中學(xué)物理力學(xué)的教學(xué)法討論

 

中學(xué)物理知識(shí)內(nèi)容是物理學(xué)的初級(jí)層次．嚴(yán)格地講，它的科學(xué)性、系統(tǒng)性都受到了一定的限制．它只是闡述了物理學(xué)中最基本、最基礎(chǔ)的知識(shí)，并不是十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢砝碚摚�其主要�?nèi)容是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，而以力學(xué)、電學(xué)為重點(diǎn)．本文就力學(xué)部分的教學(xué)法談點(diǎn)看法．

一、從全局觀點(diǎn)分析力學(xué)部分教材

從全局觀點(diǎn)分析力學(xué)部分教材，揭示物理學(xué)的基本規(guī)律，有目的地提高學(xué)生的思維品質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的物理思維能力，對(duì)此應(yīng)從以下三個(gè)方面認(rèn)真分析教材．

１．力學(xué)教材的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)

牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，也是經(jīng)典物理的基礎(chǔ)之一．動(dòng)能定理和動(dòng)量定理及其守恒定律為經(jīng)典力學(xué)的棟梁．現(xiàn)行教材的體系是先講靜力學(xué)，后講運(yùn)動(dòng)學(xué)，最后講動(dòng)力學(xué)．把牛頓三定律按三、一、二的順序安排，第三定律放在靜力學(xué)中講授．這種安排符合由易到難、循序漸進(jìn)的原則．即學(xué)習(xí)靜力學(xué)時(shí)，有牛頓第三定律作準(zhǔn)備知識(shí)，學(xué)習(xí)牛頓第二定律時(shí)，有力的合成與分解作先行．通過(guò)靜力學(xué)的教學(xué)，要求學(xué)生正確理解力的概念．

物體受力分析是力學(xué)中的關(guān)鍵，幾乎所有的力學(xué)問(wèn)題都要涉及物體的受力分析，所以靜力學(xué)教學(xué)是最重要的基礎(chǔ)．

２．物理思維方式

思維是人腦對(duì)客觀事物進(jìn)行加工的過(guò)程，是人腦的功能，通過(guò)表象、概念判斷和推理以及其它過(guò)程來(lái)反映客觀現(xiàn)象的能動(dòng)過(guò)程．物理思維就是運(yùn)用思維的一般規(guī)律于物理學(xué)習(xí)、研究中所體現(xiàn)的具體的一種思維方式．

在教材分析中掌握物理思維結(jié)構(gòu)，就是要掌握怎樣運(yùn)用思維的基本形式（概念、推理、論證等）和思維的基本方法（比較、分類、鑒別、分析、綜合、歸納、證明、反駁等）以便能更好地、有目的地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力．

第一章“力”要重點(diǎn)講清三種力產(chǎn)生的條件及力的大小和方向，為物體受力分析做好準(zhǔn)備．力的三要素，在初中已經(jīng)講過(guò)，對(duì)質(zhì)點(diǎn)來(lái)說(shuō)不會(huì)發(fā)生關(guān)于力的作用點(diǎn)的問(wèn)題，而對(duì)剛體來(lái)說(shuō)，力的作用效果除了跟力的大小和方向有關(guān)外，還跟力的作用點(diǎn)的位置有關(guān)．教材中雖然沒(méi)有明確提出剛體概念，但所說(shuō)的物體都是指剛體．力的作用點(diǎn)可以沿力的作用線移到剛體內(nèi)任一點(diǎn)而不改變力的作用效果．因此，與其說(shuō)力的作用點(diǎn)是一個(gè)要素，還不如說(shuō)力的作用線是一個(gè)要素．物體的平衡，用了“平衡”和“固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體”等理想模型方法；“力的分解和合成”用了分析、綜合、等效的方法．

第二章“物體的運(yùn)動(dòng)”用了理想模型（過(guò)程模型）的方法．高中教材以初中教材為基礎(chǔ)，先提出質(zhì)點(diǎn)這個(gè)理想化模型，在研究物體在一直線上的運(yùn)動(dòng)以后，立即研究物體在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的有關(guān)概念、規(guī)律和描述方法．運(yùn)動(dòng)學(xué)是力學(xué)的重要組成部分，是學(xué)習(xí)其它各章的必備知識(shí)．對(duì)平面運(yùn)動(dòng)的速度的合成與分解運(yùn)用了分析、綜合、等效的方法．

第三章“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”用了經(jīng)驗(yàn)歸納方法論．雖然第一定律不能用實(shí)驗(yàn)直接證明，但由第一定律推導(dǎo)出的一切結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合，這就間接地證明了牛頓第一定律的正確性．當(dāng)今的實(shí)驗(yàn)已能近似地驗(yàn)證這個(gè)定律，例如用氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)，運(yùn)動(dòng)物體——滑塊在水平方向可以近似地認(rèn)為不受力，因而它近似地做水平勻速直線運(yùn)動(dòng)．隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，牛頓第一定律有可能得到更加嚴(yán)密的證明．牛頓第二定律是通過(guò)實(shí)驗(yàn)歸納得出的．在功和能，機(jī)械能守恒定律，動(dòng)量、動(dòng)量守恒這幾章中，主要是用了推理的方法．如教材中機(jī)械能守恒定律是借助于運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的知識(shí)推導(dǎo)出來(lái)的．但應(yīng)當(dāng)明確一點(diǎn)，這是一條實(shí)驗(yàn)規(guī)律，是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，是客觀規(guī)律的反映．這此規(guī)律能夠相互推導(dǎo)，這說(shuō)明它們之間存在著內(nèi)在聯(lián)系．動(dòng)量定理出自于牛頓第二定律，又異于牛頓第二定律．牛頓第二定律是一個(gè)瞬時(shí)的關(guān)系，而動(dòng)量定理則說(shuō)明狀態(tài)過(guò)程，它可以按過(guò)程始末狀態(tài)處理物體的動(dòng)量變化，而不必涉及過(guò)程的細(xì)節(jié)．如果只考慮兩個(gè)物體的孤立體系，把牛頓第三定律與牛頓第二定律結(jié)合起來(lái)，就得到作用前后的總動(dòng)量不變．我們可以用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，牛頓也正是用這個(gè)方法驗(yàn)證牛頓第三定律的．

“振動(dòng)與波”一章研究的主要方法是從一般到特殊的推理過(guò)程，運(yùn)用了動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本規(guī)律，導(dǎo)出滿足機(jī)械能和機(jī)械振動(dòng)規(guī)律的新結(jié)論．

３．?dāng)?shù)學(xué)是表達(dá)物理學(xué)規(guī)律最精確的語(yǔ)言

在教學(xué)過(guò)程中，只有將教材的教學(xué)方法、結(jié)構(gòu)搞清楚，才能達(dá)到運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決物理問(wèn)題的目的．在“力”這一章中，重點(diǎn)解決什么是矢量和矢量的運(yùn)算方法問(wèn)題．對(duì)物理矢量必須透徹理解，掌握其數(shù)學(xué)運(yùn)算法則——矢量的平行四邊形法則．引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“代數(shù)和”與“矢量和”進(jìn)行對(duì)比，體會(huì)矢量的質(zhì)的差別，從而自覺(jué)地運(yùn)用矢量運(yùn)算法則．在“物體的運(yùn)動(dòng)”這一章中，先提出質(zhì)點(diǎn)這個(gè)理想化模型，并研究質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)中的幾個(gè)基本概念、位移、速度、加速度等．從數(shù)學(xué)角度分析這些量之間的函數(shù)關(guān)系（包括文字?jǐn)⑹�、�?shù)學(xué)公式、函數(shù)圖象等），再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的合成與分解的矢量運(yùn)算．

在“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”這一章中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律起著承上啟下的作用，即能進(jìn)一步加深對(duì)靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)的理解，又能為順利學(xué)習(xí)機(jī)械能和動(dòng)量鋪平道路．牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，只有以地球和相對(duì)地球靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體為參照系才是適用的．教材由分析物體只受一個(gè)力產(chǎn)生加速度與力的關(guān)系，過(guò)渡到分析物體受幾個(gè)力產(chǎn)生加速度，以及加速度與力的關(guān)系，從而概括出能適合各種情況的牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式ΣＦ→＝ｍａ→．在公式中，力與加速度都是矢量，故此式是一個(gè)矢量式．牛頓第二定律概括了力的獨(dú)立性原理（或力的疊加原理），即幾個(gè)力同時(shí)作用在一個(gè)物體上所產(chǎn)生的加速度，應(yīng)等于每個(gè)力單獨(dú)作用時(shí)所產(chǎn)生的加速度的疊加——矢量和．在解題中，運(yùn)用了正交分解法等基礎(chǔ)知識(shí)．

機(jī)械能和動(dòng)量這兩章是在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，討論力的空間和時(shí)間積累效應(yīng)，從而引出功和能、沖量和動(dòng)量等概念．功和能將矢量運(yùn)算變成了代數(shù)運(yùn)算．教材從力對(duì)物體做功引出動(dòng)能和動(dòng)量定理，研究了重力、彈力做功的特點(diǎn)，引出勢(shì)能的概念，得出在只有重力、彈力做功時(shí)，機(jī)械能守恒．最后，從一般的功能原理闡明功的本質(zhì)是能量變化的量度作為本章的總結(jié)．能的轉(zhuǎn)換和守恒揭示了物理學(xué)各部分的內(nèi)在聯(lián)系．在討論動(dòng)量定理時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)牛頓第二定律的關(guān)系式是一個(gè)瞬時(shí)關(guān)系，而動(dòng)量定理則說(shuō)明狀態(tài)過(guò)程，應(yīng)用它研究某一過(guò)程而不是研究某一瞬時(shí)，只有在ｔ→０時(shí)，才是相等的．實(shí)驗(yàn)是講述動(dòng)量守恒定律的基礎(chǔ)，教材這樣處理是考慮到動(dòng)量守恒定律的產(chǎn)生不是從牛頓運(yùn)動(dòng)定律推導(dǎo)得出的，而是一個(gè)獨(dú)立的物理規(guī)律．而動(dòng)量守恒定律的適用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出牛頓力學(xué)的適用范圍．對(duì)動(dòng)量守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式?jīng)]有具體給出，目的是避免學(xué)生只是死記公式，注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用物理規(guī)律對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行具體分析的能力．在應(yīng)用動(dòng)量守恒定律時(shí)，應(yīng)選用慣性系，物體的動(dòng)量ｍｖ、速度ｖ的大小和方向也與參照系的選取有關(guān)．應(yīng)特別注意計(jì)算同一系統(tǒng)中各部分的動(dòng)量不能用不同的參照系．機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波是較復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，它需要力學(xué)、圓周運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)圖象等知識(shí)作基礎(chǔ)．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的振動(dòng)，是講清波的關(guān)鍵．建立振動(dòng)和波的聯(lián)系與區(qū)別，是突破機(jī)械波教學(xué)難點(diǎn)的關(guān)鍵．

二、物理教學(xué)即要發(fā)展學(xué)生的智力又要培養(yǎng)學(xué)生的能力

物理教學(xué)即要發(fā)展學(xué)生的智力，又要培養(yǎng)學(xué)生的能力，而后者較前者更為重要．從物理學(xué)本身來(lái)看，它研究的各種現(xiàn)象和規(guī)律是互相聯(lián)系的．例如功和能的概念及能的轉(zhuǎn)換和守恒定律，又滲透在各個(gè)分科中．教學(xué)職能即要從人類知識(shí)的總匯中挑選最精華的，運(yùn)用最科學(xué)的方法傳授給學(xué)生，又要使他們具有獨(dú)立獲取知識(shí)和駕馭知識(shí)的能力．要重視知識(shí)的傳授，離開(kāi)知識(shí)的掌握，能力的發(fā)展就成為無(wú)源之水，無(wú)本之木．

１．系統(tǒng)化結(jié)構(gòu)化的教學(xué)

在中學(xué)物理教學(xué)中，貫穿力學(xué)的兩條主線——?jiǎng)幽芏ɡ砗蛣?dòng)量定理、機(jī)械能轉(zhuǎn)換和守恒定律及動(dòng)量守恒定律．這兩個(gè)定理、兩個(gè)定律來(lái)源于牛頓運(yùn)動(dòng)定律，與牛頓三定律一起構(gòu)成質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基本規(guī)律，是力學(xué)部分的重點(diǎn)知識(shí)．圍繞這兩條主線，要深入分析牛頓運(yùn)動(dòng)定律，為這兩個(gè)定理打好基礎(chǔ)．動(dòng)量定理、動(dòng)能定理是在牛頓定律基礎(chǔ)上派生出來(lái)的定理或推論，它們提供的表達(dá)式與牛頓運(yùn)動(dòng)定律等價(jià)，可代替牛頓二定律的矢量表達(dá)式中的某分量式，而不是什么新的表達(dá)式．但是動(dòng)量守恒定律是自然界最普遍的規(guī)律之一，能量守恒和轉(zhuǎn)換定律也是反映自然現(xiàn)象的最重要的規(guī)律之一．它們的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的范圍．

２．培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和自學(xué)能力

要培養(yǎng)思想活躍，有創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的人材，必須加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和自學(xué)能力．物理實(shí)驗(yàn)是將自然界中各種物理現(xiàn)象在一定條件下，按照一定的物理規(guī)律創(chuàng)造一定的條件使它重現(xiàn)．做物理實(shí)驗(yàn)，必須滿足于一定的條件才能獲得預(yù)想的結(jié)果，如設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、選擇測(cè)量?jī)x器、正確觀察現(xiàn)象、完整的讀取數(shù)據(jù)、嚴(yán)格的計(jì)算，是做好實(shí)驗(yàn)不可缺少的過(guò)程．讓學(xué)生按照上述過(guò)程有目的的科學(xué)訓(xùn)練，自覺(jué)地掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性就能增強(qiáng)學(xué)生靈活運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力．

培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力是教師的一項(xiàng)重要工作任務(wù)．調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，就得改變由教師“一講到底”的狀況，避免由于教師教學(xué)方法的單調(diào)，而使學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒．

總之，以“學(xué)科體系的系統(tǒng)性”貫穿始終，使知識(shí)學(xué)習(xí)與智能訓(xùn)練融合于一體，形成一個(gè)系統(tǒng)的完整框架．所以系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的教學(xué)，使學(xué)生頭腦中形成力學(xué)體系的清晰圖象，有益于培養(yǎng)學(xué)生的探索精神，從被動(dòng)的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)的學(xué)習(xí)，才能用自己的智慧和力量去攻克學(xué)習(xí)難關(guān)，取得良好的學(xué)習(xí)效果。

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