新課程理念下物理規(guī)律教學(xué)的設(shè)計(jì)理念及策略

在國內(nèi)，對物理規(guī)律教學(xué)進(jìn)行研究的學(xué)者很多。但是，基于新課程理念下，以具體的某一課題為例，針對課堂教學(xué)各環(huán)節(jié)，從提出物理規(guī)律教學(xué)的設(shè)計(jì)理念到教學(xué)設(shè)計(jì)策略，研究的學(xué)者很少。物理規(guī)律教學(xué)同其他課型教學(xué)一樣，也應(yīng)體現(xiàn)新課程教學(xué)理念，即在物理規(guī)律教學(xué)過程中，要充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的新課程教學(xué)理念，通過創(chuàng)設(shè)良好的物理情境，引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生求知欲望，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，以訓(xùn)練學(xué)生思維，開發(fā)學(xué)生智力，培養(yǎng)學(xué)生能力。

一、物理規(guī)律及其分類

物理規(guī)律是物理基礎(chǔ)知識中最重要的內(nèi)容，是物理學(xué)知識體系的中心。它反映了物理現(xiàn)象和物理過程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律。

在一定意義上說，物理規(guī)律揭示了在一定條件下某些物理概念之間內(nèi)在的、必然的聯(lián)系以及相互制約關(guān)系。因此，掌握物理規(guī)律是物理概念形成基礎(chǔ)上的理性認(rèn)識過程，它與相關(guān)的物理概念一起構(gòu)成了邏輯上和諧的知識結(jié)構(gòu)體系，即形成物理理論[1]。研究表明：物理規(guī)律具有實(shí)踐性、聯(lián)系性、對應(yīng)性、局限性和發(fā)展性的特點(diǎn)[2]。

物理規(guī)律是客觀存在的，它不依人們的主觀意志而轉(zhuǎn)移，它不能“創(chuàng)造”，也不能無中生有。物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)方法大致可分為兩類：一類是實(shí)驗(yàn)法，另一類是理論演繹法。二者雖然存在很大差別，但是，一個(gè)物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都與觀察、實(shí)驗(yàn)、思維、想象和數(shù)學(xué)推理有著緊密的聯(lián)系[3]。

一般情況下，在物理教學(xué)過程中，通過對各物理量之間必然聯(lián)系的存在性和發(fā)展趨勢的揭示，得到定性的物理規(guī)律；對各物理量之間必然聯(lián)系的相互制約關(guān)系的揭示，得到定量的物理規(guī)律[4]。事實(shí)上，物理學(xué)科的建立和發(fā)展之所以比其他學(xué)科更迅速，是因?yàn)槲覀兊那拜厒兪紫日业搅丝茖W(xué)的研究方法，成功揭示了物理量之間的必然聯(lián)系和相互制約關(guān)系。

中學(xué)物理規(guī)律主要包括物理定律、原理、定理、方程和公式以及法則和定則等幾種類型[5]。

物理定律：通常指人們直接從觀察實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中概括總結(jié)出來的物理規(guī)律。如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、歐姆定律和光的反射定律等。

原理：指自然科學(xué)中具有普遍意義的物理規(guī)律。是在大量觀察和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，經(jīng)過歸納和概括等思維方法而得出的結(jié)論。它既能指導(dǎo)實(shí)踐，而又必須經(jīng)受實(shí)踐的檢驗(yàn)。如功能原理、阿基米德原理和波的疊加原理等。

定理：一般指從已知的物理規(guī)律出發(fā)，對某些特定事物或現(xiàn)象進(jìn)行演繹和推理，從而得出在一定范圍內(nèi)有關(guān)物理量之間的函數(shù)關(guān)系或新的論斷，并經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)的物理規(guī)律。如動(dòng)能定理、動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定理等。

方程、公式：又叫數(shù)學(xué)表達(dá)式。指利用數(shù)學(xué)工具來描述物理量之間的關(guān)系的物理規(guī)律。如振動(dòng)方程、氣態(tài)方程和電阻公式等。

法則、定則：指利用特定方法來表示的物理規(guī)律。如矢量合成的平行四邊形法則、右手定則和左手定則等。

其他：如力的平衡條件、串聯(lián)電路的分壓規(guī)律和平面鏡成像規(guī)律等。

二、物理規(guī)律教學(xué)程序

人類在研究和探索物理規(guī)律的過程中逐步形成了物理學(xué)研究的基本方法。為了說明物理規(guī)律的來龍去脈，交給學(xué)生探求物理規(guī)律的方法，教師在傳授知識時(shí)，一般情況下，不僅要講解前人研究所得出的結(jié)論，而且還要講解這些結(jié)論是怎樣來的。也就是說，對于物理規(guī)律的教學(xué)方法，除了教學(xué)本身的特點(diǎn)之外，還應(yīng)把學(xué)生認(rèn)識物理規(guī)律的過程視為科學(xué)家探索與研究物理規(guī)律的過程。

物理規(guī)律的教學(xué)過程一般包括以下幾個(gè)有序步驟。

1.導(dǎo)出物理規(guī)律

導(dǎo)出物理規(guī)律，就是要運(yùn)用各種教學(xué)手段以引出問題，創(chuàng)設(shè)便于發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的物理環(huán)境。

這一教學(xué)環(huán)節(jié)，就是要按照物理規(guī)律課的導(dǎo)入方法，以提出問題的形式來導(dǎo)入規(guī)律性課題。接著根據(jù)“物理規(guī)律只能發(fā)現(xiàn)，不能創(chuàng)造”的教學(xué)特點(diǎn)，教師要有意識地提供一些便于探索物理規(guī)律、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的物理情境。而創(chuàng)設(shè)物理情境常采用實(shí)驗(yàn)法和舉例法等教學(xué)方法。

2.探求物理規(guī)律

探求物理規(guī)律，就是要探索物理事實(shí)和物理現(xiàn)象之間的內(nèi)在聯(lián)系，以形成物理規(guī)律。

這一教學(xué)環(huán)節(jié)，是基于“導(dǎo)出物理規(guī)律環(huán)節(jié)（導(dǎo)入環(huán)節(jié)）”基礎(chǔ)上，對一些物理事實(shí)和物理現(xiàn)象進(jìn)行思維加工，探索物理事實(shí)和物理現(xiàn)象之間的內(nèi)在聯(lián)系，提供建立物理規(guī)律的科學(xué)依據(jù)。根據(jù)不同的物理規(guī)律，可以采用以下幾種常用的教學(xué)方法。

（1）實(shí)例總結(jié)法；（2）科學(xué)探究法；（3）實(shí)驗(yàn)歸納法；（4）控制變量法；（5）先定性后定量的推演法；（6）理想實(shí)驗(yàn)法；（7）理論分析法；（8）假設(shè)探討法。

3.討論物理規(guī)律

討論物理規(guī)律，就是在得出物理規(guī)律之后必須對物理規(guī)律進(jìn)行多維度討論，使學(xué)生加深對物理規(guī)律的理解。

這一教學(xué)環(huán)節(jié)，是基于“探求物理規(guī)律環(huán)節(jié)”基礎(chǔ)上，將初步形成的物理規(guī)律整理成文，用科學(xué)而又簡潔的語言文字或數(shù)學(xué)表達(dá)式來表述物理規(guī)律，并冠上一個(gè)恰當(dāng)?shù)奈锢砻Q。重要的物理規(guī)律還必須從以下四個(gè)方面去認(rèn)真細(xì)致地加以討論。

（1）物理規(guī)律的意義；（2）物理規(guī)律表述中的關(guān)鍵詞語和公式中各字母的含義；（3）物理公式中各物理量的單位；（4）物理規(guī)律的成立條件和適用范圍。

4.運(yùn)用物理規(guī)律

學(xué)以致用，這是物理教學(xué)目標(biāo)之一。運(yùn)用物理規(guī)律，就是要啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生善于用物理規(guī)律去分析解決物理問題，以鞏固物理規(guī)律。

這一教學(xué)環(huán)節(jié)，是基于“討論物理規(guī)律環(huán)節(jié)”基礎(chǔ)上，對物理規(guī)律進(jìn)行多維度討論的前提下，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理規(guī)律去分析解決物理問題，以訓(xùn)練學(xué)生思維，讓學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，使學(xué)生進(jìn)一步理解物理規(guī)律和鞏固物理規(guī)律。所以，在講授完物理規(guī)律之后，一般還要安排諸如例題講解和課堂練習(xí)等教學(xué)活動(dòng)。

應(yīng)當(dāng)指出，物理規(guī)律也是多種多樣的，有的簡單，有的復(fù)雜。對于有的物理規(guī)律，由于學(xué)生已有一定的感性經(jīng)驗(yàn)或基礎(chǔ)知識，容易接受；對于有的物理規(guī)律，由于學(xué)生感覺到新異生疏，所以難以理解。教師應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采取靈活多變的教學(xué)程序和教學(xué)方法，以期達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)目的。

三、物理規(guī)律教學(xué)的設(shè)計(jì)理念及策略

這里以“玻意爾定律”一課為例具體談?wù)勎锢硪?guī)律教學(xué)各環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)理念及策略。

1.“玻意爾定律”之導(dǎo)出

【教學(xué)設(shè)計(jì)理念】

在“玻意爾定律”的導(dǎo)入教學(xué)環(huán)節(jié)中，可以向?qū)W生例舉與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的生活實(shí)例或展示與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的生活圖片或做與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的實(shí)驗(yàn)來呈現(xiàn)典型的物理現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)良好和諧的物理情境，提出要研究的物理問題，以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，引導(dǎo)學(xué)生積極生思維，從而導(dǎo)出新課題：“玻意爾定律”。

【教學(xué)設(shè)計(jì)策略】

首先，教師可向?qū)W生例舉出與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的生活實(shí)例。如輪胎充氣太足，被太陽曝曬之后就容易爆胎；點(diǎn)燃熱氣球的燃燒器，能加熱熱氣球內(nèi)部的空氣，把美麗多姿的熱氣球帶上藍(lán)天；笨重的潛水艇能在浩瀚的海洋中自由沉浮。這些生活實(shí)例都與氣體的熱現(xiàn)象有關(guān)。

其次，教師向?qū)W生做如圖1所示的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提問學(xué)生看到了什么？（紅色水柱向移動(dòng)）。容器中空氣的T、V、P三個(gè)參量有何變化？（空氣的T、V、P三個(gè)參量都發(fā)生了不同的變化，即T↑、V↑、P↑）

圖1空氣的熱膨脹

教師提問學(xué)生，研究氣體的三個(gè)參量之間的內(nèi)在關(guān)系，應(yīng)采用什么樣的物理研究方法呢？緊接著，教師向?qū)W生介紹在物理學(xué)中研究多變量之間的關(guān)系常采用的一種很重要的方法，即“控制變量法”。該方法的關(guān)鍵點(diǎn)：首先在每一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，都必須合理固定幾個(gè)變量而研究其中剩余的兩個(gè)變量之間的關(guān)系，然后分別加以分析與綜合、抽象與概括，最后歸納總結(jié)出一個(gè)完整的物理規(guī)律。

教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用“控制變量法”去進(jìn)一步探討氣體的三個(gè)參量之間的關(guān)系，其探討思路為：

T=C→P、V間的關(guān)系P=C′→V、T間的關(guān)系V=C″→P、T間的關(guān)系

今天，首先探討T=C時(shí)，P、V間的關(guān)系，從而導(dǎo)出課題“玻意爾定律”。

2.“玻意爾定律”之探求

【教學(xué)設(shè)計(jì)理念】

在“玻意爾定律”的講授新課環(huán)節(jié)中，基于導(dǎo)入環(huán)節(jié)中導(dǎo)出“玻意爾定律”的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)向?qū)W生演示玻意爾實(shí)驗(yàn)，探索氣體在等溫情況下，壓強(qiáng)與體積之間的關(guān)系。在教師向?qū)W生演示玻意爾實(shí)驗(yàn)的過程中，首先應(yīng)讓學(xué)生清楚實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒚鞔_實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)對象、觀察目標(biāo)、觀察方法以及實(shí)驗(yàn)步驟等；然后引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；最后通過分析與綜合、歸納與概括等思維活動(dòng)，在此基礎(chǔ)上，初步形成“玻意爾定律”。

教師應(yīng)向?qū)W生指出：無論是運(yùn)用實(shí)驗(yàn)歸納法還是運(yùn)用理論分析法去探求物理規(guī)律，都能使學(xué)生在理解物理規(guī)律的同時(shí)掌握探求物理規(guī)律的科學(xué)方法。

【教學(xué)設(shè)計(jì)策略】

（1）教師向?qū)W生演示實(shí)驗(yàn)：用注射器封閉一定質(zhì)量的空氣，如圖2所示。從注射器上的分度線直接讀出空氣體積，再從壓強(qiáng)傳感器上讀出空氣壓強(qiáng)。

圖2氣體被壓縮

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：在演示該實(shí)驗(yàn)的過程中，改變氣體的體積一定要緩慢進(jìn)行，為什么要這樣做呢？（其目的是讓注射器內(nèi)部空氣與外界空氣充分進(jìn)行熱交換而達(dá)到熱平衡，使注射器內(nèi)部空氣的溫度始終保持不變）。

（2）教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并把所獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在如下的表格中。

（3）教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。首先是定性分析。在教師引導(dǎo)學(xué)生觀察了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，問：如果氣體壓強(qiáng)變大，則氣體體積將如何變化？反之，如果氣體壓強(qiáng)變小，則氣體體積又將如何變化？（如果氣體壓強(qiáng)變大，則氣體體積將變?。环粗?，如果氣體壓強(qiáng)變小，則氣體體積將變大。）

教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)：雖然在壓強(qiáng)和體積這兩個(gè)物理量中，一個(gè)物理量變大的同時(shí)另一個(gè)物理量變小，但壓強(qiáng)與體積這兩個(gè)物理量的乘積確大致相同。由此引導(dǎo)學(xué)生猜想：壓強(qiáng)變化是否與體積變化成反比呢？

其次是定量分析。教師引導(dǎo)學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：以體積為橫坐標(biāo)，以壓強(qiáng)為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)連線，得到“玻意爾定律”的？妝-V圖像。通過觀察“玻意爾定律”的？妝-V圖像，不難發(fā)現(xiàn)，該？妝-V圖像基本遵循數(shù)學(xué)上的“反比律”。此時(shí)，教師應(yīng)向?qū)W生進(jìn)一步說明：在物理學(xué)史上，大量實(shí)驗(yàn)已證明，在玻意爾實(shí)驗(yàn)過程中，如果不考慮實(shí)驗(yàn)過程中的系統(tǒng)誤差和偶然誤差，“玻意爾定律”的？妝-V圖像就一定遵循數(shù)學(xué)上的“反比律”。

（4）教師引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：對于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)與體積成反比。這個(gè)結(jié)論叫“玻意爾定律”，這就是玻意爾在1662年對外公布的自己的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。

3.“玻意爾定律”之討論

【教學(xué)設(shè)計(jì)理念】

在繼續(xù)講授新課環(huán)節(jié)中，基于初步形成“玻意爾定律”的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生去準(zhǔn)確表述“玻意爾定律”并加以討論，使學(xué)生進(jìn)一步理解“玻意爾定律”。

（1）準(zhǔn)確表述“玻意爾定律”：①文字表達(dá)；②數(shù)學(xué)表達(dá)；③圖像表達(dá)。

（2）強(qiáng)調(diào)“玻意爾定律”中的關(guān)鍵詞、公式中各字母的物理意義及單位。

（3）講明“玻意爾定律”公式中各物理量的單位。

（4）指出“玻意爾定律”的成立條件和適用范圍。

【教學(xué)設(shè)計(jì)策略】

（1）教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生去準(zhǔn)確表述“玻意爾定律”，而準(zhǔn)確表述“玻意爾定律”有以下幾種方式。

①“玻意爾定律”的文字表達(dá)

對于一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)與體積成反比。

②“玻意爾定律”的數(shù)學(xué)表達(dá)

如果用？妝1、V1和？妝2、V2分別表示一定質(zhì)量的理想氣體在等溫過程中任意兩個(gè)狀態(tài)的壓強(qiáng)和體積，那么“玻意爾定律”就可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式（公式）表達(dá)為

■=■或？妝1V1=？妝2V2或？妝V=k（常數(shù)），條件：T=C（常數(shù)）

③“玻意爾定律”的圖像表達(dá)，如圖3所示，？妝-V圖像是反比曲線，這一條反比曲線叫等溫線。

圖3 玻意爾定律圖像

（2）教師應(yīng)向?qū)W生強(qiáng)調(diào)“玻意爾定律”中的關(guān)鍵詞、公式中各字母的意義。

①關(guān)鍵詞：“理想氣體”、“等溫”、“反比”。

②公式中各字母的意義：？妝1、V1分別表示理想氣體處于第一個(gè)狀態(tài)下的壓強(qiáng)和體積；？妝2、V2分別表示理想氣體處于第二個(gè)狀態(tài)下的壓強(qiáng)和體積。

（3）教師應(yīng)向?qū)W生講明？妝、V兩個(gè)物理量的單位。

在用“玻意爾定律”公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，？妝、V兩個(gè)物理量常采用配套單位。

即，p1→pa，V1→cm3p2→pa，V2→cm3；p1→pa，V1→mLp2→pa，V2→mL；T→k

（4）教師應(yīng)向?qū)W生指出：“玻意爾定律”的成立條件和適用范圍。

①成立條件：一定質(zhì)量的理想氣體，溫度不變。

②適用范圍：溫度不能過低，壓強(qiáng)不能過大。

4.“玻意爾定律”之運(yùn)用

【教學(xué)設(shè)計(jì)理念】

在“玻意爾定律”的鞏固應(yīng)用環(huán)節(jié)中，基于用多維度去準(zhǔn)確表達(dá)“玻意爾定律”，弄清“玻意爾定律”的成立條件和適用范圍的基礎(chǔ)上，練習(xí)運(yùn)用“玻意爾定律”去解釋物理現(xiàn)象、推斷物理結(jié)果、解決物理問題，訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維，交給學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生分析解決物理問題的能力，同時(shí)讓學(xué)生能進(jìn)一步理解物理規(guī)律和鞏固物理規(guī)律。

【教學(xué)設(shè)計(jì)策略】

（1）如圖4所示，請同學(xué)們用“玻意爾定律”解釋輸液器的原理。

圖4

教師引導(dǎo)學(xué)生解釋：因?yàn)殡S著藥液流出，瓶中的液柱稍有降低，上方氣體體積稍有變大，壓強(qiáng)稍有減小，使得瓶口處的總壓強(qiáng)稍小于外界大氣壓強(qiáng)，外部大氣壓強(qiáng)就將空氣從進(jìn)氣管壓入瓶中加以補(bǔ)充，使瓶口處的壓強(qiáng)基本上保持在一個(gè)大氣壓，如此等等，使藥液能均勻穩(wěn)定地滴下，不隨瓶中藥液的逐漸減少而改變。而在開始時(shí)，瓶中氣體的壓強(qiáng)大約為一個(gè)大氣壓，瓶口處的壓強(qiáng)略大于一個(gè)大氣壓，所以在開始的一小段時(shí)間內(nèi)總是滴得很快。

（2）用打氣筒給一自行車內(nèi)胎打氣。設(shè)每按一次打氣筒，可打入壓強(qiáng)為1.0×105pa的空氣125cm3。這個(gè)自行車內(nèi)胎容積為2.0L，假設(shè)胎內(nèi)原來沒有空氣，那么按了20次后，胎內(nèi)空氣的壓強(qiáng)有多大？設(shè)打氣過程中溫度始終不變。

教師引導(dǎo)學(xué)生解析一

以每次打入胎內(nèi)的這部分空氣為研究對象。

初狀態(tài)：壓強(qiáng)p1=1.0×105pa，體積V1=125cm3。

末狀態(tài)：壓強(qiáng)p2′=？，體積V2=2.0L=2.0×103cm3，體積。

根據(jù)玻意爾定律：p1V1=p2′V2，

得：p2′==■p1==■×1.0×105pa=6.25×103pa

打了20次空氣之后，胎內(nèi)氣體的壓強(qiáng)：p2=np2′=1.25×105pa

教師引導(dǎo)學(xué)生解析二

以打入胎內(nèi)的所有空氣為研究對象。

初狀態(tài)：壓強(qiáng)p1=1.0×105pa，體積V1=125×20cm3。

末狀態(tài)：壓強(qiáng)p2=？，體積V2=2.0L=2.0×103cm3，

根據(jù)玻意爾定律：p1V1=p2V2，，

得：p2=■p1==■×1.0×105pa=1.25×105pa

四、結(jié)語

物理規(guī)律是中學(xué)物理的重要教學(xué)內(nèi)容，我們應(yīng)該認(rèn)真去研究物理規(guī)律的教學(xué)特點(diǎn)，改革課堂教學(xué)方法，合理選擇教學(xué)手段，嫻熟運(yùn)用教學(xué)技能，優(yōu)化課堂教學(xué)過程，努力完成物理規(guī)律的教學(xué)任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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