作者：孙燕云副教授 物理科学与技术学院

西南交通大学唐立新优秀教师奖获得者

大学物理课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分，该课程是科学工作者和工程技术人员的公共基础课。由于知识性强、覆盖面广、学时有限，该课程一直被部分同学视为大学中最难学的课程之一。

一、存在的问题

部分同学把学习物理的过程戏说为：“听物理如雾里，雾里看物理”。在这样的氛围中，学生们怀着畏难心理在课堂上惶惶然，静不下心、跟不上趟。在这种背景下，如何能潜移默化地诱导学生使其在课堂上渐入佳境，帮助学生重建学习物理的自信心甚至学习热情显得尤为重要。

另一方面，一部分学生错误地摆放了学习与分数的关系，舍本逐末地唯分数至上，把学习当做了追逐学分绩点和奖学金的途径。其原因在于学生没有真正理解课程的实质，没有体会到学习的乐趣。若再深究的话，其实是缺乏学习的原动力。因此，培养学生学习物理的原动力，是有效帮助他们自觉进行知识重构的基础。

二、解决方案

面对上述两方面的突出问题，考虑到大学生自身的人生阅历，笔者常常着意将课程设计为从大学生生活出发探索物理规律，把每一位学生当作物理规律的发现者，引领他们品尝成功的乐趣，并进一步爱上学习、爱上物理。在下文中，将以案例为载体介绍具体教学思路。

磁约束指的是用非均匀磁场将带电粒子约束在某一限定空间内的一种技术，在受控热核反应研究领域中应用广泛。如果仅从洛伦兹力出发分析带电粒子的受力及其运动行为，则稍显枯燥无趣。为了在课堂上解决前文提到的两个问题，笔者做了如下努力：

1.导语

在正式开始这个话题之前，先以聊天的形式和学生分享了在微信群的一个消息。该消息称，“当晚12:30-3:30极度危险，因为高能宇宙射线会贴近地球通过”。闻言，学生遂做轻松笑谈状。叙述完之后，转而问学生，当我们看到这则消息时，是该毫不犹豫地转发还是该认真思考其真实性呢？如果这则消息是谣言，又该从哪个角度来攻破呢？此时，已有学生开始蹙眉思考，还有学生已自发组团进行了积极地小组讨论。种种迹象表明，学生已经对这个发生在身边的话题产生了浓厚的兴趣，并迫切地想要知道答案。当学生再次把目光汇聚到教师身上时，笔者则缓缓走到讲台上，字正腔圆地说：“答案就在本讲课中，欢迎同学和我一起走进物理，寻觅真理。”学生遂相视而笑，意味着他们已经在不知不觉中放下心理包袱，心情愉悦地开始了课堂学习之旅。

2.铺垫

而后，教师提出了一个阶段性问题：如何能将带电粒子约束在某一有限区域中？在回答这个问题的过程中，师生一起先从在非均匀磁场中运动的带电粒子出发，分析它的受力，预测它的行为。当发现带电粒子可以被图1所示的磁场约束住时，学生似乎轻轻松了一口气，大有如释重负之感。然而，事情不止这么简单。

图1. 磁镜

图2. 磁瓶

待学生稍作放松之后，笔者引领学生把注意力放在了洛伦兹力的另一个分量F₁（如图1）上，让他们自行分析F₁对带电粒子运动的影响。经过短暂的思考，即有学生指出，F₁总是阻碍带电粒子向强磁场方向做运动。闻言，教师便引领学生细细分析该力的影响，果然发现粒子尽管一开始朝向强磁场方向运动，但之后在F₁的作用下会历经减速、零速以及反向的运动过程。当带电粒子反向运动时，表明该粒子已经从强磁场区逃逸出来，也即摆脱了磁约束。当发现带电粒子这种逃逸行为似乎预示着之前的工作都是无用功时，有些学生脸上不禁流露出了困惑的表情迷茫的神情。

3.转折

显然，对部分学生而言，上课之初建立起来的热情此时已被消耗大半。如果不能在短时间内攻克，他们就会彻底放弃，并在心中强化 “物理难学”这种观点。此刻有两种处理方法，一是教师直接揭晓问题答案，但学生在其中很难获得成就感，甚至可能会滋生出“我怎么那么笨”的挫败感，不利于后期学习；二是引导其自行寻找答案，如果成功的话学生会印象深刻，也会体会到科学探索的乐趣，但困难之处在于需要教师想办法调动学生的积极性，致力于启发学生的智慧。

4.收合

鉴于教室里的大学生大多20岁左右，青春活泼、思维敏捷，笔者便举了一个与他们生活密切相关的例子作为引子：“如果想要把一只蚂蚱约束在有限空间中，我们该怎么办？”笔者边说边伸出一只手，手心向上五指略弯，另一只手的食指在其中弹跳，仿佛是一只跳跃的蚂蚱。当教师把询问、信任的目光投向学生时，学生立即反应过来应该在约束蚂蚱的那只手上面扣一个盖子。而后，笔者又问，现在把那个蚂蚱替换成为带电粒子，我们该如何约束它？此时，几乎全班同学都异口同声的答道：再加一个非均匀磁场！（如图2）。“恭喜大家，你们想得和物理学家一模一样，这种能约束带电粒子的磁场分布就被称作磁瓶”！我赞许地看着台下的学生，洋溢在学生脸上的成就感令人陶醉。这种快乐无关成绩，只为真心。笔者相信在这一过程中，拉近了他们与物理学的距离，深化了他们对磁场中运动的带电粒子行为的认识，并在他们心中播种了一颗爱好科学探索的种子。

接下来，笔者对学生说：“这样，就把这个带电粒子约束在这一空间中了。但这种操作并非是人类的专利，事实上大自然也是这么做的，比如我们的地磁场就是一个“弯曲的磁瓶”（图3）。现在，请大家帮我分析一下，如果有高能带电粒子来到地球附近时，会发生什么现象？”同学们开始七嘴八舌地发表意见，都认为带电粒子会被约束在地磁场形成的这个“弯曲的磁瓶”中。紧接着，笔者又问学生：“在非南北极区域，例如在成都，可能在地表发现大量的高能带电粒子吗？”学生纷纷摇头。“所以，我们该不假思索地转发那则微信消息吗？”学生再次沸沸扬扬地表达了反对意见。最后，笔者还简单地和学生们分析了一下地球南北极的极光现象与高能粒子的关系。

图3. 地球磁场

至此，关于那则微信信息的讨论告一段落。在讨论的过程中，学生不仅学会了如何分析运动电荷在磁场中的行为，还锻炼了他们的批判思维和处理实际问题的能力。而所有的这一切，都在无声无息中进行，潜移默化地润入了学生的心田。

借这个机会，笔者还告诉学生：“现在微信群中存在一些虚假信息，要想做到不信谣不传谣、明辨是非、去伪存精，不仅要提高自己的思想道德修养，同时还应提高自己的科学文化素养。在这个提高的过程中，大学物理会祝大家一臂之力，真诚地希望大家能够继续认真学习物理。”闻罢，同学们都会心的笑了，笑容中有感慨、有认同也有顿悟。

随着这个案例的完结，笔者的教学思路也相对完整地呈献给了大家，个人拙见，欢迎批评指正。

三、结束语

一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。教师对学生的影响具有长期性，该影响不会随着课程的结束而完结，还可能改变学生的人生轨迹。由于很难在短时间内充分显现出教学成果，人们常常称教学为一个良心活。既然肩负着培养人才的神圣使命，我们就当全心全意为人民服务，着力帮助和鼓励学生进行深刻而有效的学习，力求同时在智力和教育两方面影响学生，并使他们产生更多的求知欲。

每学期课程结束时，笔者都会请同学们对本人开设的大学物理进行书面评价，该评价不与成绩挂钩，自愿参加。采用这种方式的目的在于希望学生能够放下包袱，畅所欲言。在回收的反馈意见中，有学生表示在物理课上找到了学习的乐趣，有学生表示喜欢这种上课方式，还有学生表示该课程改变了她/他对生活的态度……

看到学生的反馈，笔者收获了满满的幸福。不知学生们是否明了，我的梦想就是有一天他们不必再有所依仗，自己就能乘风破浪，一往无前。愿笔者的努力可以为莘莘学子提供更多的助力，助他们早日成才！