淺談有效認(rèn)識物理規(guī)律的實質(zhì)的幾種方法

　　摘要：物理規(guī)律的教學(xué)是物理教學(xué)的重頭戲，認(rèn)識物理規(guī)律的實質(zhì)當(dāng)然是重中之重。物理規(guī)律的表述形式有顯性的，也有隱性的。采用模式化進(jìn)程、理解特定含義的詞、辨清常見的幾類表達(dá)式、引用模式化表述等是認(rèn)清物理規(guī)律的實質(zhì)的有效方法。
　　關(guān)鍵詞：有效；認(rèn)識；物理規(guī)律；實質(zhì)；方法
　　中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148(2011)7(S)-0063-3
　　
　　規(guī)律是事物發(fā)展過程中客觀存在的內(nèi)在的本質(zhì)的聯(lián)系。物理規(guī)律是物理現(xiàn)象和過程中出現(xiàn)的內(nèi)在的本質(zhì)的聯(lián)系，通常表現(xiàn)為一些物理量和另一些物理量之間的內(nèi)在的本質(zhì)的聯(lián)系。物理規(guī)律的表述方法有文字表述法、公式表述法、圖象表述法、列表法等，從關(guān)系的表現(xiàn)形式看有顯性的，也有隱性的。在高中物理規(guī)律的教學(xué)過程中，往往有停在規(guī)律表面、看不清規(guī)律實質(zhì)或?qū)σ?guī)律的實質(zhì)重視不夠的情況發(fā)生。對隱性表達(dá)的規(guī)律學(xué)生看不清，想不透，更是司空見慣的現(xiàn)象。
　　物理規(guī)律的教學(xué)是物理教學(xué)的重頭戲。規(guī)律教學(xué)不到位，物理教學(xué)也就談不上到位。
　　在高中物理教學(xué)過程中，物理規(guī)律的教學(xué)往往是采用下面的模式進(jìn)行的：
　?。?）內(nèi)容
　?。?）表達(dá)式
　?。?）適用范圍（或成立條件）
　?。?）應(yīng)用舉例
　?。?）解題步驟歸納
　　對有些規(guī)律有時還研究它的性質(zhì)。
　　目前大多數(shù)教輔資料和教師教學(xué)中采用的都是這一模式。筆者認(rèn)為這一模式丟掉了認(rèn)識物理規(guī)律的一個重要環(huán)節(jié)--認(rèn)識物理規(guī)律的實質(zhì)。只有補(bǔ)上這一環(huán)節(jié)，才能幫助學(xué)生真正透徹地理解物理規(guī)律的實質(zhì)。在形成“一定要認(rèn)識規(guī)律的實質(zhì)”的意識后，學(xué)會認(rèn)識及表述物理規(guī)律實質(zhì)的方法也是很重要的。
　　下面談一談筆者在這方面的一些認(rèn)識和做法，以期對學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律有所幫助，對部分年輕教師的教學(xué)有所啟發(fā)。
　　1 通過辨析幾類表達(dá)式，認(rèn)清物理規(guī)律的實質(zhì)
　　1．1 形同位同質(zhì)不同
　　像牛頓第二定律的表達(dá)式a=Fm和加速度定義式a=vt-v0t，從表面上看，都反應(yīng)了加速度與其它物理量間的關(guān)系。但前者揭示了加速度與其制約因素——力和質(zhì)量間內(nèi)在的本質(zhì)的因果關(guān)系，后者則沒有這一特點，僅僅反應(yīng)了加速度與其余三個物理量間的一般性的數(shù)量關(guān)系。特別是在前式中加速度a與合外力F成正比，與質(zhì)量m成反比；后式中加速度a與速度變化量(vt-v0)并不成正比，加速度a與時間t也不成反比。初學(xué)者對此很難理解，教師也不能急于求成。在學(xué)到加速度定義式a=vt-v0t時，只說它們的數(shù)量關(guān)系，不提本質(zhì)性的因果關(guān)系 ，更應(yīng)回避a與什么“有關(guān)”，與什么“無關(guān)”這樣的話題，等到學(xué)習(xí)了牛頓第二定律后再說這一話題，自然是水到渠成。
　　1．2 形同質(zhì)同位不同
　　從形式上看，F(xiàn)=ma和I=Ft是一樣的，都表示一個量與另兩個量的乘積相等，且都反應(yīng)了一個量與它的制約因素間的關(guān)系，但前式中位于“=”前面的力F是因，后式中位于“=”前面的沖量I是果；前式中“=”后面的因式質(zhì)量m和加速度a是一因一果，后式中“=”后面的因式力F和時間t都是因。同是因或果卻位于式子的不同位置，也正因為此，使兩式中的因果關(guān)系表述出現(xiàn)了隱性表述和顯性表述的不同：前式中因果關(guān)系是隱性表述的，后者因果關(guān)系是顯性表述的，決不可混淆。
　　1．3 形同位變質(zhì)不變
　　牛頓第二定律的表達(dá)式a=Fm也可以變?yōu)閙=Fa，從形式看它們是一樣，但加速度a和質(zhì)量m位置關(guān)系都發(fā)生了變化，實質(zhì)性的因果關(guān)系并沒有因此而發(fā)生變化。不論是前一個表達(dá)式還是后一個表達(dá)式我們都只能說“加速度與合外力成正比，與質(zhì)量成反比”，而不能將后者所表述的關(guān)系說成是“質(zhì)量與合外力成正比，與加速度成反比”，這是源于規(guī)律的本質(zhì)。
　　再比如ρ=mV和V=mρ；I=UR和R=UI；E=Fq和q=FE等等，都是完全相同的情況，在高中物理學(xué)中實在是太常見了。這類看似很簡單的問題，卻是影響許多學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理的重要因素。教師很有必要引導(dǎo)學(xué)生看清規(guī)律表達(dá)式的實質(zhì)。
　　2 通過比較圖象，理解規(guī)律的實質(zhì)
　　部分電路歐姆定律I=UR，是一個狀態(tài)量對應(yīng)關(guān)系，揭示的是通過電阻的電流I、加在電阻兩端的電壓U、電阻值R三者間的本質(zhì)性的因果關(guān)系。只做一般性強(qiáng)調(diào)學(xué)生是不能很好理解的，特別是對一定的電阻，這個關(guān)系式成立，學(xué)生都能理解，在電阻發(fā)生變化時這個關(guān)系式還是否成立就含糊不清了。例如歐姆定律用圖象法表示時常見的是圖1，在描繪小燈泡的伏安特性曲線時得到了圖2，如果問學(xué)生對小燈泡而言，部分電路歐姆定律是否成立，學(xué)生的意見就不太容易統(tǒng)一到正確答案上了。
　　兩圖中，部分電路歐姆定律I=UR都是成立的。只是由于圖1反映的是電阻不變的情形，圖2反映的是電阻增大的情形，不論是哪種情形，對每一狀態(tài)，I=UR都是成立的，即I、U、R三者間的本質(zhì)關(guān)系是一樣的。對圖1，R=UI=ΔUΔI是成立的；對圖2，R=UI成立，而R=ΔUΔI就不再成立。通過上述比較可以看出，這樣的不同完全是由于電阻變與不變所致，并非規(guī)律本身所致。
　　通過這樣的比較，學(xué)生定會深刻的理解部分電路歐姆定律的實質(zhì)。
　　3 引導(dǎo)學(xué)生學(xué)懂術(shù)語，幫助學(xué)生理解特定含義的詞、看透物理規(guī)律
　　在高中物理中，在學(xué)習(xí)物理規(guī)律后，常會見到有一類題是要依據(jù)規(guī)律判斷一個物理量與另一個物理量“有關(guān)”還是“無關(guān)”，指的就是這一物理量與另一物理量之間是否有本質(zhì)性的因果關(guān)系，是否受另一物理量決定、制約，而非一般性數(shù)量關(guān)系。由于“有關(guān)”、“無關(guān)”在這里是特指本質(zhì)性的因果關(guān)系，說果與因“有關(guān)”，因與果“無關(guān)”；非本質(zhì)性的一般性數(shù)量關(guān)系，一律被說成是“無關(guān)”。例如，在E=Fq中，說F與E“有關(guān)”，卻說E與F“無關(guān)”?；卮疬@一問題時，就必須先要知道“有關(guān)”、“無關(guān)”在這里是指上述特別含義。不然，在學(xué)生看來：一是關(guān)系式都寫出來了，就一定有關(guān)；二是關(guān)系是相互的，F(xiàn)與E有關(guān)，E與F肯定有關(guān)。象前面那樣說明詞的特別含義的教師，就是在幫助學(xué)生“入行”，讓學(xué)生聽懂“行話”，真正理解并接受這樣不太合乎邏輯的“黑話”，也就是幫助學(xué)生“入伙”，使學(xué)生成為“圈內(nèi)人”。做到了這一點，學(xué)生在認(rèn)清規(guī)律的本質(zhì)后，自然會較為輕松地回答這樣的問題，同時也有助于理解規(guī)律的實質(zhì)，否則會一籌莫展，人云亦云。
　　4 引用模式化表述，讓學(xué)生學(xué)會表述物理規(guī)律的實質(zhì)的方法
　　在物理規(guī)律教學(xué)時，引導(dǎo)學(xué)生套用“反映了某某物理量與它的制約因素XX、XX之間的關(guān)系”這樣模式化的句式來表述物理規(guī)律的實質(zhì)，幫助學(xué)生看清物理規(guī)律的實質(zhì)。剛開始，一部分學(xué)生可能會有一些困難。經(jīng)過一定量和一定時間的訓(xùn)練后，大多數(shù)學(xué)生在教師的引導(dǎo)下不但能比較順利地看清物理規(guī)律的實質(zhì)，而且能夠準(zhǔn)確地表述出來。
　　筆者在幾屆學(xué)生中做了一定數(shù)量的調(diào)查，教師在教學(xué)中如果不注意這方面的訓(xùn)練，許多學(xué)生在學(xué)完高一物理后，對平行四邊形定則、開普勒第一定律、開普勒第二定律、開普勒第三定律等一些規(guī)律就是逐字逐句琢磨并記熟了它們的內(nèi)容后，仍回答不了“這些規(guī)律究竟反映了什么？”這類的問題。遇到這類問題，許多學(xué)生還是一頭霧水。學(xué)生回答這類問題，只能是將規(guī)律的內(nèi)容再重復(fù)一遍。實際教學(xué)中，如果是在新授課上，我會引導(dǎo)學(xué)生說出“平行四邊形定則揭示了合力與分力間的大小、方向和位置關(guān)系——合力在中間，分力分居兩側(cè)；合力、分力分別對應(yīng)于平行四邊形的兩鄰邊和對角線”，“開普勒第一定律揭示了行星與太陽的位置關(guān)系——行星在橢圓上，太陽在橢圓的焦點上”，“開普勒第二定律揭示了行星在同一橢圓軌道上，不同位置運行的快慢關(guān)系——離太陽越近，行星運動越快”，“開普勒第三定律揭示了不同軌道上的行星運行的快慢關(guān)系”等等話后，學(xué)生們都會有豁然開朗的感覺。在復(fù)習(xí)課上筆者會時常提醒學(xué)生復(fù)習(xí)這些內(nèi)容，于是我的學(xué)生大多能較好地掌握這一知識，為應(yīng)用物理規(guī)律解題奠定了良好的基礎(chǔ)。
　　以上是筆者在多年的一線教學(xué)中形成的一些粗淺的認(rèn)識和不成熟的做法，寫下來與各位同仁商榷，還望各位同仁不吝賜教。
　　(欄目編輯張正嚴(yán))