關(guān)于高中力學(xué)部分的教材分析

貴州玉屏民族中學(xué) （554000）

【摘要】本文論述了如何揭示物理學(xué)習(xí)的基本規(guī)律，以提高學(xué)生的思維品質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的物理思維能力的措施和方法，讓學(xué)生把握力學(xué)教材的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)、物理思維方式和數(shù)學(xué)表達(dá)物理學(xué)規(guī)律的精確語(yǔ)言。

【關(guān)鍵詞】高中力學(xué)；教材分析

高中物理知識(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?。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)。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?，F(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。這種安排符合由易至難、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-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)物體來(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物體內(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-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-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。這些規(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?！罢駝?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.數(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。在機(jī)械能和動(dòng)量?jī)烧率窃谶\(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)各方的內(nèi)在聯(lián)系。機(jī)械振功和機(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。