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關(guān)鍵詞:中學(xué)生;德育;物理
教學(xué)中德育因素的深入挖掘和教育契機(jī)的隨時(shí)捕捉,是一種創(chuàng)造性的勞動(dòng),也是一種教育的藝術(shù)。在教學(xué)中滲透德育內(nèi)容,從局部看是細(xì)微的,但滴水成河,積沙成塔,一個(gè)標(biāo)點(diǎn)、一句話、一道習(xí)題、一個(gè)實(shí)驗(yàn),都能啟發(fā)學(xué)生情感,啟迪學(xué)生思維。
第一,激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情
我國(guó)古代許多的物理學(xué)家,對(duì)物理發(fā)展有過(guò)很大的貢獻(xiàn),不少研究成果長(zhǎng)期居世界領(lǐng)先地位。如指南針的發(fā)明與應(yīng)用,不僅在我國(guó)古代軍事、生產(chǎn)、日常生活中起過(guò)重要作用,且對(duì)促進(jìn)東西方文化的交流和世界的發(fā)展都有功績(jī)。這充分體現(xiàn)了我們祖先的聰明和才智,值得我們每一位炎黃子孫感到驕傲和自豪。[1]
青年學(xué)生朝氣蓬勃,愛(ài)動(dòng)性強(qiáng),好奇心盛,實(shí)驗(yàn)對(duì)他們有很強(qiáng)的吸引力,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,同學(xué)們既得動(dòng)手,又得動(dòng)腦,不僅要想是什么?還要想為什么,特別是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),更能激發(fā)同學(xué)們的興趣,為此學(xué)生的創(chuàng)造性思維便會(huì)得到迅速全面的發(fā)展。對(duì)于物理教師來(lái)講,除學(xué)生實(shí)驗(yàn)必須全部做以外,還應(yīng)想方設(shè)法自制教具,改造實(shí)驗(yàn),把演示實(shí)驗(yàn)盡可能多地變成學(xué)生實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)多一些,使其手之所演,目之所視,耳之所聽(tīng),鼻之所嗅,心之所想融為一體。這樣做,一可加深理解,二可增強(qiáng)記憶,三可提高興趣。
又如,我國(guó)近代著名的力學(xué)家、火箭專家錢學(xué)森,它所涉及的學(xué)術(shù)領(lǐng)域十分廣泛,無(wú)論在理論上還是在實(shí)際應(yīng)用中都作出了一定的貢獻(xiàn),尤其是對(duì)我國(guó)火箭導(dǎo)彈和航天事業(yè)的迅速發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn),被稱為“中國(guó)的導(dǎo)彈之父”。通過(guò)對(duì)我國(guó)歷史上有關(guān)科學(xué)家的發(fā)明創(chuàng)造和我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的偉大成就的事實(shí),培養(yǎng)了學(xué)生的民族自信心、自豪感、責(zé)任感,樹(shù)立了為民富國(guó)強(qiáng)而艱苦奮斗的獻(xiàn)身精神,激發(fā)了他們的愛(ài)國(guó)熱情。
第二,激勵(lì)學(xué)生勤奮學(xué)習(xí)。
歐姆定律是電學(xué)中的重要規(guī)律,在講解歐姆定律時(shí),首先向?qū)W生介紹德國(guó)的物理學(xué)家歐姆,得到這個(gè)結(jié)論是不容易的,經(jīng)歷了10多年的辛勤勞動(dòng),做了大量實(shí)驗(yàn)。同時(shí),介紹學(xué)生課后閱讀文章后的“歐姆堅(jiān)持不懈的精神”,對(duì)學(xué)生進(jìn)行教育和激勵(lì)。
豐富、有趣、新穎、別致的教學(xué)內(nèi)容能使學(xué)生產(chǎn)生新鮮感,引出好奇心,激起同學(xué)們的濃厚興趣,他們就會(huì)愿意學(xué),喜歡鉆,自主地動(dòng)腦探索知識(shí)奧妙,愉快地尋求知識(shí)歸宿,從而煥發(fā)起更高的求知欲,這對(duì)于物理概念的形成、物理規(guī)律的掌握會(huì)起到積極的促進(jìn)作用。講相對(duì)運(yùn)動(dòng),舉第一次世界大戰(zhàn)時(shí)法國(guó)飛行員在高空用手抓住一顆德國(guó)的子彈的真實(shí)故事;講液體浸潤(rùn)、解釋日常生活中人們?yōu)槭裁凑f(shuō)“落湯雞”而不說(shuō)“落湯鴨”的道理;講實(shí)深與視深,引用了詩(shī)詞名句:“魚(yú)翔淺底”來(lái)例證。[2]這樣做,便可使原本比較枯燥抽象的授課內(nèi)容變得生動(dòng)有趣、形象逼真,產(chǎn)生很強(qiáng)的感召力,使課堂氣氛活躍,知識(shí)信,宣傳遞輕松愉快。
第三,增加德育藝術(shù)技巧。
物理課文中內(nèi)涵豐富的思想教育因素,通過(guò)發(fā)掘、引導(dǎo),使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)、發(fā)展智力的同時(shí),在思想、品德和其他心理素質(zhì)上都能夠得到相應(yīng)的發(fā)展。
正確的教學(xué)目標(biāo)確定后,下一步教學(xué)方法的恰當(dāng)與否將起著決定性的作用,教師要根據(jù)授課類型、知識(shí)內(nèi)容、學(xué)生基礎(chǔ)的不同,“善于設(shè)計(jì)相應(yīng)的最優(yōu)教學(xué)方法,最大限度調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性,從而發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造思維,以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。例如,玻耳原子理論抽象、難懂,在處理這一教材時(shí),就不能一下子正面接觸課題,而要采取迂回包剿、分步到位的方法,才可能化難為易,過(guò)渡自然;再比如,動(dòng)量守恒定律,應(yīng)用廣泛,條件嚴(yán)格,使用時(shí)得格外小心,如果采取設(shè)疑置障、邊講邊練邊議的方法,引學(xué)生下深海入迷宮,參與教學(xué),一定會(huì)使學(xué)生興趣盎然,收效較大。
德育教學(xué),不但會(huì)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)教學(xué)信息的吸收,而且會(huì)對(duì)難點(diǎn)知識(shí)起到緩沖軟化的作用。語(yǔ)言形象準(zhǔn)確,物理研究對(duì)象就會(huì)更加形象逼真;語(yǔ)言幽默、有趣,能使同學(xué)們歡暢樂(lè)學(xué);語(yǔ)言生動(dòng)、簡(jiǎn)練,會(huì)讓人生智開(kāi)竅。所以教學(xué)語(yǔ)言盡量做到生動(dòng)、形象、幽默、準(zhǔn)確、親切、清晰、簡(jiǎn)練、有趣。引起了同學(xué)們興趣,還加深了學(xué)生的記憶。
在教學(xué)中我注意強(qiáng)調(diào)德育滲透的三個(gè)原則:有意原則、有序原則、有機(jī)原則?!坝幸狻保杭唇滩呐c德育目標(biāo)的相關(guān)性、一致性和同步性,要求我們教師在教學(xué)中充分吃透教材,實(shí)行德育的目標(biāo)控制。“有序”:即對(duì)教學(xué)的德育內(nèi)容進(jìn)行系列組合,優(yōu)化教材中的思想教育因素,使一個(gè)觀點(diǎn)、一種思想在學(xué)生的心靈中逐步培養(yǎng)和建立起來(lái),從而獲得良好的整體效應(yīng)?!坝袡C(jī)”[3]:即選擇好教學(xué)與德育的最佳結(jié)合點(diǎn),找準(zhǔn)某一知識(shí)或訓(xùn)練點(diǎn)為突破口。這樣我們就不是單純的“教書(shū)匠”,而是育人的“工程師”。
第四,增強(qiáng)學(xué)生為“四化”建設(shè)作貢獻(xiàn)的決心
物理的產(chǎn)生和發(fā)展,從來(lái)就是和生產(chǎn)實(shí)踐與科技水平密切相關(guān)的。能否運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)順利地解決實(shí)際問(wèn)題,這是學(xué)生素質(zhì)教育的核心,也是評(píng)價(jià)物理教學(xué)的重要標(biāo)志,因此,我在教學(xué)中堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際的原則,把“學(xué)”與“用”緊密結(jié)合起來(lái)。
反饋講評(píng)要及時(shí)準(zhǔn)確,反饋是教學(xué)過(guò)程的重要環(huán)節(jié),它對(duì)于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,大面積提高教學(xué)質(zhì)量起著重要的作用,課堂提問(wèn),板演搶答、實(shí)驗(yàn)操作,章節(jié)小測(cè)、作業(yè)批改、評(píng)教評(píng)學(xué)等即時(shí)反饋和延時(shí)反饋相間進(jìn)行,互補(bǔ)長(zhǎng)短。即時(shí)反饋貴在迅速及時(shí),趁熱打鐵,把同學(xué)已激起的思維推向更高一層、更深一步,極大地增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性;延時(shí)反饋,好在反復(fù)實(shí)踐,功多底深,反饋信息準(zhǔn)確性高,時(shí)效性長(zhǎng),為改進(jìn)信息再次輸入的內(nèi)容方式提供實(shí)踐依據(jù),更能結(jié)合學(xué)情,有的放矢,但兩者反饋都必須及時(shí),準(zhǔn)確,早接收反饋信息,就會(huì)早把錯(cuò)誤消滅在萌芽之中,少走彎路,少出狂力,同時(shí)使正確的東西早發(fā)揚(yáng)光大。[4]
總之,隨著學(xué)生的年齡增長(zhǎng),同學(xué)們自我意識(shí)濃厚,已經(jīng)不滿足那種“上課由著教師灌,自習(xí)圍著習(xí)題轉(zhuǎn)”的舊教學(xué)模式,最樂(lè)意按照自己的意圖思維,來(lái)行事,來(lái)解決一些實(shí)際問(wèn)題。我們應(yīng)該滿足中學(xué)生這種心理要求,組織攝影組、板報(bào)組、航模組、無(wú)線電小組、家電維修小組、小制作小組等,第一課堂打基礎(chǔ),第二課堂展才華,讓他們?cè)趯?shí)踐中受鍛煉,長(zhǎng)才干,同時(shí)定期舉行小型競(jìng)賽,物理學(xué)史實(shí)筆賽、基本概念搶答賽、物理規(guī)律猜謎賽、設(shè)計(jì)新型實(shí)驗(yàn)賽,讓物理愛(ài)好者充分發(fā)揮特長(zhǎng),取得成功,以成功激情趣。
參考資料
[1] 胡星雨,初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的素質(zhì)教育[J],教育網(wǎng),2013[10]
[2] 張瑞琨,中學(xué)物理備課資料手冊(cè)[J],教育網(wǎng),2010[3]
關(guān)鍵詞:中學(xué)物理;難點(diǎn)問(wèn)題;分析
中學(xué)物理,其知識(shí)密度大,定量討論多,研究問(wèn)題和解決問(wèn)題需要新思想、新方法、新思路、新點(diǎn)子。教材內(nèi)容的突然拔高是難以突破的主要原因,要實(shí)現(xiàn)教材內(nèi)容的順利突破,關(guān)鍵在于幫助學(xué)生解決好這些問(wèn)題。
第一,讓學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)抽象
物理上為了使所研究的問(wèn)題簡(jiǎn)化,往往將研究對(duì)象理想化。如:質(zhì)點(diǎn)、剛體等;將研究過(guò)程理想化。如:勻速運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧振動(dòng)等;還將研究條件理想化。[1]如:無(wú)摩擦面,絕熱容器等。然而,如質(zhì)點(diǎn),勻速運(yùn)動(dòng)等在實(shí)際中都是不存在的,有的同學(xué)對(duì)此感到迷惑不解。既然不存在,那又何必研究呢?其實(shí)這正是物理學(xué)研究問(wèn)題時(shí)常用的簡(jiǎn)化方法。它的實(shí)質(zhì)是,忽略次要方面,突出主要方面的一種科學(xué)的抽象。如質(zhì)點(diǎn),就是具有一定質(zhì)量而沒(méi)有大小和形狀的物體,是理想化模型,許多物理規(guī)律正是用物理模型得出的。
這種思想的建立,需要改變學(xué)生頭腦中原有圖式,而接受新的圖式,從而引起圖式的質(zhì)變。因此,從“質(zhì)點(diǎn)”教學(xué)起,就要求學(xué)生掌握科學(xué)的抽象,使其頭腦中的圖式,不斷得到豐富和發(fā)展,從而促進(jìn)其認(rèn)識(shí)水平產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)的飛躍。
第二,注重學(xué)生開(kāi)拓思路
有些物理概念比較抽象。其思維形式和過(guò)程又比較復(fù)雜,而對(duì)于在思路幾乎是“直來(lái)直去”的同學(xué)來(lái)說(shuō),要理解和掌握這些概念確不是件易事。因此,在講授新知識(shí)的同時(shí),更要注重開(kāi)拓新思路,以提高學(xué)生的抽象思維能力。用“比值”定義的物理量就是其中一例。如:對(duì)加速度的定義式a=Δv/Δt,學(xué)生已感到明顯地不適應(yīng),他們?cè)诰唧w判斷加速度大小時(shí),總習(xí)慣把加速度跟速度聯(lián)起來(lái)考慮,他們認(rèn)為,根據(jù)定義式,加速度跟Δv成正比,跟Δt成反比。例如,豎直上拋物體運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)a≠0的事實(shí),學(xué)生的思路就是通不過(guò),他們認(rèn)為此刻的v=0,物體都停止運(yùn)動(dòng)了,哪兒還有什么加速度?而且令學(xué)生更加不可思議的是,加速度的大小跟Δv、Δt均無(wú)關(guān)。出現(xiàn)這種錯(cuò)誤的原因在于學(xué)生的抽象思維能力不足:(1)把加速度跟速度概念混淆不清,認(rèn)為物體只有運(yùn)動(dòng)起來(lái)才可能有加速度。(2)不理解公式的物理意義,而把定義式純數(shù)學(xué)化了,即習(xí)慣于從數(shù)字角度分析物理量之間的關(guān)系,從而引起思維錯(cuò)誤,把“量度”公式跟“決定”條件混淆不清。其實(shí),定義式a=Δv/Δt,只是加速度的“量度”式,而不是其“決定”式。為了使學(xué)生心悅誠(chéng)服,理清思路,我舉了兩個(gè)例子,深入淺出,以啟發(fā)學(xué)生“順應(yīng)”。例1,要想知道兩個(gè)同學(xué),誰(shuí)跑得快,可以讓他們同跑一百米,并用跑表“測(cè)量”,然后根據(jù)v=s/t計(jì)算?!氨戎怠贝笳吲艿每?,但他們兩人的速度大小卻與所選的一百米(s)及一百米所用時(shí)間(t)均無(wú)關(guān)。例2,要知道某物質(zhì)的密度,可“測(cè)”出其質(zhì)量(m)和體積(V),然后用p=m/v計(jì)算,但其密度大小卻與m、V均無(wú)關(guān)。這兩個(gè)例子,形象地說(shuō)明了“量度”不等于“決定”。類似于加速度用“比值”定義的物理量以后還很多,對(duì)于這些抽象的概念,我們要引導(dǎo)學(xué)生弄清它的實(shí)質(zhì),消除思維障礙。這樣對(duì)以后的電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度等概念將會(huì)得心應(yīng)手。[2]
第三,讓學(xué)生突破思維定勢(shì)
思維定勢(shì),對(duì)人的大腦思維活動(dòng)起著兩種作用。一是有利于學(xué)習(xí)新知識(shí)而產(chǎn)生的正向遷移,其作用無(wú)疑是積極的,但是,當(dāng)思維定勢(shì)對(duì)學(xué)習(xí)新知識(shí)起干擾作用,即產(chǎn)生負(fù)向遷移,其作用則是消極的。
“已有知識(shí)負(fù)遷移”;“相異構(gòu)想”(前科學(xué)概念中錯(cuò)的概念);以及“生活中積累的錯(cuò)誤觀點(diǎn)”等,都會(huì)造成一定的妨礙再認(rèn)識(shí)的思維定勢(shì),他們往往帶著“框架模式”去套認(rèn)新知識(shí),缺乏全面思考問(wèn)題的思維素質(zhì),因而常常會(huì)遇到許多出乎意料的結(jié)論,從而發(fā)出了“物理難學(xué)”的感嘆。[2]
例如:先入為主的標(biāo)量概念對(duì)矢量概念的建立,就是一個(gè)干擾。如講勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度時(shí),由于一些同學(xué)把加速度理解為速度的量值變化的快慢,而不習(xí)慣考慮其方向的變化。所以,一提勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的加速度,他們頭腦中,預(yù)先就有這樣的圖景:“既然物體作勻速圓周運(yùn)動(dòng),則v[,2]跟v[,1]就應(yīng)該相等,從那兒來(lái)的速度的變化量Δv?加速度也就無(wú)從談起了”。但其向心加速度公式a=ω[2,]R或a=v[2,]/R,充分說(shuō)明了向心加速度確有實(shí)實(shí)在在的量值。這一事實(shí),學(xué)生往往感到莫明其妙。這就需要突破思維定勢(shì)。筆者對(duì)“向心加速度”一節(jié)是這樣處理的:索性一開(kāi)始就給出其結(jié)論,a=ω[2,]R、a=v[2,]/R,以建立懸念;接下來(lái)復(fù)習(xí)矢量的概念,并突出其“方向”;然后用矢量的平行四邊形法則,導(dǎo)出由于v[,2]跟v[,1]“方向”不同而產(chǎn)生的Δv,這樣加速度也就在其中了,接著導(dǎo)出向心加速度公式,最后用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。[3]可見(jiàn),學(xué)了向心加速度后,既擴(kuò)大了矢量和加速度的外延,又使學(xué)生對(duì)這些概念的內(nèi)涵有了更深刻的理解。因此,對(duì)于一些難理解的概念,要注意分階段進(jìn)行,不能企圖“一口吃胖”,強(qiáng)調(diào)“一次講深講透”的作法,是不符合學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律的。
第四,要彌補(bǔ)學(xué)生數(shù)學(xué)知識(shí)的欠缺
同學(xué)們總說(shuō),物理難學(xué),難在哪里呢?客觀地說(shuō),難,并不完全難在物理問(wèn)題的本身,一些同學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差,不能適應(yīng)教材內(nèi)容需要,在物理問(wèn)題上,由于數(shù)學(xué)卡殼的情況比比皆是,數(shù)學(xué)知識(shí)的欠缺是學(xué)生接受新知識(shí)和解題中的一大障礙。
數(shù)學(xué)是物理推理思維的方法,是量化物理變量、定義物理概念,表述物理過(guò)程的工具?!肮τ破涫?,必先利其器”,對(duì)于教學(xué)中涉及到的數(shù)學(xué)問(wèn)題,應(yīng)先了解學(xué)生的掌握情況,然后酌情作必要的復(fù)習(xí)。如:從建立坐標(biāo)系開(kāi)始就包括確立自變量,找出函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)問(wèn)題;進(jìn)行矢量運(yùn)算時(shí)涉及到平面幾何、三角等方面的知識(shí);天體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算中,要用到冪和根式的運(yùn)算知識(shí)等。有時(shí)還要涉及到一些未學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)知識(shí)。[4]如“弧度”的概念,由于相關(guān)知識(shí)不清,一周角=360°,在學(xué)生頭腦中根深蒂固,而一周角=2π弧度,則十分陌生,因而弧度的概念很難建立,以致用弧度作圓心角單位而導(dǎo)出的弧長(zhǎng)公式l=Rθ,學(xué)生更是難以接受。有經(jīng)驗(yàn)的教師常說(shuō):“弧度往往引起學(xué)生糊涂”。
總之,學(xué)生平時(shí)所學(xué)知識(shí)都是些被分割的、零碎的知識(shí)片斷。非常容易被遺忘,而且新課教學(xué),不宜也不可能把概念的內(nèi)涵和外延揭示的十分透徹和全面,只有通過(guò)復(fù)習(xí),才有可能把知識(shí)拓寬和加深,才有可能對(duì)已學(xué)知識(shí)達(dá)到深刻理解的程度。
參考資料
[1] 陶洪.《物理實(shí)驗(yàn)論》.廣西:廣西教育出版社,1996.
[2] 安忠.劉炳升.《中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究》.北京:高等教育出版社,1986.
一、引導(dǎo)學(xué)生閱讀,培養(yǎng)自學(xué)能力
在初二開(kāi)始上物理課時(shí),我就向?qū)W生提出“以課本為主,課前要預(yù)習(xí),要學(xué)會(huì)讀書(shū)”的要求,為了幫助學(xué)生學(xué)會(huì)讀物理書(shū),我還特別向?qū)W生提出預(yù)習(xí)時(shí)要注意了解:(1)看完一節(jié)(或一段)課文講了什么物理現(xiàn)象?某個(gè)實(shí)驗(yàn)室怎樣進(jìn)行的,說(shuō)明什么問(wèn)題?(2)這一節(jié)(段)講了幾個(gè)什么物理概念和規(guī)律?在日常生活、生產(chǎn)實(shí)際中有哪些實(shí)例?(3)在閱讀課文過(guò)程中還要經(jīng)常提出“為什么”,并要設(shè)法解決。(4)看完了課文后,有什么不懂、不理解的問(wèn)題,并把不懂的、有疑問(wèn)的問(wèn)題記在筆記本上,以便上課時(shí)認(rèn)真聽(tīng)講,或者向老師提問(wèn)。除此之外,在開(kāi)始時(shí),我在課前還擬定了一些預(yù)習(xí)提綱,用小黑板寫好,供學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)參考。如上《摩擦力》這一節(jié)課前列出以下提綱:(1)什么叫做滑動(dòng)摩擦力?是否兩個(gè)物體只要接觸,就一定有摩擦力?(2)在圖9—11所示的試驗(yàn)中為什么要強(qiáng)調(diào)木塊要做勻速運(yùn)動(dòng)?為什么從彈簧秤讀出拉力,就知道了木塊和木板之間的摩擦力?(3)滑動(dòng)摩擦力的大小和哪些因素有關(guān)?有什么關(guān)系?通過(guò)預(yù)習(xí)提綱引導(dǎo)學(xué)生邊閱讀邊思考,幫助他們有的放矢地閱讀課本,了解課文的中心要點(diǎn),逐步學(xué)會(huì)提出問(wèn)題,并設(shè)法解決,從而不斷提高閱讀能力。最后,在每上完一個(gè)單元后,還要引導(dǎo)學(xué)生自覺(jué)認(rèn)真地進(jìn)行復(fù)習(xí),要求他們?cè)龠M(jìn)行一次全面閱讀,在閱讀過(guò)程中指導(dǎo)他們通過(guò)前后聯(lián)系、縱橫對(duì)比,將知識(shí)系統(tǒng)化、條理化,形成完整的知識(shí)結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步理解概念的內(nèi)涵和外延,明確公式和定律的成立條件和適用范圍,真正做到理解知識(shí),融會(huì)貫通。
二、挖掘教材特點(diǎn),指導(dǎo)閱讀的方法
物理課本中既有對(duì)現(xiàn)象的描述,又有對(duì)現(xiàn)象的分析、概括;既有定量的計(jì)算,又有要?jiǎng)邮肿龅膶?shí)驗(yàn)。在表述方面,既有文學(xué)“語(yǔ)言”,又有數(shù)學(xué)“語(yǔ)言”(公式、圖像),還有圖畫(huà)“語(yǔ)言”(插圖、照片)??催@樣的書(shū),既要懂得文字表達(dá)的意思,又要理解數(shù)學(xué)公式的計(jì)算及其含義,有時(shí)還得畫(huà)圖等等。學(xué)生剛開(kāi)始不易讀懂,也不太習(xí)慣,因此,一開(kāi)始教師就必須用心加以引導(dǎo),要求學(xué)生從頭到尾的看,并給予指導(dǎo),必要時(shí)在課堂上還得邊讀邊講,重要的句子、結(jié)論要求學(xué)生用筆劃出來(lái),對(duì)一些敘述復(fù)雜的段落還要予以分析解釋。例如《阿基米德原理》這一節(jié),學(xué)生通過(guò)閱讀課文后,對(duì)課文提出的概念、定義和原理就有了一個(gè)初步的輪廓,對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象也有所了解,并能作大致的分析,這時(shí)教師可通過(guò)提問(wèn)和學(xué)生一起進(jìn)行討論研究,使之進(jìn)一步理解,然后教師指出:誰(shuí)是受力物體,浮力的大小、方向以及在什么情況下才有浮力等。幫助學(xué)生理解“原理”的實(shí)質(zhì),而不致于去死背條文。物理公式是用數(shù)學(xué)“語(yǔ)言”來(lái)描述物理規(guī)律的一種數(shù)學(xué)表達(dá)式。初中學(xué)生不宜看懂,也往往把它當(dāng)作代數(shù)來(lái)看待,這就需要教師一開(kāi)始就要幫助他們?nèi)ヅ搴x。其實(shí),數(shù)學(xué)“語(yǔ)言”和文字“語(yǔ)言”是一致的,因此,先要訓(xùn)練學(xué)生當(dāng)“翻譯”,經(jīng)常要求他們將某一物理語(yǔ)言或數(shù)學(xué)語(yǔ)言“譯”成文字語(yǔ)言或者數(shù)學(xué)語(yǔ)言,如將歐姆定律I=U/R公式“譯”寫成“導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比”等等。然后,要求學(xué)生還要了解掌握公式的物理意義、適用條件、各物理量的單位以及公式的變形等,經(jīng)常這樣訓(xùn)練,就能逐步提高他們的閱讀能力。此外,物理課本中還常有一些物理術(shù)語(yǔ),如“屬性”、“狀態(tài)”、“路程”等,初中生也是不易理解的,也需要教師通過(guò)討論、比較,幫助學(xué)生去認(rèn)識(shí)、了解,使學(xué)生逐步掌握其本質(zhì)。
三、組織閱讀交流,分享成果的喜悅
關(guān)鍵詞:物理;演示實(shí)驗(yàn);例談
中圖分類號(hào): G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)是由教師操作、表演、示范的一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,與其說(shuō)一項(xiàng)專業(yè)技術(shù),不如說(shuō)一種教學(xué)藝術(shù),它既可以使學(xué)生很直觀形象地了解物理變化動(dòng)態(tài),也可以使學(xué)生掌握一定的觀察技巧,從而使學(xué)生對(duì)物理概念、原理、定律與法則的理解打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
一、要目的明確,忌隨心所欲
設(shè)計(jì)物理演示實(shí)驗(yàn)要具有明確的目的性。例如:在講授“慣性現(xiàn)象”這一內(nèi)容時(shí),我們可以選擇的演示實(shí)驗(yàn)較多。筆者就選擇了“雞蛋落杯”這個(gè)實(shí)驗(yàn),將三只裝有半瓶水的杯子,排列成一直線,在三只杯子的上方放一塊較平滑的薄木板、薄木板上放三個(gè)瓶蓋,并分別置于三個(gè)杯子的正上方,瓶蓋上各放一個(gè)雞蛋,用一個(gè)彈簧片猛彈薄木板,只見(jiàn)薄木板飛走,而雞蛋“涮涮”落入杯中。這是利用慣性表演的一個(gè)節(jié)目。開(kāi)始時(shí),雞蛋處于靜止?fàn)顟B(tài),當(dāng)我們用力彈擊薄木板時(shí),木板飛走,而雞蛋由于慣性,仍要保持原來(lái)靜止?fàn)顟B(tài),并在重力的作用下落入杯中。自此,學(xué)生能夠清楚地顯示出演示內(nèi)容的本質(zhì)特征。當(dāng)然,實(shí)驗(yàn)時(shí)要增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的趣味性,更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維積極性。
如演示“摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)系”時(shí),可調(diào)整吊盤上的重物的重量,使木塊就在桌面上作勻速直線運(yùn)動(dòng),這時(shí)繩子對(duì)木塊的拉力等于木塊與桌面間滑動(dòng)摩擦力。然后在木塊上加一個(gè)重物,增大木塊與桌面間的壓力,這時(shí)發(fā)現(xiàn),必須增加吊盤的重物,使拉力增大,木塊才能做勻速運(yùn)動(dòng)??梢?jiàn)增大木塊與桌面之間的壓力,木塊與桌面之間的摩擦力也增大。學(xué)生就很自然地得出“兩個(gè)物體間的滑動(dòng)摩擦力F的大小跟這兩個(gè)物體之間的壓力N大小成正比”的結(jié)論,從而輕松地掌握這節(jié)的內(nèi)容。
二、要明顯直觀,確保演示成功
演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)方便全體同學(xué)都能看清相應(yīng)的物理現(xiàn)象和過(guò)程,從而便于理解概念和規(guī)律。如果實(shí)驗(yàn)做不出來(lái),或者雖然做出來(lái)了,但很多學(xué)生看不清,該實(shí)驗(yàn)就是不成功的。因此,演示實(shí)驗(yàn)的直觀是最起碼的要求。一是物理過(guò)程的變化要顯著。為了使現(xiàn)象明顯,儀器的尺寸要比較大,尤其是觀察部分的尺寸要大,刻度線條要粗,要使教室內(nèi)最遠(yuǎn)的同學(xué)也能看清。這樣做雖然有時(shí)演示的精密度會(huì)有所降低,但可以用感受效果來(lái)彌補(bǔ)。必要時(shí)可以借助投影、幻燈片、機(jī)械放大、多媒體等手段增強(qiáng)現(xiàn)象的明顯性,提高觀察效果。二是儀器簡(jiǎn)單,過(guò)程明了。演示之所以要直觀,就是為了能從實(shí)驗(yàn)中直接觀察到物理過(guò)程,認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象的本質(zhì),而不需要過(guò)多地拐彎抹角,受其它無(wú)關(guān)因素干擾。
特別是在一些為建立物理概念的定性演示中,沒(méi)有必要選擇精密復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)裝置。例如,用旋轉(zhuǎn)電樞(或磁鐵)的方法演示電動(dòng)機(jī)的原理就比搬一個(gè)真的電動(dòng)機(jī)來(lái)做實(shí)驗(yàn)更能突出物理原理。再者,儀器擺放的位置,被觀察主體與背景的色調(diào)對(duì)比等也會(huì)影響觀察效果。通??刹捎醚菔景?、磁性黑板、染色、照明等方法來(lái)增強(qiáng)觀察效果。這樣使得觀察的主要部分突出,色彩對(duì)比度大,操作簡(jiǎn)便,現(xiàn)象明顯。
三、要有啟發(fā)性,引發(fā)學(xué)習(xí)興趣
演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱峁┴S富的感性材料,變抽象為形象,具備啟發(fā)性特點(diǎn),容易引發(fā)學(xué)習(xí)興趣。例如,在講“熱傳遞”時(shí),為了引起學(xué)生的注意,開(kāi)始不要平平淡淡地介紹傳遞的方式,而是先給學(xué)生做一個(gè)“火燒小鯉魚(yú)”的實(shí)驗(yàn),這個(gè)題目本身就會(huì)引起學(xué)生的強(qiáng)烈興趣和高度注意,當(dāng)教師介紹完實(shí)驗(yàn)的裝置要?jiǎng)邮肿鰧?shí)驗(yàn)時(shí),學(xué)生的注意力幾乎都集中在看老師怎樣點(diǎn)燃酒精燈,怎樣燒的小魚(yú)亂竄,直到小魚(yú)被燒死,這就是心理的“有意注意”。但學(xué)生觀察到的卻是水被燒的滾開(kāi),直冒白氣而金魚(yú)在安然自得地游東游西。他們感到驚愕,這就是“無(wú)意注意”,這個(gè)無(wú)意注意是在有意注意的作用下產(chǎn)生。學(xué)生對(duì)出乎意料而終生難忘的事實(shí),自然會(huì)萌發(fā)弄個(gè)“究竟”的強(qiáng)烈愿望,這就從無(wú)意注意向“有意注意”轉(zhuǎn)化,即把一般的興趣提高到學(xué)習(xí)愿望和動(dòng)力的高度。教師要因勢(shì)利導(dǎo)地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)愿望,使同學(xué)們?cè)谟鋹偟那榫w中完成學(xué)習(xí)任務(wù)。
四、要留有余地,培養(yǎng)創(chuàng)新能力
雖然大多數(shù)的演示實(shí)驗(yàn)是課本或教師事先設(shè)計(jì)好的,但在實(shí)驗(yàn)中的很多操作細(xì)節(jié)上仍可交由學(xué)生思考,讓他們提出各種解決方案,然后對(duì)各種方案進(jìn)行比較,最終得出最佳的方案?;蛘咴趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中,教師也可以故意犯一些小錯(cuò)誤,讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題,然后提出解決方案。
比如,在做力的合成實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,在清楚合力、分力以及實(shí)驗(yàn)的思路之后,可以在怎樣更精確地測(cè)出各力的大小、怎樣準(zhǔn)確地記錄力的方向等細(xì)節(jié)上,給學(xué)生留下發(fā)揮的余地,即使學(xué)生已經(jīng)提出了較好的方案,仍然可以追問(wèn):還有沒(méi)有其他的辦法?這樣做,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性,激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力,同時(shí)培養(yǎng)了他們實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手能力。不過(guò),需要注意的是,這種方法要結(jié)合具體的實(shí)際,如果教學(xué)內(nèi)容比較多,比較難,則應(yīng)突出最主要的現(xiàn)象,排除次要因素的干擾,對(duì)一些不必要的過(guò)程應(yīng)盡量簡(jiǎn)化,并事先做好預(yù)演。
五、要運(yùn)用媒體,優(yōu)化演示教學(xué)
多媒體教學(xué)是指在教學(xué)過(guò)程中,運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)的觀察和方法,組織多媒體信息,形成合理的教學(xué)結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)教學(xué)優(yōu)化,使學(xué)生真正體會(huì)到物理學(xué)科的學(xué)習(xí)方法,提高學(xué)生觀察及分析問(wèn)題的能力。多媒體可展示課堂實(shí)驗(yàn)無(wú)法演示的宏觀的、微觀的、極快的、極慢的物理過(guò)程,從而突破時(shí)間以及空間的束縛,進(jìn)行逼真的模擬,靈活地放大或縮小物理場(chǎng)景,將物理過(guò)程生動(dòng)形象地展現(xiàn)于學(xué)生眼前,使學(xué)生認(rèn)識(shí)加強(qiáng),理解透徹。
【關(guān)鍵詞】物理模型 中學(xué)物理教學(xué) 抽象思維
1.物理模型及其分類
物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門學(xué)科。由于自然界物質(zhì)種類繁多,運(yùn)動(dòng)錯(cuò)綜復(fù)雜,相互作用又各具特色,因而人們?yōu)榱诉_(dá)到對(duì)物理事物本質(zhì)和規(guī)律的認(rèn)識(shí),在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)分析、綜合、比較、分類等思維過(guò)程,對(duì)研究對(duì)象做一種簡(jiǎn)化的描述或模擬?;衾固卣f(shuō)過(guò):“模型方法乃是人們所說(shuō)的‘科學(xué)方法’的核心。”所謂物理模型,就是人們?yōu)榱搜芯课锢韱?wèn)題的方便和探討物理事物的本質(zhì)而對(duì)研究對(duì)象所做的一種簡(jiǎn)化的描述或模擬。物理模型主要包括理想模型和理論模型兩類,理想模型是根據(jù)研究對(duì)象和問(wèn)題的特點(diǎn),撇開(kāi)、舍棄次要的、非本質(zhì)的因素,從而建立的一個(gè)易于研究的、能反映研究對(duì)象主要特征的新形象;而理論模型是在觀察、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)物理思維,對(duì)研究對(duì)象的結(jié)構(gòu)、相互作用、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等所作的一種簡(jiǎn)化的描述,這種模型通常以假說(shuō)的形式出現(xiàn)。
物理模型是物理思想的產(chǎn)物,是科學(xué)地進(jìn)行物理思維并從事物理研究的一種方法。就中學(xué)物理中常見(jiàn)的物理模型,可分類如下:
1.1 物理對(duì)象模型化。
物理中的某些客觀實(shí)體,如質(zhì)點(diǎn),舍去物體的形狀、大小、轉(zhuǎn)動(dòng)等性能,突出它所處的位置和質(zhì)量的特性,用一有質(zhì)量的點(diǎn)來(lái)描繪,這是對(duì)實(shí)際物體的簡(jiǎn)化。當(dāng)物體本身的大小在所研究的問(wèn)題中可以忽略,也能當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理。類似質(zhì)點(diǎn)的客觀實(shí)體還有剛體、點(diǎn)電荷、薄透鏡、彈簧振子、單擺、理想氣體、理想電流表、理想電壓表等等。
1.2 物體所處的條件模型化。
當(dāng)研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),因粒子所受的重力遠(yuǎn)小于電場(chǎng)力,可以舍去重力的作用,使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化。力學(xué)中的光滑面;熱學(xué)中的絕熱容器、電學(xué)中的勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)等等,都是把物體所處的條件理想化了。
1.3 物理狀態(tài)和物理過(guò)程的模型化。
例如,力學(xué)中的自由落體運(yùn)動(dòng)、勻速直線運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、彈性碰撞;電學(xué)中的穩(wěn)恒電流、等幅振蕩;熱學(xué)中的等溫變化、等容變化、等壓變化等等都是物理過(guò)程和物理狀態(tài)的模型化。
1.4 理想化實(shí)驗(yàn)。
在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,根據(jù)邏輯推理法則,對(duì)過(guò)程進(jìn)一步分析、推理,找出其規(guī)律。伽利略就是從斜槽上滾下的小球滾上另一斜槽,后者坡度越小,小球滾得越遠(yuǎn)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,提出他的理想實(shí)驗(yàn),從而推倒了延續(xù)兩千多年的“力是維持運(yùn)動(dòng)不可缺少”的結(jié)論,為牛頓第一定律的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。
2.物理模型的作用
模型方法是物理學(xué)研究中常用的一種重要研究方法,它不僅可以應(yīng)用于形成正確的理論,也有助于對(duì)各種具體現(xiàn)象、具體問(wèn)題的研究,物理模型主要有以下一些作用。
2.1 使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。
物理學(xué)研究對(duì)象是十分復(fù)雜的客觀世界,其起作用的因素很多,需要把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化,模型方法恰恰體現(xiàn)了抓住主要矛盾,突出問(wèn)題的本質(zhì),可以使研究工作大為簡(jiǎn)化。就拿中學(xué)物理中一個(gè)很常見(jiàn)的物理現(xiàn)象“物體從空中落下”來(lái)說(shuō),分析物體的受力情況,除重力外,還受到空氣的阻力和浮力,而空氣的阻力和浮力又與物體的形狀大小、空氣的密度溫度等因素有關(guān),并且重力的大小也不是恒定的,隨著物體下落的高度而發(fā)生微小的變化。此外,地球的自轉(zhuǎn)和氣體的流動(dòng)對(duì)物體的下落也有一定的影響。我們?cè)谘芯柯潴w運(yùn)動(dòng)時(shí),只突出了恒定重力作用,而把其他影響因素全都忽略了,引進(jìn)了“自由落體”的概念,這樣落體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)就比較容易把握了。
2.2 逐步逼近實(shí)際。
應(yīng)用模型方法研究物理問(wèn)題,能使問(wèn)題的本質(zhì)突出、關(guān)系明朗,有利于問(wèn)題的解決。但是,我們也應(yīng)看到,次要因素雖然對(duì)問(wèn)題的影響很小,但畢竟有一定的影響,所以忽略次要因素以后得到的結(jié)果必然是近似的,與實(shí)際是有一定差距的。弄清楚主要矛盾后,再考慮次要矛盾,如此一級(jí)級(jí)作近似,就可能逼近實(shí)際。建立物理模型為研究實(shí)際事物提供了一個(gè)比較的標(biāo)準(zhǔn),從而開(kāi)辟了研究實(shí)際事物特征和變化規(guī)律的途徑。例如,在推倒理想氣體狀態(tài)方程時(shí),我們幾乎把分子力忽略了,但在實(shí)際情況中它還是有影響的。不過(guò)在氣態(tài)中分子力的效應(yīng)畢竟比較小,我們可把它當(dāng)作對(duì)理想氣體模型的修正來(lái)處理。將理想氣體方程式加以適當(dāng)修正,即可得到比較符合實(shí)際氣體行為的范德瓦爾斯方程式。這實(shí)際上是用比較復(fù)雜的物理氣體模型(范德瓦爾斯氣體模型)代替理想氣體模型??梢钥闯?,范德瓦爾斯氣體模型是在理想氣體模型的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的,從理想氣體模型到范德瓦爾斯模型是一個(gè)以理想化逐步逼近客觀實(shí)體的過(guò)程。
2.3 做出科學(xué)預(yù)言。
作為對(duì)物理事物簡(jiǎn)化描述的物理模型,不僅能夠解釋物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)定律,而且也常常能夠做出科學(xué)的預(yù)言,指明進(jìn)一步研究的方向。例如,在對(duì)熱機(jī)效率的研究中,人們發(fā)現(xiàn)實(shí)際熱機(jī)的效率總是小于可逆卡諾熱機(jī)。這就啟發(fā)人們?cè)谠O(shè)計(jì)熱機(jī)時(shí),盡量使其接近于可逆卡諾熱機(jī),以提高熱機(jī)的效率。在固體理論的研究中,常常以沒(méi)有“缺陷”的理想晶體作為研究對(duì)象。當(dāng)時(shí)從應(yīng)用量子力學(xué)對(duì)理想晶體進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)理想晶體的強(qiáng)度竟比通常金屬材料大1000倍。因此,物理學(xué)家認(rèn)為,常見(jiàn)的金屬材料強(qiáng)度之所以減弱就是因?yàn)椴牧现杏性S多“缺陷”,假如能減少材料中的這些“缺陷”,那就能大大提高金屬材料的強(qiáng)度,從而大大節(jié)約金屬。實(shí)踐證明,物理學(xué)家的預(yù)言是正確的。
3.物理模型在中學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用
3.1 建立概念模型,理解概念實(shí)質(zhì)。
概念是客觀事物的本質(zhì)屬性在人腦中的反映。客觀事物的本質(zhì)屬性是抽象的、理性的。要使它在人腦中有深刻的反映,必須將它與人腦中已有的事物聯(lián)系起來(lái),使其形象化、具體化。物理概念大都是以理想化模型為對(duì)象建立起來(lái)的。如質(zhì)點(diǎn)、剛體、理想氣體、單擺、電場(chǎng)線、點(diǎn)電荷等。學(xué)生在理解這些概念時(shí),很難把握其實(shí)質(zhì),而建立概念模型則是一種有效的思維形式。
圖1表示一條電場(chǎng)線,A、B、C點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向在各點(diǎn)的切線上,箭頭表示各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的方向。
為了使學(xué)生理解并且清晰的建立起“電場(chǎng)線”的概念,我們可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬電場(chǎng)線的形狀。把奎寧的針狀結(jié)晶或頭發(fā)屑懸浮在蓖麻油里,加上電場(chǎng),微屑就按照?qǐng)鰪?qiáng)的方向排列起來(lái),這樣,就把抽象的物理概念形象化、具體化,與學(xué)生腦中已有的相關(guān)知識(shí)聯(lián)系起來(lái),便于學(xué)生的理解與記憶。
〖TP14.TIF;%50%50,Y〗例如:電場(chǎng)線就是一理想化模型。在電場(chǎng)中畫(huà)出一些曲線,使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向一致,這樣的曲線就叫電場(chǎng)線。
對(duì)電場(chǎng)線的概念有初步了解之后,再通過(guò)物理模型來(lái)學(xué)習(xí)電場(chǎng)線的其他性質(zhì)就方便多了。電場(chǎng)線總是從正電荷(或無(wú)窮遠(yuǎn)處)出發(fā),到負(fù)電荷(或無(wú)窮遠(yuǎn)處)終止,因此,電場(chǎng)線有起始點(diǎn)和終止點(diǎn),由圖2可以清晰的看出,電場(chǎng)線是不閉合的曲線。根據(jù)現(xiàn)實(shí)中的一些例子結(jié)合物理模型,學(xué)生也很容易理解電場(chǎng)線的另外一個(gè)性質(zhì):在電場(chǎng)線密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度大,疏的地方電場(chǎng)強(qiáng)度小,即電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱。
讓學(xué)生討論這么一個(gè)問(wèn)題:電場(chǎng)中的電場(chǎng)線會(huì)不會(huì)相交?通過(guò)對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行理論分析,一方面可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,另一方面可以使學(xué)生深入的理解概念模型。電場(chǎng)中每一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)〖TP15.TIF;%50%50,Y〗只有一個(gè)唯一的方向,如果電場(chǎng)線在電場(chǎng)中某點(diǎn)相交,則交點(diǎn)處相對(duì)兩條電場(chǎng)線就有兩個(gè)切線方向,該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)就有兩個(gè)方向(圖3所示)??梢杂山處焷?lái)指導(dǎo)學(xué)生自己分析總結(jié)。
電場(chǎng)線跟“質(zhì)點(diǎn)”“點(diǎn)電荷”這些理想化的模型不同?!百|(zhì)點(diǎn)”“點(diǎn)電荷”這些模型包含有某些真實(shí)的內(nèi)容,具有一定的客觀性,在一定條件下,考慮對(duì)實(shí)際物理現(xiàn)象來(lái)說(shuō)是主要的、本質(zhì)的特性,而忽略次要的、非本質(zhì)的因素。而“電場(chǎng)線”則完全是假象、虛構(gòu)的。但是它們都能反映出實(shí)際現(xiàn)象的基本規(guī)律,為我們的研究提供方便。
3.2 認(rèn)清條件模型,突出主要矛盾。
條件化物理模型就是將已知的物理?xiàng)l件模型化,舍去條件中的次要因素,抓住主要因素,為問(wèn)題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。例如我們?cè)谘芯績(jī)蓚€(gè)物體碰撞時(shí),因作用時(shí)間很短,忽略了摩擦等阻力,認(rèn)為系統(tǒng)的總動(dòng)量不變。條件模型的建立,能使我們研究的問(wèn)題得到很大的簡(jiǎn)化。
3.3 構(gòu)造過(guò)程模型,建立物理圖景,訓(xùn)練發(fā)散思維。
物理過(guò)程的理想化模型有勻速直線運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧振動(dòng)、氣體的等溫、等容、等壓變化過(guò)程,勻速圓周運(yùn)動(dòng)、鏡面反射等。物理學(xué)中,符合守恒條件的狀態(tài)變化,是與中間過(guò)程無(wú)關(guān)的。這使我們能夠想象不同的過(guò)程模型、不同的物理圖景來(lái)完成狀態(tài)變化,以訓(xùn)練思維發(fā)散。氣體實(shí)驗(yàn)定律和狀態(tài)方程,是氣體保持質(zhì)量不變時(shí),初狀態(tài)與末狀態(tài)之間的守恒方程,由于氣體的狀態(tài)參量較多,所以氣體狀態(tài)變化問(wèn)題的發(fā)散性很強(qiáng)。
例如:1982年高考第四題(如圖4)。氣缸A和容器B由一細(xì)管經(jīng)閥門K相連。A和B的壁都是透熱的,A放置在27℃,1.00大氣壓的空氣中。B浸在127℃的恒溫槽中,開(kāi)始時(shí),K是關(guān)斷的,B內(nèi)為真空,容器VB=2.40升。A內(nèi)裝有理想氣體,體積為VA=4.80升。假設(shè)氣缸壁與活塞之間無(wú)摩擦,細(xì)管的容積可忽略不計(jì)。打開(kāi)K使氣體由A流入B,等到活塞停止移動(dòng)時(shí),A內(nèi)氣體的體積將是多少?
3.4 轉(zhuǎn)換物理模型,深入理解模型。
通過(guò)對(duì)理想化模型的研究,可以完全避開(kāi)各種因素的干擾,在思維中直接與研究對(duì)象的本質(zhì)接觸,能既快又準(zhǔn)地了解事物的性質(zhì)和規(guī)律。許多人覺(jué)得物理難學(xué),其實(shí)這個(gè)難,不在于記不住某個(gè)物理公式,而在于對(duì)一個(gè)新情景問(wèn)題不知道如何與自己熟悉的物理模型情景聯(lián)系起來(lái)思考或者該用什么公式,也就是不善于將一個(gè)具體問(wèn)題轉(zhuǎn)為自己熟悉的物理模型。
比如:在建立起了“單擺”這一理想化模型后,直接用公式求解,學(xué)生是很容易做到的。如換一新情景練習(xí),學(xué)生就很難將它納入對(duì)應(yīng)的模型。
(1)小球 a、b可以當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)模型。
(2)小球a作自由落體運(yùn)動(dòng)。
(3)小球 b作變速曲線運(yùn)動(dòng),已學(xué)知識(shí)無(wú)法求解,可當(dāng)作怎樣的理想化模型?
3.5 構(gòu)造理想實(shí)驗(yàn)?zāi)P停龠M(jìn)學(xué)生想象和邏輯理論思維能力的發(fā)揮。
理想實(shí)驗(yàn)是指人們?cè)诳茖W(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用邏輯推理方法和發(fā)揮想象力,在思維中把客觀的實(shí)驗(yàn)條件和研究對(duì)象加以理想化,抽象或塑造出來(lái)的一種理想化過(guò)程的“實(shí)驗(yàn)”。
例如:伽利略發(fā)現(xiàn)慣性定律所設(shè)想的在純粹理想狀態(tài)下的斜槽實(shí)驗(yàn),在實(shí)際當(dāng)中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,盡管我們可以創(chuàng)造各種條件,把運(yùn)動(dòng)物體所受的摩擦力和空氣阻力盡量減小,但是永遠(yuǎn)不可能完全排除掉。然而,這并不阻礙人們根據(jù)越來(lái)越逼近于精確“實(shí)驗(yàn)”,運(yùn)用邏輯理論思維的能力進(jìn)行科學(xué)抽象而做出的應(yīng)有結(jié)論,并且人們對(duì)于運(yùn)用這種方法所得的結(jié)論的正確性是不懷疑的。教材中“牛頓第一定律”對(duì)伽利略的理想實(shí)驗(yàn)作了詳細(xì)說(shuō)明,并在本節(jié)的“閱讀”中,通過(guò)“愛(ài)因斯坦談伽利略的貢獻(xiàn)”,對(duì)這樣一種理想化實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行了充分的肯定,“人的思維創(chuàng)造出一直在改變的一個(gè)宇宙圖景。伽利略對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)就在于毀滅直覺(jué)的觀點(diǎn)而用新的觀點(diǎn)來(lái)代替它。這就是伽利略的發(fā)現(xiàn)的重大意義”。愛(ài)因斯坦本人更是運(yùn)用理想化實(shí)驗(yàn)?zāi)P偷牡湫痛?。?ài)因斯坦在創(chuàng)立狹義相對(duì)論時(shí)構(gòu)造了一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的火車參照系,對(duì)這一理想實(shí)驗(yàn)?zāi)P偷难芯浚擅畹亟鉀Q了所謂既同時(shí)又不同時(shí)的問(wèn)題,打破了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀。但是,狹義相對(duì)論還不能回答慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量為何相等這一問(wèn)題。愛(ài)因斯坦在探索這一問(wèn)題的過(guò)程中又構(gòu)造了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)?zāi)P汀獝?ài)因斯坦升降機(jī),由此提出了作為廣義相對(duì)論基礎(chǔ)的等效原理。
4.物理模型教學(xué)存在的一些問(wèn)題
物理模型是一種理想模型,這就要求思維過(guò)程具有一定的抽象性。因此在物理教學(xué)中使學(xué)生正確建立和運(yùn)用物理模型,不僅有助于他們演算習(xí)題,更有助于培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的能力。
目前在中學(xué)物理課堂教學(xué)中雖然已重視了物理模型的教學(xué)作用,但許多教師還只停留在單純地利用物理模型進(jìn)行物理知識(shí)和技能的訓(xùn)練層面上,典型的教學(xué)模式是先由教師總結(jié)歸納出一些物理模型呈現(xiàn)給學(xué)生,讓學(xué)生跟著教師的思路去理解、并輔以大量的機(jī)械性訓(xùn)練。這樣的課堂教學(xué)完全由教師主宰,忽視了學(xué)生的認(rèn)知主體作用。學(xué)生往往只會(huì)識(shí)別已接觸過(guò)的模型,不會(huì)辨別未遇過(guò)的情景,更不會(huì)自己建立模型、解決問(wèn)題。這就造成了學(xué)生不重視建立物理模型的過(guò)程,更多的是運(yùn)用形象思維方法,只記住物理模型的靜態(tài)結(jié)論,生搬硬套。
5.如何幫助學(xué)生構(gòu)建物理模型
物理學(xué)中“建?!蹦芰κ且环N很重要的能力,這里存在一個(gè)如何將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化成一個(gè)物理問(wèn)題的過(guò)程,就是建立物理模型的過(guò)程,它是分析研究問(wèn)題的主要手段。無(wú)論問(wèn)題情景多么新穎多變、與日常生活聯(lián)系多么密切,大都可以歸結(jié)為學(xué)生熟悉的物理模型。
例如:有一個(gè)人坐在一艘小帆船上以恒定的速率沿著筆直的小河逆流而上,某一時(shí)刻從船上掉下一個(gè)漂流瓶,經(jīng)過(guò)半個(gè)小時(shí),船上的人發(fā)現(xiàn)瓶子掉了以后,立即掉轉(zhuǎn)船頭去追漂流瓶,問(wèn)多久以后追上瓶子。
很多學(xué)生看見(jiàn)這個(gè)題目都說(shuō)做不出來(lái),其實(shí)這就存在一個(gè)如何把實(shí)際生活中的情景同題目聯(lián)系起來(lái)的問(wèn)題,而連接兩者的紐帶,就是物理模型。
相信大家都有坐火車的經(jīng)歷,在火車行駛中,假設(shè)你以恒定大小的速率沿著火車行駛的方向從1號(hào)車廂走到10號(hào)車廂用了10分鐘,那么當(dāng)你又以這個(gè)速率逆著火車行駛方向從10號(hào)車廂走回1號(hào)車廂用去多少時(shí)間?根據(jù)經(jīng)驗(yàn),我們可以很快的得出10分鐘這個(gè)結(jié)論,上面的問(wèn)題也就迎刃而解了。
中學(xué)生的抽象思維能力較差,在分析事物時(shí),他們往往看不到主流與支流、本質(zhì)與非本質(zhì)、內(nèi)部與外部、部分與整體、抽象與具體的區(qū)別和聯(lián)系,他們的形象思維強(qiáng)而語(yǔ)言的概括能力較弱,容易受到思維定勢(shì)的影響,主觀臆斷強(qiáng)而唯物主義觀點(diǎn)較弱,看到事物不易形成概念,因此,學(xué)生建立物理模型的心理障礙較多。不過(guò)他們思維比較敏銳靈活,接受能力強(qiáng),有濃厚的好奇心等等,我們可以從以下幾方面嘗試幫助學(xué)生建立物理模型。
5.1 實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)。
實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ),所以,在建立物理模型時(shí)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)。其一般方法是先做有關(guān)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生在腦海中留下一個(gè)直觀的、具體形象的物理模型,在次基礎(chǔ)上作抽象引導(dǎo),形成一種思維輪廓,變成具有思維特征的物理模型。然后利用學(xué)生思維中已建立起來(lái)的物理模型去解決一些實(shí)際問(wèn)題 。這樣建立起來(lái)的物理模型學(xué)生印象深刻。
例如,在講液體的壓強(qiáng)公式時(shí),需要建立“液柱”模型。教學(xué)時(shí)先在兩端開(kāi)口的玻璃管的一端用小塑料片堵住管口并插入盛水的大燒杯中,向玻璃管內(nèi)注入有色酒精,當(dāng)酒精達(dá)到一定的高度時(shí),塑料片下沉,然后取出玻璃管,倒出酒精,再重復(fù)上述操作,但向玻璃管中改加入有色的水,當(dāng)管內(nèi)外水面相平時(shí),塑料片不下沉,再滴加少許水,塑料片下沉。然后提問(wèn):①塑料片為什么會(huì)下沉?當(dāng)管內(nèi)外水面相平時(shí),塑料片上下兩面所受的水的壓力,壓強(qiáng)如何?②如果取出玻璃管,玻璃管的位置由什么來(lái)占據(jù)?待學(xué)生回答后,教師與學(xué)生討論水中剛才被玻璃管所占據(jù)位置的“水柱”的底的壓力、壓強(qiáng)情況,就可以引出“液柱”概念。這樣,學(xué)生腦海里既有具體“液柱”的形象,又形成了抽象的概念。再推導(dǎo)液體的壓強(qiáng)公式,學(xué)生自然容易接受。
5.2 下定義。
有些物理模型的建立,學(xué)生要從模型本身的特點(diǎn)給予定義,然后在運(yùn)用中進(jìn)一步體會(huì)模型的內(nèi)涵。
例如,建立“理想氣體”模型,首先給出一個(gè)框架:嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體,稱為理想氣體。然后分析實(shí)際氣體與理想氣體的區(qū)別,并說(shuō)明實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太大(與大氣壓強(qiáng)相比)、溫度不太底(與室溫相比)的情況下,可以近似視為理想氣體。最后運(yùn)用理想氣體的定義處理具體問(wèn)題。
5.3 舉例。
在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上,通過(guò)舉例的方法,引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型。
例如,在建立“杠桿”這一物理模型時(shí),先由學(xué)生熟習(xí)的撬物體實(shí)例引出“杠桿”模型:“在力的作用下能夠繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的剛性物體”,并適當(dāng)引導(dǎo),分析杠桿模型的三個(gè)特征:①物體具有理想的剛性;②受力的作用;③能夠繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。使學(xué)生對(duì)杠桿模型具有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。
5.4 例題、習(xí)題中引導(dǎo)。
建立物理模型在解答物理例題和習(xí)題中經(jīng)常起著決定性的作用。
例如在題目中出現(xiàn)“接觸面光滑”意即不考慮摩擦;“鐵塊”即可認(rèn)為是實(shí)心的,而“鐵球”有可能是空心的;“輕質(zhì)彈簧”或“輕繩”即指不考慮彈簧或繩的質(zhì)量,……。學(xué)生若不知道這些模型所包含的物理意義,則不能正確解答有關(guān)習(xí)題。
6.結(jié)束語(yǔ)
模型方法是物理學(xué)研究中常用的一種重要研究方法,中學(xué)物理教材所敘述的許多物理現(xiàn)象,都是用模型來(lái)說(shuō)明的。本文從中學(xué)物理常見(jiàn)的物理模型著手,通過(guò)探討物理模型在中學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用,試圖把物理模型和物理教學(xué)結(jié)合起來(lái),培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力以及發(fā)散思維能力。
新課程教育理論認(rèn)為,知識(shí)是不能傳遞的,教師傳遞的是信息,信息只有通過(guò)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)才能變成學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的知識(shí),物理模型的教學(xué)不僅僅是一個(gè)傳授物理知識(shí)的簡(jiǎn)單過(guò)程,而更應(yīng)該是在一個(gè)傳授物理知識(shí)的同時(shí)貫穿物理思想方法的過(guò)程。在中學(xué)物理教學(xué)中,循序漸進(jìn)地啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生,合理建立、應(yīng)用物理模型,養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣,這對(duì)開(kāi)發(fā)學(xué)生智力,發(fā)展創(chuàng)造性思維,將起到積極的作用。所以,物理模型在教學(xué)領(lǐng)域有著重要的價(jià)值。
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