探析中學(xué)物理力學(xué)教學(xué)

陳葉成

中學(xué)物理知識(shí)是物理學(xué)的初級(jí)層次。它的科學(xué)性、系統(tǒng)性都受到了一定的限制。它闡述了物理學(xué)中最基本、最基礎(chǔ)的知識(shí)，其主要內(nèi)容是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，以力學(xué)、電學(xué)為重點(diǎn)。本文就力學(xué)部分的教學(xué)進(jìn)行探述。

一、從全局觀點(diǎn)分析力學(xué)部分

從全局觀點(diǎn)分析力學(xué)部分，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，應(yīng)從以下三個(gè)方面分析。

1.力學(xué)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)，動(dòng)能定理和動(dòng)量定理及其守恒定律是經(jīng)典力學(xué)的棟梁?，F(xiàn)行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)，有力的合成與分解先行。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、概念判斷和推理及其他過(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。掌握物理思維結(jié)構(gòu)，就是要掌握怎樣運(yùn)用思維的基本形式和思維的基本方法，以便能更好地、有目的地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

“力”章中，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，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)，還跟力的作用點(diǎn)的位置有關(guān)。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“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”用分析、綜合、等效的方法。

“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”用經(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。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)量不變的結(jié)論。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.物理學(xué)規(guī)律最精確的語(yǔ)言表達(dá)

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，再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的合成與分解的矢量運(yùn)算。

“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，得出結(jié)論：在只有重力、彈力做功時(shí)，機(jī)械能守恒。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。

二、既要發(fā)展學(xué)生的智力，又要培養(yǎng)學(xué)生的能力

物理教學(xué)既要發(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，既要運(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。

1.系統(tǒng)化結(jié)構(gòu)化的教學(xué)

在中學(xué)物理教學(xué)中，兩條主線貫穿力學(xué)——?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)造能力的人才，就必須加強(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)程科學(xué)訓(xùn)練，掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律，激發(fā)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。

總之，我們要以“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。系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的教學(xué)能使學(xué)生頭腦中形成力學(xué)體系的清晰圖像，有益于培養(yǎng)學(xué)生的探索精神，從被動(dòng)地學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)地學(xué)習(xí)，用自己的智慧和力量攻克學(xué)習(xí)難關(guān)，取得良好的學(xué)習(xí)效果。