物理教學中突出過程、感悟方法例談

朱亞

物理教學的根本目的就是全面提高學生素質(zhì)，而學生素質(zhì)的提高應該落實在物理教學過程的方方面面、點點滴滴之中.追尋科學細致的教學過程，防止重結論輕過程的不良傾向，鋪就了物理教學的成功之路.

一、突出實驗探究過程

實驗是物理學建立與發(fā)展的基石，是學生建構物理知識、提高科學素養(yǎng)的重要途徑.實驗設計的目的與原理，實驗器材的選擇與組合，實驗步驟的制定與實施，實驗數(shù)據(jù)的測量與處理，實驗現(xiàn)象的觀察與描述，實驗結果的分析與評價，構成了實驗教學的完整過程和全部內(nèi)容.當下，實驗教學沒有得到應有的重視，只在黑板上講實驗，只用多媒體模擬實驗，不讓學生親自動手實驗的教學現(xiàn)象嚴重存在.

（一）經(jīng)歷實驗過程，感悟?qū)嶒灧椒记?，樹立嚴謹?shù)目茖W作風

學生只有親歷實驗過程，才會深切感悟其中的一些思想方法，學會一些操作技巧，形成一定的實驗操作技能，才會真正體會“細節(jié)決定成敗”的含義.

在用油膜法估測分子大小的實驗中，油酸酒精溶液如何配制呢？實驗中，由于使用的盛水盤不可能很大，盤中水的表面積約為0.1m2.如果用滴管（或注射器）將一滴純油酸滴入水中，理論上可以估算出形成的單分子油膜的面積將遠大于盛水盤中水的面積.因此，必須先將油酸進行稀釋，制成油酸酒精溶液，再滴一滴該溶液于盛水盤中進行實驗.實驗表明，油酸與油酸酒精溶液的體積比在1∶400左右比較恰當.那么，如何配制該溶液呢？如果向1mL油酸中加入酒精，均勻混合后直到總量達到400mL，即可制成1∶400的油酸酒精溶液.但這樣做卻存在著兩個問題，第一是取的油酸體積較小，測量的相對誤差較大;第二是一個班級（甚至一個年級）一次實驗用去的油酸酒精溶液量太小，而配制的溶液較多，大部分浪費了.為了克服上述不足，可以采用二次配制法：第一次向5mL油酸中加入酒精，均勻混合后直到總量達到100mL，制成1∶20的油酸酒精溶液，再取該溶液5mL并向其中加入酒精，均勻混合后直到總量達到100mL，即可制成體積比為1∶400的油酸酒精溶液.

再如撒痱子粉的方法.實驗中，為了便于看清單分子油膜的邊緣，先要在水面上均勻地撒一層薄薄的痱子粉，所撒痱子粉是否符合要求將直接關系到實驗的成敗.那么，如何才能便于控制地、隨心所欲地在水面上撒上符合要求的痱子粉呢？將痱子粉放入廣口瓶中，用3層紗布包裹瓶口，將瓶口向下對著水面，拍打瓶底即可（要根據(jù)實際情況，調(diào)整拍打瓶子的力度）.

（二）經(jīng)歷實驗過程，喚醒理性探究欲望，養(yǎng)成學以致用的好習慣

在實驗中，學生會觀察到一些新奇的現(xiàn)象，教師要因勢利導，讓學生產(chǎn)生強烈的從理論上解釋現(xiàn)象成因的迫切需求，鞏固所學物理知識，提高應用能力，逐步樹立理論指導實踐、實踐檢驗理論的辯證思想.

如圖1所示，在描繪小燈泡伏安特性的實驗中，供選擇的滑動變阻器R有兩個，全阻值分別是R1=10Ω，R2=200Ω.學生通過實驗比較發(fā)現(xiàn)，用R2時小燈泡上電壓電流調(diào)節(jié)很不方便，引發(fā)了從理論上探討實驗現(xiàn)象產(chǎn)生原因的興趣.經(jīng)過研究，有的學生推導出小燈泡分得電壓U隨滑動變阻器觸頭從左端向右滑過的阻值Rx的表達式，有的學生手工繪制了U—Rx圖象，有的學生還用軟件繪制了U—Rx隨R變化的動態(tài)圖象.

（三）經(jīng)歷實驗過程，發(fā)揮創(chuàng)造潛能，享受成功樂趣

觀察泊松亮斑，要求學生自行選擇器材，安裝裝置，進行實驗.學生經(jīng)過深入思考、相互討論和反復實驗比較，不斷優(yōu)化實驗設計，創(chuàng)造性地提出了自己的實驗方案.方案一：如圖2所示，在鐵架臺上吸一塊小磁鐵，小磁鐵上吸一枚大頭針，讓大頭針處在豎直方向上，且有一部分在磁鐵下方，大頭針被磁化后能將小鐵珠吸在下端，小鐵珠象被懸掛在空中一樣，讓激光射到不透光的小鐵珠上，在屏上可以清晰地觀察到泊松亮斑.方案二：在透明的膠片上，用筆描繪半徑不同的一組圓形小黑點，也可以用打印機在膠片上打上小黑點（這樣形成的小黑點比較規(guī)則美觀），將膠片夾在鐵架臺上，讓激光射到小黑點上，在后面的屏上可以清楚地觀察到泊松亮斑.

在這樣的實驗設計過程中，學生會遇到較多的疑難和困惑，需要用智慧和創(chuàng)造來應對.每當他們最終完成實驗獲得成功時，內(nèi)心喜悅激動之情常溢于言表.這樣的實驗，不僅能激發(fā)學生學習的潛能，還能增強他們學習的興趣和走向成功的信心.

（四）經(jīng)歷實驗過程，增強問題意識，提高解決問題能力

在探究彈簧彈力與彈簧伸長量關系時，學生必然要面對并思考下列問題：①彈簧的形變量如何測量？②如何測量彈簧產(chǎn)生的彈力大?。竣墼O計怎樣的表格來記錄數(shù)據(jù)？④實驗數(shù)據(jù)如何處理？經(jīng)過分析討論，用如圖3所示的實驗裝置.合理的表格設計如表1.運用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，能直觀地反映出彈簧彈力與彈簧伸長量成正比的關系.

表1

從問題的提出到最終解決，學生要經(jīng)歷一系列的研究過程，有分析綜合，有假設推理，有反思調(diào)節(jié)，有優(yōu)化篩選，等等.學生的知識在實驗中得到鞏固，學生的能力在實驗過程中得到提高，學生的情感、態(tài)度與價值觀在實驗中得到發(fā)展.

二、突出概念和規(guī)律的理性建立過程

物理學是一門帶有方法論性質(zhì)的學科，理解概念、掌握規(guī)律是物理學習的重要內(nèi)容.在物理概念和規(guī)律的建立過程中潛藏著豐富的思想方法，蘊含著重要的科學方法教育價值.下面通過兩個具體例子，僅就滲透的方法教育和能力培養(yǎng)方面進行分析說明，其實這兩方面是融為一體的.

（一）在概念和規(guī)律的建立過程中滲透科學方法教育

以“電容器電容”教學為例.為了使學生清晰地建構電容的概念，理解電容的物理意義——反映電容器自身特性而與其是否帶電、帶電多少無關.在用■定義電容前，需要得出電容器兩板間電壓U與其帶電量Q成正比的結論.這用實驗的方法很難做到，可以引導學生用微元法進行理論分析.將電容器兩極板上的電荷分割為若干小部分，以至在計算每小部分在電容器兩板間某點P產(chǎn)生的電場強度時都可以看成點電荷，設各部分電荷在P點產(chǎn)生的合場強為E=k■，兩板間電壓U=Ed.現(xiàn)讓電容器帶電量變?yōu)樵瓉淼膎倍，極板上分割的部分不變，則每一部分帶電量均為原來的n倍，根據(jù)點電荷電場強度的計算公式可知，每一部分在P點產(chǎn)生的場強都為原來的n倍，合成后P點合場強必為原來的n倍，由U=Ed可知，兩板間電壓必為原來的n倍，因此電容器兩板間電壓U與其帶電量Q成正比.所以■與電容器帶電多少無關，對不同電容器■又會不同，因此■一定是描述電容器自身特性的物理量，將它定義為電容器的電容C=■.從方法上看采用的是比值定義法，經(jīng)過定義前的詳細分析過程，能讓學生比較深刻地感受比值法定義物理量的特點及其科學性.endprint

為了讓學生進一步理解電容是反映電容器容納電荷本領的物理量，可從以下兩個方面著手分析.第一，從電容的數(shù)值意義上分析，由定義式C=■得，電容在數(shù)值上等于兩板間電壓為1V時電容器需要帶的電荷量，比較不同的電容器，在兩板間電壓均為1V這個同等條件下，電容器所帶的電荷量越多，其電容就越大，可見，電容是反映電容器容納電荷本領的物理量.由電容器的定義式進行簡單的數(shù)學變換易得C=■，因此電容在數(shù)值上又等于兩板間電壓增加1V時電容器增加的電荷量，可見，電容是反映電容器容納電荷本領的物理量.第二，用類比法幫助理解.將電容器和水容器進行類比，電容器帶的電荷量—水容器裝的水量（水的體積），電容器兩板間的電勢差—水容器上下兩個液面的高度差（即水深度），電容器的電容—水容器的橫截面積，要使水容器中水深相同，橫截面積大的水容器裝的水多，同理，在電勢差相同時，電容大的電容器帶的電量就多，可見，電容是反映電容器容納電荷本領的物理量.

研究影響平行板電容器電容的因素時，首先依據(jù)C=■，保持Q不變，改變兩板間距離d等相關因素，通過U的變化情況，建立C與d等相關因素的關系，這里用了轉換思想方法.其次，用如圖4所示的實驗研究過程，定性分析平行板電容器電容的決定因素時，運用了控制變量法.還可以運用控制變量法，結合靜電場知識，借助電場線，直觀形象地進行推理分析，定量得出C∝■規(guī)律.

（二）在概念和規(guī)律的建立過程中貫穿思維能力培養(yǎng)

以理想變壓器電壓變比公式建立■=■為例.該公式通常是在實驗測量的基礎上，通過分析實驗數(shù)據(jù)總結出來的.教學中再給出如下推導，讓學生進行是非分析和價值評價.如圖5所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，原線圈加交流電壓U1，副線圈產(chǎn)生電壓為U2，則根據(jù)法拉第電磁感應定律得

E1=n1■， ? ? ? E2=n2■.

對理想變壓器，有U1=E1，U2=E2，

所以■=■=■.

上面的推導似乎很有道理，無懈可擊.其實隱藏著問題，因為根據(jù)法拉第電磁感應定律得到的E1、E2是感應電動勢的平均值，而U1、 U2指的是原、副線圈兩端電壓的有效值，所以上面的推導有問題;但如果令Δt→0可得瞬時值之比，對于正弦交流電，僅從數(shù)值上而不是意義上分析，有效值一定會等于某一時刻的瞬時值，因此附加這樣的分析說明后，上面的推導又是正確的.教學中，組織引導學生對規(guī)律形成中似是而非的有關問題進行討論，有利于提高學生思維的深刻性、批判性等思維品質(zhì).

三、突出問題分析解決過程

學貴在思，思源于疑，有疑問才有認知需求，才能產(chǎn)生積極思維，這表明提出問題十分重要.其實，分析解決問題同樣重要，在問題的分析解決過程中，突出分析方法，對培養(yǎng)學生思維的邏輯性、科學性，提高學生的思維能力意義重大.下面舉兩個例子說明.

（一）經(jīng)歷典型問題分析解決過程，學習分析方法

如圖6所示，電場線是曲線，在電場線上某點由靜止釋放一個帶正電的點電荷，設電荷只受電場力的作用，試證明電荷運動軌跡與電場線不重合.

這是學習“靜電場”時極其常見的問題，幾乎每本高中物理資料講到“靜電場”一章時都會涉及該問題，又是師生討論時不易透徹地把道理說清楚的問題，究其原因，主要是分析方法不恰當，若從正向推理論證，就是說不清楚.引導學生用反證法：如圖6所示，假設電荷沿電場線做曲線運動，在運動中的任一狀態(tài)，受力的方向與電場強度方向相同，沿電場線在該點的切線方向，又因為速度方向沿軌跡在該點的切線方向，所以受力方向與速度方向就沿同一方向，根據(jù)力和運動的關系可知，物體將做直線運動，這個結論與假設的電荷沿電場線做曲線運動矛盾，因此假設不正確，所以電荷一定不沿電場線運動.以上分析推理嚴密，論證有力，彰顯了反證法強大的邏輯力量，突出了方法舉足輕重的作用.

（二）經(jīng)歷典型問題分析解決過程，提升思維品質(zhì)

如圖7所示的電路中，有一個理想變壓器，原線圈匝數(shù)為n1，串聯(lián)一只小燈泡A，再并聯(lián)一只電壓表V1后接在穩(wěn)定的交流電源上;副線圈匝數(shù)為n2，串聯(lián)燈泡B和滑動變阻器R，B燈上并聯(lián)電壓表V2.現(xiàn)在向下移動滑動變阻器R的滑動觸頭P，下列判斷正確的是

A.V1讀數(shù)將變大，V2讀數(shù)將變小

B.V1讀數(shù)將變小，V2讀數(shù)將變大

C.燈泡A和B上消耗的功率都變小

D.燈泡A及B上消耗的功率都變大

分析：設電源電壓為U，原、副線圈兩端電壓分別為U1、U2，電流分別為I1、I2，燈兩端電壓分別為UA、UB，推理解答的流程圖如下：

由于I1、I2都減小，所以燈泡A和B上消耗的功率都變小，選項AC正確.

質(zhì)疑：上式推理過程中，標注①處是將U2當作不變處理的.而循此推下去到標注②處又推得U2增大.如果U2增大，則由R增大在標注①處將推不出I2減小.因此上述推理過程有問題，所得結論值得懷疑，怎么辦？

釋疑：在向下移動滑動變阻器R的滑動觸頭P使R增大時，引起I2的變化情況無非有三種，即增大、不變和減小.假設I2增大，則有如下推理，會得出矛盾結果：

因此，I2不可能增大，同理可以證明I2不可能不變.排除掉I2增大、不變兩種情況，I2就只能減小.可見，要邏輯嚴謹?shù)亟鉀Q本題，必須采用排除法和假設推理法.在問題分析解決過程中，有意識地將學生引進一時難以自拔的疑問中，讓其孜孜以求、“苦苦掙扎”，對培養(yǎng)其邏輯思辨性，提高思維能力有很大價值.endprint