数学物理方法教学改革探讨

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摘要：该文主要对数学物理方法课程的教学方法进行了研究，分析了以往教学中存在的问题。本着提高学生的学习积极性、培养学生灵活运用所学知识解决实际问题的能力、促进学生的最大化成长和发展的目的，我们对教学内容和教学方法改革进行了探索，旨在提高学生的学习积极性，注重培养学生的创新能力和应用能力。

关键词：数学物理方法;教学改革;创新能力;应用能力

1现有教学方法分析

数学物理方法是高等院校物理专业的传统必修课，同时也是很多工科专业的必修基础课程。作为很多专业的基础课，数学物理方法课程为它们提供必要的数学基础和工具，并培养学生的物理思维能力和锻炼学生运用数学工具解决实际问题的能力。数学物理方法这门课程从内容上讲，主要包括两部分：一部分是复变函数，主要讲授复数、复变函数的微积分及积分变换；另一部分是数学物理方程及特殊函数，指的是从物理学以及其它自然科学、技术科学中产生的偏微分方程。主要讲如何从实际问题中运用物理定律进行数学建模从而形成定解问题并介绍求解定解问题的各种方法。这门课是公认比较难学的课程，这是由于此门课程内容多、涉及面广，知识繁杂，学生反映不好学，听不懂，课后习题不会做等等。许多学生对这门课有畏难情绪，上课时不积极，这就往往导致课堂气氛沉闷，学习效果不佳。以往教学比较沉闷，注重解题过程和公式推导，这样的教学方法存在的主要缺陷有：(1)上课枯燥，不能提高学生的学习兴趣，造成了大部分学生平时上课缺乏积极性、主动性，学习学的刻板；(2)缺乏对学生的创新思维的培养和创新能力地培养，很多学生学完此门课程之后，只会机械的解题，而缺乏创新应用能力；(3)有一部分学生由于基础知识掌握的不好，学习此门课程比较困难，不能有效地参与到课程学习中。因此，如何对教学方法进行有效的改进，以提高学生的学习积极性、主动性、培养学生的创新能力和应用能力是非常重要的。

2教学改革探索与初步实践

基于多年的教学探索，我们对教学内容和教学方法进行了改进，提出了能够调动学生积极性并让学生充分参与到课程中的教学方法。通过初步的实施，发现改进后的教学方法大大提高学生的学习积极性，能够培养学生的创新能力和应用能力。

2.1关于教学内容的改进

在教学内容上，我们针对不同专业的学生准备了不同的教学案例。比如，在讲授平面向量场这一节，对于力学、能动专业的学生，我们准备了平面流速场的例题，这与他们的流体力学专业密切相关；而对于物理、广电专业的学生我们准备了平面静电场的例题，这与他们的静电学专业密切相关。再如，在建立波动方程时，对于力学、能动专业的学生我们以弦振动为例进行建模探讨，而物理专业的学生则以高频传输线作为教学实例。通过确立与学生专业相关的教学内容和教学案例，提高了学生的兴趣，也明确了此门课程对学生的重要性。

2.2关于教学方法的探讨

（1）对于教学方法改革，我们首先注意此课程强大的应用性，且具有实践背景和深刻的物理意义。因此，在讲授课程时，我们提出对于每一个例题，一定要数学建模、解题方法、编程可视化、分析物理意义一体化。在以往的教学中，过多地重视了解题方法的讲授，而忽视了可视化和分析物理意义这两个极为重要的环节。例如，对于讨论有限长弦的强迫振动。求解方法有：齐次化原理和按特征函数展开法。通过MATLAB或者MATHEMATICA编程，进行可视化，可以将弦的振动过程进行动画演示，可以通过调节施加的外力，观察对弦的振动的影响，并且注意到当时间的外力频率与弦的固有频率充分接近的时候，会引起共振，产生大的振荡。因此，在启发我们意识和理解到建设桥梁时为何要避免共振，而在无线电中为何有时又要共振。在要求学生课后作业时，也要做到数学建模、解题方法、编程可视化、分析物理意义这四个过程缺一不可，并且是组织安排学生进行报告。这样可以培养学生的创新能力和实践应用能力。（2）学生的分组共同作业。前面提到解决一个问题，需要数学建模、解题方法、编程可视化、分析物理意义四个关键步骤。但是有一部分同学的基础不好，独立完成这一切是很困难的，为此，我们提出了分组作业。两三个同学一组，共同作业，可以相互帮助、相互学习、相互研究、相互提高，培养学生的协作能力，促进学生的全面总体成长。（3）让学生参与到课程教学中。在一学期安排5～6次的学生课堂。给每组学生一周左右的时间准备，上前讲授某种方法或者某个内容。让学生充分的参与到课堂教学中，充分调动了学生的学习积极性，发挥了他们极大的潜能。

2.3初步实施效果

上述的教学内容和教学方法改革，我们已经逐步进行了实施，效果是让我们惊喜的。（1）提高了学生的学习积极性和对此门课程的学习兴趣。上课学生热情饱满，能够很好地跟教师互动，积极思考、回答老师提出的问题。（2）充分激发了学生的求知欲和潜能。当让学生上前讲授内容或者做报告时，往往能够得到很多惊喜，学生能够查阅很多相关的资料，并能深入思考问题，呈现出很好的课堂教学。（3）培养了学生的创新思维和应用能力。每次学生报告时，都能通过小组合作，提出解决方案，利用软件进行编程，实现可视化，极大地锻炼了学生的创新应用能力。在全国大学生数学建模竞赛和美国大学生数学建模竞赛中均取得了优异成绩。

3结语

经过实验，将教学改革方案应用指导数学物理方法课程的授课中，确实调动起了学生学习此门课程的兴趣，学生通过软件编程进行可视化，不仅极大地调动了他们的学习积极性，而且通过对物理现象的演示，很好地加深了对问题的理解。通过学生课堂和平时的小组协作作业培养了学生利用数学知识进行建模、解决实际问题的能力，全面提高了学生对数学物理方法课程的知识掌握，培养了学生的创新能力。

作者:牟海宁 单位:中国石油大学(华东)理学院计算数学系

参考文献:

[1]梁昆淼.数学物理方法[M].4版.北京：高等教育出版社，2010.

[2]王元明.数学物理方程与特殊函数[M].4版.北京：科学出版社，2012.

[3]彭芳麟.数学物理方程的MATLAB解法与可视化[M].北京：清华大学出版社，2004.

[4]杨华军，江萍，何文森，等.数学物理方法与创新实验教学改革[J].实验科学与技术,2013,11(5):253-255