物理抽象思維能力培養(yǎng)在簡諧運動教學中的體現(xiàn)

左南君

(宜興市官林成人文化技術學校 江蘇無錫 214251)

與分類、分析與綜合、判斷與推理、抽象與概括、歸納與演繹等抽象思維的方法建立起已知內(nèi)容和未知內(nèi)容之間的因果聯(lián)系，得到判定質(zhì)點是否做簡諧運動的條件是它受到的回復力是否與質(zhì)點離開平衡位置的位移成正比，即是否滿足F=－kx的關系。

物理抽象思維能力培養(yǎng)在簡諧運動教學中的體現(xiàn)

左南君

(宜興市官林成人文化技術學校 江蘇無錫 214251)

結合新課標中簡諧運動的具體教學內(nèi)容，論述了物理抽象思維能力的培養(yǎng)，點明物理抽象思維能力的培養(yǎng)在新課中有具體體現(xiàn)。

物理抽象思維;簡諧運動;新課標

物理抽象思維是指以物理概念為思維材料，以物理判斷和物理推理的形式來反映客觀事物的運動規(guī)律，從而達到對物理事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系的認識過程。物理抽象思維不僅是學生提出物理問題、掌握物理概念、把握物理規(guī)律、形成物理理論的重要思維方式，也是提高學生綜合運用所學物理知識解決具體問題能力的必要條件。簡諧運動的教學，可以使學生在理解概念，掌握規(guī)律的過程中，對物理抽象思維能力進行培養(yǎng)。

1 合理構建教學內(nèi)容的邏輯體系

物理學是以基本概念為基石，以基本原理為骨架，以基本方法為紐帶所構成的邏輯體系。教材編寫和教學內(nèi)容的設計都體現(xiàn)了合理的邏輯結構。課堂教學中的邏輯主線是:提出問題——分析探究問題——解決問題。

“振動現(xiàn)象在自然界中廣泛存在。鐘擺的擺動、水中浮標的上下浮動、擔物行走時扁擔下物體的顫動、樹梢在微風中的搖擺……都是振動，一切發(fā)聲的物體都在振動，地震是大地的劇烈振動，振動與我的生活密切相關。”(新課標選修3-4第十一章機械振動第一節(jié)簡諧運動)與學習過的勻速直線運動、勻變速直線運動、勻變速曲線運動(平拋、類平拋運動)和勻速率圓周運動相比，振動是一類相對較為復雜的運動形式。在自然界中一切復雜的運動形式都是由最簡單的運動形式組成，并且學生的認知遵循先簡單后復雜的規(guī)律。為此應該從最簡單的情況出發(fā)，學習振動的描述及振動的性質(zhì)。構建模型就是將物理過程模型化，將一些復雜的物理過程經(jīng)過分解、簡化、抽象為簡單的易于理解的物理過程。在實際教學過程中，可利用已有的物理知識中的概念規(guī)律和對物理問題的研究方法來構建一種物理模型——彈簧振子。彈簧振子是一個不考慮摩擦阻力，不考慮彈簧的質(zhì)量，不考慮振子(金屬小球)的大小和形狀的理想化的物理模型。

如圖1所示是一個彈簧振子的模型，其中金屬桿光滑，輕質(zhì)彈簧質(zhì)量遠小于金屬小球的質(zhì)量，故可忽略不計。

圖1 彈簧振子

通過實驗演示，讓學生分析研究彈簧振子的位移和時間的關系。

實驗一:如圖2所示是彈簧振子的頻閃照片。

圖2 彈簧振子的頻閃照片

實驗二:如圖3所示是利用傳感器和計算機描繪簡諧運動的圖像。

圖3 用傳感器和計算機描繪簡諧運動的圖像

深入研究彈簧振子的位移與時間的關系:

方法一:利用初中數(shù)學課本中已經(jīng)學習過的正弦函數(shù)的知識，假定現(xiàn)在得到的振動位移時間關系是正弦曲線，用刻度尺量出幾個特殊點的縱坐標和橫坐標，看看是否滿足正弦函數(shù)表達式。

方法二:利用計算機處理位移傳感器經(jīng)數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)在屏幕上作出的位移—時間圖像，猜想彈簧振子的位移—時間關系可以用什么函數(shù)表示。

從而得到簡諧運動的定義:“如果質(zhì)點的位移與時間的關系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動圖像(x-t圖像)是一條正弦曲線，這樣的振動叫做簡諧振動?！薄昂喼C運動是最簡單、最基本的振動?！?新課標選修3-4第十一章機械振動第一節(jié)簡諧運動)

以上過程就是遵從課堂教學的邏輯主線，先提出問題，后分析探究問題，再解決問題，最后是系統(tǒng)物理知識，形成知識結構。其中，對實驗現(xiàn)象的分析總結，可培養(yǎng)學生的歸納概括能力，同時明確知識點在知識結構中所處的地位。

2 積極傳授物理抽象思維的方法

物理學中抽象思維的方法包括比較與分類的方法、分析與綜合的方法、判斷與推理的方法、抽象與概括的方法、歸納與演繹的方法等。教學過程中，引入彈簧振子模型，既具合理性又有必要性，使學生把復雜問題簡單化。這就教給學生將物理過程模型化，將一個復雜的物理過程經(jīng)過分解、簡化、抽象為簡單的易于理解的物理過程，將實際問題轉(zhuǎn)化為物理問題，從而培養(yǎng)了學生研究和處理問題的分析與綜合、抽象與概括、歸納與演繹等思維方法。

物理概念是抽象思維的成果，在教學中要使學生搞清物理概念所反映的物理現(xiàn)象、物理過程的本質(zhì)。物理概念是物理規(guī)律把握的基礎。為了能夠描述簡諧運動的規(guī)律，要先弄清楚描述簡諧運動的幾個物理量:振幅A、周期T和頻率f、相位φ。

物理規(guī)律是在觀察實驗的基礎上，經(jīng)過物理思維和數(shù)學推理得出的。在物理規(guī)律的教學中，要使學生在把握新舊知識的相互聯(lián)系和建立物理規(guī)律的事實依據(jù)的基礎上，搞清建立物理規(guī)律的思維方法和思維過程。從初中數(shù)學知識即可得知正弦函數(shù)的表示式為x=Asin(ωt+φ)

“要描述簡諧運動的位移x與時間t之間的定量關系，必須知道物理量A、ω、φ。它們是描述簡諧運動的基本物理量。”(新課標選修3-4第十一章機械振動第二節(jié)簡諧運動的描述)

學生在感性材料的基礎上運用分析、綜合、比較、抽象、概括等方法得出物理概念，同時了解物理概念的外延和內(nèi)涵，搞清各物理概念的來龍去脈。

3 注重分析物理教學的因果關系

因果關系是客觀世界中一種普遍的、本質(zhì)的關系。在物理教學中，深入揭示物理事物、物理概念及物理規(guī)律中的因果關系，既有助于學生牢固掌握物理概念和物理規(guī)律，靈活運用它們解決實際問題，也有利于抽象思維能力的培養(yǎng)。

力是使物體運動狀態(tài)發(fā)生改變的原因?！拔矬w做勻變速運動時，所受的合力大小、方向都不變;物體做勻速圓周運動時，所受的合力大小不變、方向與速度方向垂直并指向圓心。那么，物體做簡諧運動時，所受的合力有什么特點?”(新課標選修3-4第十一章機械振動第三節(jié)簡諧運動的回復力和能量)

在圖1彈簧振子的例子中，分析振動小球所受合力就等于彈簧對振動小球的彈力，力的大小與彈簧的形變量成正比，即力的大小與振動小球相對于平衡位置位移的大小成正比，力的方向總是指向平衡位置，它的作用總是要把振動小球拉回到平衡位置。因此得到了關于振動小球做簡諧振動力的約束關系表達式:F=－kx(式中k是彈簧的勁度系數(shù)。X是振動小球相對于平衡位置位移)。教師可引導學生在此模型基礎上進行分析與綜合、判斷與推理、抽象與概括、歸納與演繹，從而概括得出定義:如果質(zhì)點所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成正比，并且總是指向平衡位置，質(zhì)點的運動就是簡諧運動。通常把這個力稱為回復力(restoring force)。

在分析簡諧運動的特點時，應該綜合運用比較

與分類、分析與綜合、判斷與推理、抽象與概括、歸納與演繹等抽象思維的方法建立起已知內(nèi)容和未知內(nèi)容之間的因果聯(lián)系，得到判定質(zhì)點是否做簡諧運動的條件是它受到的回復力是否與質(zhì)點離開平衡位置的位移成正比，即是否滿足F=－kx的關系。

4 搞清物理學中的辯證關系

物理學中存在著許多對立的東西，如大與小、動與靜、內(nèi)在與外在、常與變、曲與直、有限與無限、精確與近似、數(shù)與形、一般與特殊、量變與質(zhì)變等。這些看似完全對立的事物雙方，在相互排斥、相互斗爭的同時也相互依存、相互貫穿。在具體的教學過程中讓學生分析其辯證關系，培養(yǎng)學生的辯證思維能力，使學生的物理抽象思維能力得到提高。

彈簧振子物理模型中振動小球的運動軌跡是直線，單擺物理模型中擺動小球的運動軌跡是曲線，運動軌跡它們是相互對立的，但本質(zhì)上它們是相互統(tǒng)一的，都是簡諧運動。

質(zhì)點的簡諧振動既可以用數(shù)學表達式x=Asin(ωt+φ)來表示，也可以用振動圖線來表示。數(shù)與形是反映事物間關系的兩種不同的形式，它們是相互對立的，同時又是相互統(tǒng)一的，都可以用來描述物理規(guī)律。它們之間相互補充、相互替代、相互轉(zhuǎn)化，從不同方面反映了質(zhì)點做簡諧運動的規(guī)律。

數(shù)學公式x=Asin(ωt+φ)具有概括、簡約、精確的特點，而圖形圖線則具有形象、直觀、生動的特點。物理教學中揭示數(shù)與形的辯證關系，可以有效地培養(yǎng)學生抽象思維的靈活性、深刻性和辯證性。

5 結束語

總之，在進行簡諧運動的教學活動中，教師只要深入鉆研教材，精心組織教學內(nèi)容，充分挖掘?qū)W生蘊藏的思維潛能，就能很好地培養(yǎng)學生的物理抽象思維能力，從而加強學生對物理世界的探求能力，不斷提高學生學習物理的積極性。

［1］張維善.普通高中課程標準實驗教科書(物理)選修3-4［M］.北京:人民教育出版社，2007.

［2］閻金鐸，田世昆，胡衛(wèi)平.物理思維論［M］.南寧:廣西教育出版社，1999.

The Cultivation of Physical Abstract Thinking inSimple Harmonic MotionTeaching

ZUO Nan-jun
(Guanlin Adult Culture and Technological School，Wuxi 214251，China)

Taking the detailed teaching contents of the new curriculum standard，the paper expounds the cultivation of physical abstract thinking inSimple Harmonic Motion，and concludes the requirements are included in the new course.

physical abstract thinking;Simple Harmonic Motion;the new curriculum standard

G 633.7

B

1672-2434(2011)05-0030-03

2010-09-29

左南君(1971-)，男，中學一級，從事研究方向:物理教育、成職教育