1、 在在大学物理大学物理课程中课程中 恢复和建设恢复和建设讨论课讨论课的尝试的尝试清华大学清华大学 物理系物理系 陈惟蓉陈惟蓉2003.81 自自50年代以来，清华大学的大学物理课程一直年代以来，清华大学的大学物理课程一直配设有一定学时比例的习题课，以自然班为单位，配设有一定学时比例的习题课，以自然班为单位，由辅导教师负责进行。并且在由辅导教师负责进行。并且在80年代逐渐从单纯由年代逐渐从单纯由教师讲解过渡到师生共同讨论。后来由于青年教师教师讲解过渡到师生共同讨论。后来由于青年教师的严重缺乏，的严重缺乏，90年代初被迫改为年代初被迫改为200人左右的大班人左右的大班习题课，讨论的形式也随之终止。
2、习题课，讨论的形式也随之终止。21世纪初，学校提出新的人才培养方案，世纪初，学校提出新的人才培养方案，大大学物理学物理被确定为被确定为 校首批精品课建设课程之一，在校首批精品课建设课程之一，在此形势下，恢复和建设讨论课的任务提到议事日程此形势下，恢复和建设讨论课的任务提到议事日程上来。上来。自自2002秋季学期开始在非物理类一个大班（秋季学期开始在非物理类一个大班（7小班）和物理类（小班）和物理类（3小班）开始讨论课试点。小班）开始讨论课试点。2 ：激发学生激发学生的学习兴趣，的学习兴趣，培养学生的创造性，培养学生学会学培养学生的创造性，培养学生学会学习、终生获取知识、产生知识的能力上。习、终
3、生获取知识、产生知识的能力上。海森堡：海森堡：针对物理课概念性强的特点，针对物理课概念性强的特点，在讨论中加深对课程内容的理解在讨论中加深对课程内容的理解 和基本方法的掌握；和基本方法的掌握；恢复和建设讨论课是恢复和建设讨论课是大学物理大学物理课程进行精品课程进行精品课建设的重要举措之一。课建设的重要举措之一。：形成：形成“勤于思考，乐于探讨勤于思考，乐于探讨”的学术氛围。的学术氛围。3：是整个课程的不可缺少的重要一环；：是整个课程的不可缺少的重要一环；是对大课的辅助与配合。是对大课的辅助与配合。：帮助学生理解基本概念、规律；帮助学生理解基本概念、规律；掌握基本方法；掌握基本方法；开阔思路，鼓
4、励创新，训练辩才。开阔思路，鼓励创新，训练辩才。，师生互动；，师生互动；要求学生要求学生“动脑、动手、动口动脑、动手、动口”题目课前到手，师生题目课前到手，师生有备而来有备而来。讨论围绕教学重点和学生学习疑点、难点展开。讨论围绕教学重点和学生学习疑点、难点展开。：，以，以15人左右人左右一班为宜，一班为宜，以保证讨论普遍进行。以保证讨论普遍进行。按照新形势的指导思想，确定了下述建设原则：按照新形势的指导思想，确定了下述建设原则：4目前讨论课的辅导教师几乎全部由物理系目前讨论课的辅导教师几乎全部由物理系 研究生助教担任。研究生助教担任。研究生助教的优势是与学生容易沟通，研究生助教的优势是与学生容
5、易沟通，但一缺乏教学经验；二尚有学习研究任务，但一缺乏教学经验；二尚有学习研究任务，不可能全身心投入教学。不可能全身心投入教学。新情况下上好讨论课的关键在于抓好辅导教师新情况下上好讨论课的关键在于抓好辅导教师队伍，保证教学思想的贯彻。队伍，保证教学思想的贯彻。明确思想：做到两个明确明确思想：做到两个明确2)明确讨论课教师的作用明确讨论课教师的作用是是“引导引导”而不是而不是“代替代替”。1)明确讨论课的任务。明确讨论课的任务。“重要的不在于结果而在讨论的过程本身！重要的不在于结果而在讨论的过程本身！5 确定教学内容和选题确定教学内容和选题 每课必须有明确的教学要求，精选讨论题目。每课必须有明确
6、的教学要求，精选讨论题目。整套讨论题尽力做到具有整套讨论题尽力做到具有“基础性、针对性、基础性、针对性、启发性启发性”（选题举例见附件）。（选题举例见附件）。现阶段选题由主讲教师负责，现阶段选题由主讲教师负责，个人与集体相结合个人与集体相结合 每课各人事先准备教案；每课各人事先准备教案；课前集体备课课前集体备课解题；题目中体现的解题；题目中体现的 概念和方法；学生容易出现的错误。概念和方法；学生容易出现的错误。认真组织备课：认真组织备课：助教除组织讨论课外必须听大课；助教除组织讨论课外必须听大课；主讲教师听讨论课。双方及时交流主讲教师听讨论课。双方及时交流。注意配合与督查注意配合与督查6 以自
7、然班为基础，以自然班为基础，15人一班为限（一分为二或合人一班为限（一分为二或合二为一），自愿报名。二为一），自愿报名。上上课周次在教学日历中确定，具体时间待分班确课周次在教学日历中确定，具体时间待分班确定后，由任课教师和学生共同商定。定后，由任课教师和学生共同商定。1.课程安排课程安排 一律用课外学时：一律用课外学时：每次每次课课2学时。学时。B(1)学期共学期共6次次（力力3，电，电3）；）；B(2)学期共学期共4次（热、波、光、量子各次（热、波、光、量子各1次次）2.学生分班与排课：学生分班与排课：3.讨论课的全过程讨论课的全过程题目课前到手；课后公布参考解答题目课前到手；课后公布参考解
8、答7 效果效果 尽管是自愿报名，而且占用课外学时，但学生尽管是自愿报名，而且占用课外学时，但学生 报名踊跃，除个别情况外，几乎全部学生参加了报名踊跃，除个别情况外，几乎全部学生参加了 全部讨论课。普遍反映有收获。全部讨论课。普遍反映有收获。有的讨论班，学生课前认真准备，课堂讨论十有的讨论班，学生课前认真准备，课堂讨论十分热烈。甚至在下课之后还不肯离开，继续讨论。分热烈。甚至在下课之后还不肯离开，继续讨论。从执行两个学期的情况看，讨论课的确起到了从执行两个学期的情况看，讨论课的确起到了调动学生学习主动性的作用，总的效果良好。调动学生学习主动性的作用，总的效果良好。8 从讨论课的发展和推广看：从讨
9、论课的发展和推广看：（2003春学期开始已有责任教授负责主持）春学期开始已有责任教授负责主持）1）要进一步提高讨论课质量，必须要有专职）要进一步提高讨论课质量，必须要有专职教师、教师、教授直接参与和主持教授直接参与和主持转变观念（从领导到教师转变观念（从领导到教师“水平的高与低水平的高与低”）；）；国外经验（教授，甚至知名教授乘担讨论课）国外经验（教授，甚至知名教授乘担讨论课）2）要在整个大学物理课程开设讨论课面临两大问题）要在整个大学物理课程开设讨论课面临两大问题 众多的众多的TA的教学质量管理；的教学质量管理；大批小班（一届大批小班（一届200多班）的排课与组织多班）的排课与组织 探求新的
10、教学组织模式。探求新的教学组织模式。例如：分层次，按类设班；定时定点，学生限额选课例如：分层次，按类设班；定时定点，学生限额选课9 习题讨论课习题讨论课(二二)守恒定律和质点系力学基础守恒定律和质点系力学基础教学要求教学要求：1 1、理解和区分三个守恒的条件；、理解和区分三个守恒的条件；2 2、掌握用守恒定律求解力学问题的方法；、掌握用守恒定律求解力学问题的方法；3 3、初步掌握质心及质心运动规律；、初步掌握质心及质心运动规律；4 4、掌握刚体定轴转动的规律；、掌握刚体定轴转动的规律；5 5、初步掌握分解质点系复杂运动的方法、初步掌握分解质点系复杂运动的方法。附件附件10指导书指导书1.3 三
11、三.3(砖块被拖动）砖块被拖动）讨论题讨论题1：Fvmv=const.皮带皮带M f驱动力驱动力m砖块砖块 f 的过程中，应该有：的过程中，应该有：m：vm=0vm=v判断下列说法是否正确：判断下列说法是否正确：（2）F 的功的功+f 的功的功=m获得获得的动能的动能（1）f 对对M的功的功=-（f 对对m的功）的功）（3）F 的功的功+f 的功的功=0（4）F 的功的功=m获得获得的动能的动能 教学目的：教学目的：功的定义；功的定义；动能定理。动能定理。11讨论题讨论题2：S 和和 S系都是惯性系系都是惯性系 在在 S 和和 S系系 中摆球（中摆球（+地地球）的机械能球）的机械能是否守恒？是
12、否守恒？S O.const VmS1）SS.const V2）在在 S 和和 S系系中弹簧振子中弹簧振子的机械能是的机械能是否否守恒？守恒？教学目的：功与参考系；教学目的：功与参考系；E守恒条件。守恒条件。12讨论题讨论题3 分析下列情况的守恒量：分析下列情况的守恒量：（1）锥摆）锥摆 o（2）两质点构成）两质点构成 的弹簧振子的弹簧振子 （光滑水平面上）（光滑水平面上）（3）球与匀质）球与匀质 杆的碰撞杆的碰撞oxl（3）中，动量是否守恒？一定不守恒？）中，动量是否守恒？一定不守恒？?x动量也能守恒？动量也能守恒？教学目的：守恒条件的分析和比较教学目的：守恒条件的分析和比较13讨论题讨论题4
13、：vmR1）功能原理是否成立？）功能原理是否成立？如图，一如图，一内壁光滑的内壁光滑的环状细管绕竖直轴环状细管绕竖直轴。管内小球自顶端无初速滑下。管内小球自顶端无初速滑下。221vmmgR2）设小球到图示位置时）设小球到图示位置时速度为速度为v,有人列式如下：有人列式如下：试试判断此式的正误，并说明理由。判断此式的正误，并说明理由。选圆环参考系，考虑小球的运动选圆环参考系，考虑小球的运动：教学目的：非惯性系中的功能关系。教学目的：非惯性系中的功能关系。14计算题计算题1 已知两带电粒子之间的静电力服从已知两带电粒子之间的静电力服从 库仑定律，即：库仑定律，即：如图，带电粒子如图，带电粒子1以某
14、一初速度正对远处以某一初速度正对远处的静止带电粒子的静止带电粒子2运动，运动，已知：已知：m1,q1,v10;m2,q2,粒子电荷同号；粒子电荷同号；求：两粒子的最近距离（万有引力远小于求：两粒子的最近距离（万有引力远小于 库仑力库仑力。rrqqkf221 m2，q2m1，q1v10教学目的：教学目的：保守力和势能保守力和势能 守恒定律，守恒定律，两体问题。两体问题。15计算题计算题2 如图示，黏土块以初速度斜射在匀质如图示，黏土块以初速度斜射在匀质 圆盘的顶端圆盘的顶端P点，后与圆盘点，后与圆盘黏合。黏合。h，R，M=2m，=60 已知：已知：求：求：当当P转到与转到与 x 轴重合轴重合 时
15、，圆盘的角速度和时，圆盘的角速度和（水平）（水平）xOM光滑轴光滑轴RPm（黏土块）（黏土块）0v对盘对盘M的作用力的作用力N 轴轴O教学目的：教学目的：定轴转动的守恒定律；定轴转动的守恒定律；转动定理；转动定理；质心运动定理。质心运动定理。16计算题计算题3：轮：轮1无驱动力，有初始角速度无驱动力，有初始角速度10.各轴承光滑，轮各轴承光滑，轮2初静止，放平后，恰初静止，放平后，恰 与轮与轮1接触，设两轮的质量及转动惯量接触，设两轮的质量及转动惯量 已知；杆质量不计。已知；杆质量不计。求：稳定后各自的角速度求：稳定后各自的角速度10 1R2RoJ1oJ2fro教学目的：教学目的：角动量定理；
16、角动量定理；守恒条件的判定；守恒条件的判定；运动学关系。运动学关系。17计算题计算题4 如图，内壁光滑的环状细管绕竖直轴如图，内壁光滑的环状细管绕竖直轴 旋转，旋转，无动力，轴光滑。无动力，轴光滑。初：管内球在初：管内球在，静止；各已知量如图标示。静止；各已知量如图标示。0?vmRJ求：球到水平位置求：球到水平位置时的相对速度时的相对速度教学目的：教学目的：守恒定律。守恒定律。18计算题计算题5：现象：在台面上合适地搓动乒乓球，乒现象：在台面上合适地搓动乒乓球，乒 乓球在桌面上前进一段距离后将会自动返回。乓球在桌面上前进一段距离后将会自动返回。1）试对此现象作定性解释；）试对此现象作定性解释；
17、2）设乒乓球可看成匀质刚性球壳，导出能产）设乒乓球可看成匀质刚性球壳，导出能产 生上述现象，其初始条件应满足的关系。生上述现象，其初始条件应满足的关系。教学目的：教学目的：刚体平面运动的分解；刚体平面运动的分解；质心运动定理；质心运动定理；质心参考系。质心参考系。19计算题计算题6 如图一匀质细杆长为如图一匀质细杆长为 l，质量为质量为 M，无约束地无约束地平放在光滑水平面上。一质量为平放在光滑水平面上。一质量为 m的小球以速度的小球以速度 v0 垂直于杆身与杆端作弹垂直于杆身与杆端作弹 性碰撞。设性碰撞。设 M 3m，求：碰后杆的求：碰后杆的 角速度角速度v0mM，l c要求：只列出求解所需
18、的方程。要求：只列出求解所需的方程。教学目的；教学目的；质点系守恒定律。质点系守恒定律。20讨论题讨论题3 分析守恒量：分析守恒量：（1）锥摆）锥摆 o（2）两质点构成）两质点构成 的弹簧振子的弹簧振子 （光滑水平面上）（光滑水平面上）（3）球与匀质）球与匀质 杆的碰撞杆的碰撞oxl（3）中，动量是否守恒？一定不守恒？）中，动量是否守恒？一定不守恒？?x动量也能守恒？动量也能守恒？参考解答选：参考解答选：21解：解：（1）.stcon0 EAAmgT 0gmT动量不守恒动量不守恒对对点：点：0,0AA gmrTromgTrAro角动量不守恒角动量不守恒对对o点：点：0oo gmrTr角动量守恒
19、角动量守恒（2）对双振子系统：无外力。）对双振子系统：无外力。能量、动量能量、动量 以及对任一定点的角动量守恒。以及对任一定点的角动量守恒。（3）能量是否守恒取决于碰撞性质；）能量是否守恒取决于碰撞性质；一般碰撞中轴对杆有横向力，外力不为零，一般碰撞中轴对杆有横向力，外力不为零，但对但对o点的力矩为零，故系统角动量守恒点的力矩为零，故系统角动量守恒 而动量不守恒。而动量不守恒。22解法一解法一：隔离用动量定理角动量定理：隔离用动量定理角动量定理 对象：杆。对象：杆。无水平轴力，有球的力无水平轴力，有球的力f这个位置称为撞击中心这个位置称为撞击中心mcmvtf 动量定理（水平）：动量定理（水平）
20、：231mltxf 角动量定理：角动量定理：2lvmc 运动学：运动学：lx32解解：若若x为某确定值，可使轴承处无水平力，为某确定值，可使轴承处无水平力，即使动量也守恒，即使动量也守恒，结果与杆的结果与杆的质量无关。质量无关。23计算题计算题5：讨论在台面上搓动乒乓球后，乒乓球讨论在台面上搓动乒乓球后，乒乓球 能自动返回的原理；能自动返回的原理；计算：初始条件应满足的关系（均质球壳）。计算：初始条件应满足的关系（均质球壳）。0 0cvRrf定性分析定性分析：若初始若初始运动方向运动方向如图，如图，则摩擦力方向一定向后。则摩擦力方向一定向后。摩擦力的作用：摩擦力的作用：cv对质心的运动对质心的
21、运动 对绕质心的转动对绕质心的转动,0cv当当而而0 时，乒乓球返回时，乒乓球返回!1转动方向和平动方向不可随意；转动方向和平动方向不可随意；00,2cv)的大小应满足一定关系的大小应满足一定关系结论：结论：240 0cvRrf质心运动方程质心运动方程tvmfcrdd 转动方程转动方程（对质心）（对质心）tmRRfrdd)32(2 )2(230gtR )1(0gtvvmgfccr 定量计算：定量计算：Rvvcc 0023 由由、式消式消去去 t，解得：解得：25Rvc2300 00 ;vc令令当初始速度和角速度大小满足当初始速度和角速度大小满足上述不等式时，乒乓球可返回。上述不等式时，乒乓球可返回。结束！结束！26
