一个初学磁学的学生接近于独立发现毕奥—萨伐尔定律了！
我们曾经在课堂上做过试验，有不少学生当场猜测出来，这让学生加深了对知识的理解，提高了兴趣，获得了极大的成就感。
另外一个例子：磁场的霍尔效应。在介绍完相关知识的背景后，让学生猜测霍尔电压与磁场和通过的电流的关系。由于在没有磁场和电流时，没有霍尔效应，磁场和电流越大，霍尔效应越强，学生很快马上可以猜测出霍尔电压与磁感应强度和电流强度成正比。除了系数外，基本猜测出了霍尔效应公式。
这种猜测式的学习，让学生体验了科研的过程、建立了知识之间的联系，也破除了对科研的神秘感，可以极大地提高学生的学习兴趣。
七、在创新班中的做法
在湖北工业大学提出“721”培养方案后，我们针对创新班的要求，提出了如下几点措施。
（一）提高学生的自学能力
教给学生一种实用的自学方法，每学期指定一章，在课堂上写出对该章的要求和问题，把上课的时间拿出来给学生看书，教师总结，与学生讨论，对学生的作业全部批改，该章内容是统考内容。
（二）培养扎实的物理基础
大学物理的公式，定理的证明，在教师讲完后，要求学生能够自己独立推导，可以要求学生课后自己推导，也可以利用课堂时间让学生自行推导。
（三）培养初步的科研能力
每一学期，学完相应的内容后（如力学、电磁学、振动与波动、光学、近代物理），教师给予引导，要求学生自行查找文献，写一篇与该部分的内容相关的小文章，例如，力学——火箭、热学——发电和节能、振动波动——地震、光学——全息，可以是综述性的文章，尤其欢迎有新观点的文章，作为创新考核的一部分。要求教师告诉学生查资料，提出和分析问题的办法。
（四）培养创新意识
每个学生每学期要提出一个有很大创新的、与物理有关的问题，越新颖越好，能够解决更好。
（五）成绩计算
作业成绩30%+文章和新颖性问题成绩20%+参加全校统考的成绩50%。
八、结论
知识与创新是不可分离的两个方面，离开了知识积累的创新会变成无源之水；离开了创新意识的知识会变成无用的知识。即使在大学物理这样的成熟的学科，也要把知识的学习和创新意识的培养结合起来，通过挖掘传统教学内容背后的创新元素，开辟教学的新天地，实现教学相长，相互促进。
参考文献：
[1]张三慧.大学物理学[M].3版.北京：清华大学出版社，2009：216.
[2]杨连武，李新乡.培养学生猜想与假设的教学策略[J].物理通报，2005（11）：17-19.
[3]谢鸿.如何提高学生对大学物理课程的兴趣[J].物理通报，2011（6）：21-23.
[4]王泽良.思想实验的作用和意义[J].工科物理，2000（1）：64-65.
[5]孫礼潢.思想实验和20世纪物理学的革命[J].东北师范大学学报，1991（2）：49-52.
[6]潘学琴.大学物理狭义相对论时空观的教学讨论[J].物理通报，2012（7）：24-26.