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中學(xué)物理力學(xué)的教學(xué)法討論

時(shí)間:2022-08-17 18:38:02 物理論文 我要投稿
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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渲饕獌?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.

中學(xué)物理力學(xué)的教學(xué)法討論

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妥詫W(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妥詫W(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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