學(xué)物理力學(xué)的教學(xué)法討論
中學(xué)物理知識內容是物理學(xué)的初級層次。嚴格地講，它的科學(xué)性、系統性都受到了一定的限制。它只是闡述了物理學(xué)中最基本、最基礎的知識，并不是十分嚴謹的物理理論。其主要內容是經(jīng)典物理學(xué)的基礎知識，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(guān)點(diǎn)分析力學(xué)部分教材
從全局觀(guān)點(diǎn)分析力學(xué)部分教材，揭示物理學(xué)的基本規律，有目的地提高學(xué)生的思維品質(zhì)，增強學(xué)生的物理思維能力，對此應從以下三個(gè)方面認真分析教材。
1、力學(xué)教材的基本知識結構
牛頓運動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎，也是經(jīng)典物理的基礎之一。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�，F行教材的體系是先講靜力學(xué)，后講運動(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)習靜力學(xué)時(shí)，有牛頓第三定律作準備知識，學(xué)習牛頓第二定律時(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。
2、物理思維方式
思維是人腦對客觀(guān)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(guān)現象的能動(dòng)過(guò)程。物理思維就是運用思維的一般規律于物理學(xué)習、研究中所體現的具體的一種思維方式。
在教材分析中掌握物理思維結構，就是要掌握怎樣運用思維的基本形式(概念、推理、論證等)和思維的基本方法(比較、分類(lèi)、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備。力的三要素，在初中已經(jīng)講過(guò)，對質(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(xiàn)移到剛體內任一點(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(xiàn)是一個(gè)要素。物體的平衡，用了“平衡”和“固定轉動(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，先提出質(zhì)點(diǎn)這個(gè)理想化模型，在研究物體在一直線(xiàn)上的運動(dòng)以后，立即研究物體在一個(gè)平面內運動(dòng)的有關(guān)概念、規律和描述方法。運動(dòng)學(xué)是力學(xué)的重要組成部分，是學(xué)習其它各章的必備知識。對平面運動(dòng)的速度的合成與分解運用了分析、綜合、等效的方法。
第三章“牛頓運動(dòng)定律”用了經(jīng)驗歸納方法論。雖然第一定律不能用實(shí)驗直接證明，但由第一定律推導出的一切結論都與實(shí)驗結果相符合，這就間接地證明了牛頓第一定律的正確性。當今的實(shí)驗已能近似地驗證這個(gè)定律，例如用氣墊導軌實(shí)驗，運動(dòng)物體——滑塊在水平方向可以近似地認為不受力，因而它近似地做水平勻速直線(xiàn)運動(dòng)。隨著(zhù)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密的證明。牛頓第二定律是通過(guò)實(shí)驗歸納得出的。在功和能，機械能守恒定律，動(dòng)量、動(dòng)量守恒這幾章中，主要是用了推理的方法。如教材中機械能守恒定律是借助于運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的知識推導出來(lái)的。但應當明確一點(diǎn)，這是一條實(shí)驗規律，是實(shí)踐經(jīng)驗的總結，是客觀(guān)規律的反映。這此規律能夠相互推導，這說(shuō)明它們之間存在著(zhù)內在聯(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)程的細節。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)驗進(jìn)行檢驗，牛頓也正是用這個(gè)方法驗證牛頓第三定律的。
“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，運用了動(dòng)力學(xué)和運動(dòng)學(xué)的基本規律，導出滿(mǎn)足機械能和機械振動(dòng)規律的新結論。3。數學(xué)是表達物理學(xué)規律最精確的語(yǔ)言
在教學(xué)過(guò)程中，只有將教材的教學(xué)方法、結構搞清楚，才能達到運用數學(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算方法問(wèn)題。對物理矢量必須透徹理解，掌握其數學(xué)運算法則——矢量的平行四邊形法則。引導學(xué)生對“代數和”與“矢量和”進(jìn)行對比，體會(huì )矢量的質(zhì)的差別，從而自覺(jué)地運用矢量運算法則。在“物體的運動(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。從數學(xué)角度分析這些量之間的函數關(guān)系(包括文字敘述、數學(xué)公式、函數圖象等)，再進(jìn)行運動(dòng)的合成與分解的矢量運算。
在“牛頓運動(dòng)定律”這一章中，牛頓運動(dòng)定律起著(zhù)承上啟下的作用，即能進(jìn)一步加深對靜力學(xué)、運動(dòng)學(xué)知識的理解，又能為順利學(xué)習機械能和動(dòng)量鋪平道路。牛頓第二定律的數學(xué)表達式，只有以地球和相對地球靜止或做勻速直線(xiàn)運動(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學(xué)表達式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，應等于每個(gè)力單獨作用時(shí)所產(chǎn)生的加速度的疊加——矢量和。在解題中，運用了正交分解法等基礎知識。
機械能和動(dòng)量這兩章是在運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基礎上，討論力的空間和時(shí)間積累效應，從而引出功和能、沖量和動(dòng)量等概念。功和能將矢量運算變成了代數運算。教材從力對物體做功引出動(dòng)能和動(dòng)量定理，研究了重力、彈力做功的特點(diǎn)，引出勢能的概念，得出在只有重力、彈力做功時(shí)，機械能守恒。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。能的轉換和守恒揭示了物理學(xué)各部分的內在聯(lián)系。在討論動(dòng)量定理時(shí)，應強調牛頓第二定律的關(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)驗是講述動(dòng)量守恒定律的基礎，教材這樣處理是考慮到動(dòng)量守恒定律的產(chǎn)生不是從牛頓運動(dòng)定律推導得出的，而是一個(gè)獨立的物理規律。而動(dòng)量守恒定律的適用范圍遠遠超出牛頓力學(xué)的適用范圍。對動(dòng)量守恒定律的數學(xué)表達式?jīng)]有具體給出，目的是避免學(xué)生只是死記公式，注重培養學(xué)生學(xué)會(huì )運用物理規律對具體問(wèn)題進(jìn)行具體分析的能力。在應用動(dòng)量守恒定律時(shí)，應選用慣性系，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)。應特別注意計算同一系統中各部分的動(dòng)量不能用不同的參照系。機械振動(dòng)和機械波是較復雜的機械運動(dòng)，它需要力學(xué)、圓周運動(dòng)、運動(dòng)圖象等知識作基礎。簡(jiǎn)諧運動(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)系與區別，是突破機械波教學(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，它研究的各種現象和規律是互相聯(lián)系的。例如功和能的概念及能的轉換和守恒定律，又滲透在各個(gè)分科中。教學(xué)職能即要從人類(lèi)知識的總匯中挑選最精華的，運用最科學(xué)的方法傳授給學(xué)生，又要使他們具有獨立獲取知識和駕馭知識的能力。要重視知識的傳授，離開(kāi)知識的掌握，能力的發(fā)展就成為無(wú)源之水，無(wú)本之木。
1、系統化結構化的教學(xué)
在中學(xué)物理教學(xué)中，貫穿力學(xué)的兩條主線(xiàn)——動(dòng)能定理和動(dòng)量定理、機械能轉換和守恒定律及動(dòng)量守恒定律。這兩個(gè)定理、兩個(gè)定律來(lái)源于牛頓運動(dòng)定律，與牛頓三定律一起構成質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基本規律，是力學(xué)部分的重點(diǎn)知識。圍繞這兩條主線(xiàn)，要深入分析牛頓運動(dòng)定律，為這兩個(gè)定理打好基礎。動(dòng)量定理、動(dòng)能定理是在牛頓定律基礎上派生出來(lái)的定理或推論，它們提供的表達式與牛頓運動(dòng)定律等價(jià)，可代替牛頓二定律的矢量表達式中的某分量式，而不是什么新的表達式。但是動(dòng)量守恒定律是自然界最普遍的規律之一，能量守恒和轉換定律也是反映自然現象的最重要的規律之一。它們的作用遠遠超出了機械運動(dòng)的范圍。
2、培養學(xué)生的獨立實(shí)驗能力和自學(xué)能力
要培養思想活躍，有創(chuàng )新精神和創(chuàng )造能力的人材，必須加強學(xué)生的實(shí)驗能力和自學(xué)能力。物理實(shí)驗是將自然界中各種物理現象在一定條件下，按照一定的物理規律創(chuàng )造一定的條件使它重現。做物理實(shí)驗，必須滿(mǎn)足于一定的條件才能獲得預想的結果，如設計實(shí)驗步驟、選擇測量?jì)x器、正確觀(guān)察現象、完整的讀取數據、嚴格的計算，是做好實(shí)驗不可缺少的過(guò)程。讓學(xué)生按照上述過(guò)程有目的的科學(xué)訓練，自覺(jué)地掌握科學(xué)實(shí)驗的規律，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性就能增強學(xué)生靈活運用物理知識解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
培養學(xué)生的自學(xué)能力是教師的一項重要工作任務(wù)。調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習積極性，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，而使學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒。
總之，以“學(xué)科體系的系統性”貫穿始終，使知識學(xué)習與智能訓練融合于一體，形成一個(gè)系統的完整框架。所以系統化、結構化的教學(xué)，使學(xué)生頭腦中形成力學(xué)體系的清晰圖象，有益于培養學(xué)生的探索精神，從被動(dòng)的學(xué)習轉為主動(dòng)的學(xué)習，才能用自己的智慧和力量去攻克學(xué)習難關(guān)，取得良好的學(xué)習效果。
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