淺議學(xué)好高中物理的“學(xué)和思”的統(tǒng)一

崔宇軒

摘要：高中物理以其難度較大而為大多數(shù)高中生所恐懼，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)學(xué)會(huì)觀察和實(shí)驗(yàn)、重視物理方法以及感悟物理學(xué)史來(lái)提高學(xué)生的物理學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中物理；科學(xué)方法；物理方法

中圖分類(lèi)號(hào)：G47 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）51-0260-02

在高中學(xué)生中流傳著這樣一句話(huà)：“物理難，化學(xué)繁，數(shù)學(xué)習(xí)題做不完”，體現(xiàn)了物理學(xué)科的學(xué)習(xí)難度。高中階段不但要學(xué)習(xí)許多具體的物理知識(shí)，還要學(xué)會(huì)科學(xué)的方法更為重要。“學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆”是孔子最早提出的學(xué)習(xí)方法，同樣也可以應(yīng)用在高中物理的學(xué)習(xí)。數(shù)學(xué)家拉普拉斯說(shuō)“認(rèn)識(shí)一位天才的研究方法，對(duì)于科學(xué)的進(jìn)步……并不比發(fā)現(xiàn)本身更少用處。科學(xué)研究的方法經(jīng)常是極富興趣的部分”。本文從學(xué)和思的辯證統(tǒng)一角度來(lái)探討高中生學(xué)習(xí)物理的方法，涉及了觀察和實(shí)驗(yàn)、重視解題思路和感悟物理研究史等方面，以期起到拋磚引玉的作用。

一、認(rèn)真觀察和實(shí)驗(yàn)、體驗(yàn)學(xué)習(xí)樂(lè)趣

物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，講述的是物體在物理變化的過(guò)程中的道理。是在對(duì)自然界和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行大量的觀察、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起許多概念（或物理量），定律、公式和原理的，然后應(yīng)用這些規(guī)律去解釋和解決自然界及生產(chǎn)、生活中出現(xiàn)的物理現(xiàn)象和問(wèn)顆。

觀察是在事物或現(xiàn)象的自然狀態(tài)下，通過(guò)感官去認(rèn)識(shí)事物或現(xiàn)象?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有觀察就沒(méi)有物理學(xué)。我們知道，牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律，是和開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)三定律密切相關(guān)的。而開(kāi)普勒的研究素材完全依靠他的老師、天文學(xué)家第谷長(zhǎng)期天文觀察的結(jié)果。可以說(shuō)，沒(méi)有第谷的精確觀測(cè)，就沒(méi)有開(kāi)普勒三定律，就沒(méi)有萬(wàn)有引力定律，就沒(méi)有整個(gè)牛頓力學(xué)。可見(jiàn)，觀察對(duì)于物理學(xué)是何等的重要！

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，要注意養(yǎng)成良好的觀察習(xí)慣：在觀察演示實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，要進(jìn)行有目的觀察，要邊觀察邊積極思考，要把全面觀察和重點(diǎn)觀察結(jié)合起來(lái)，要認(rèn)真紀(jì)錄觀察到的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)和有關(guān)問(wèn)題。我們不僅在課堂上要做好觀察，而且要留心觀察我們身邊發(fā)生的物理現(xiàn)象，并思考其原因。例如，洗衣機(jī)在切斷電源后，甩干筒在減速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，在某一小段時(shí)間內(nèi)會(huì)發(fā)生劇烈振動(dòng)現(xiàn)象，這是一種共振現(xiàn)象；洗澡后在拔去浴盆塞子時(shí)，水流一定是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)排出，這是北半球觀察到的科利奧里現(xiàn)象……這些生動(dòng)的觀察不僅會(huì)擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，也有利于激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣和求知欲。

實(shí)驗(yàn)是指在控制事物或現(xiàn)象的條件下用感官去認(rèn)識(shí)事物或現(xiàn)象，是研究物理學(xué)極重要的手段。丁肇中教授說(shuō)：“自然科學(xué)不能離開(kāi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，特別是物理學(xué)是在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的?！笔紫?，我們應(yīng)重視做好必做的分組實(shí)驗(yàn)。要獨(dú)立做實(shí)驗(yàn)，不要養(yǎng)成別人做實(shí)驗(yàn)，自己抄實(shí)驗(yàn)結(jié)果的壞習(xí)慣；在實(shí)驗(yàn)中把觀察和積極思維結(jié)合起來(lái)；在實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)成尊重事實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。我們做的實(shí)驗(yàn)大多數(shù)是“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”，也有一部分“探索性實(shí)驗(yàn)”，在“探索性實(shí)驗(yàn)”中，我們要努力通過(guò)自己對(duì)現(xiàn)象的觀察、數(shù)據(jù)的測(cè)量去探索規(guī)律。從某種意義上說(shuō)，這是在模仿科學(xué)家的探索過(guò)程。

另外還要留心并注意研究實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的異常情況。歷史上a，許多重大的發(fā)現(xiàn)就是由實(shí)驗(yàn)中意外情況引起的：如德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)的“X射線”、丹麥科學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)、法國(guó)科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射線……學(xué)生一般不會(huì)像科學(xué)家那樣做出意外的發(fā)現(xiàn)，但在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該培養(yǎng)這種優(yōu)秀的思維品質(zhì)（懷疑思維）——抓住新事實(shí)，動(dòng)搖舊觀念，由懷疑引發(fā)問(wèn)題，由問(wèn)題推動(dòng)探索，從而達(dá)到創(chuàng)新。

二、重視解題思路、加強(qiáng)思維訓(xùn)練

自然科學(xué)研究要使用各種方法，伽利略相信自然界的秩序必須滿(mǎn)足數(shù)學(xué)規(guī)律，他說(shuō)“大自然這本書(shū)是用數(shù)學(xué)的語(yǔ)言寫(xiě)成的”，他把數(shù)學(xué)方法與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)了自由落體定律?？茖W(xué)方法范疇較大，這里僅就中學(xué)物理教學(xué)中常用的方法做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

例如解力學(xué)問(wèn)題常用的隔離法、整體法；處理復(fù)雜運(yùn)動(dòng)常用的運(yùn)動(dòng)合成與分解法；追溯解題出發(fā)點(diǎn)的分析法；簡(jiǎn)單明了的圖像法；以易代難的等效代換法等，均為中學(xué)物理中基本的思維方法。在學(xué)習(xí)中，還要格外注意怎么建立物理模型；怎樣隨著審題而描繪物理情景；怎樣分析物理過(guò)程；怎樣尋找臨界狀態(tài)及與其相應(yīng)的條件；如何挖掘隱含條件等。這些都遠(yuǎn)比列出物理方程和完成解題任務(wù)更有意義。一旦領(lǐng)悟、掌握了方法，就會(huì)如虎添翼，往往能發(fā)揮出更敏捷的思維能力。

下面詳細(xì)談?wù)劷⒗硐牖锢砟Ｐ偷姆椒ǎ涸诟咧形锢韺W(xué)中遇到的理想化模型有對(duì)象模型和過(guò)程模型兩類(lèi)。對(duì)象模型如力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)、剛體、單擺、彈簧振子，熱學(xué)中的彈性球分子模型（即理想氣體模型），電學(xué)中的點(diǎn)電荷、理想導(dǎo)體、絕緣體、理想化電表、純電阻、純電感、純電容、理想變壓器、理想二極管，光學(xué)、原子物理學(xué)中的光線、薄透鏡、原子核式結(jié)構(gòu)模型、玻爾模型等。過(guò)程模型如勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻加速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧振動(dòng)、彈性碰撞、完全非彈性碰撞、等溫過(guò)程、等容過(guò)程、等壓過(guò)程、絕熱過(guò)程等。正確的選擇物理模型很重要，通過(guò)下面的例題加以說(shuō)明。

【例題】如圖1，在傾角為θ的斜面上，用水平細(xì)線拴一個(gè)質(zhì)量為m的勻質(zhì)小球。圖甲中線水平并通過(guò)球心，圖乙中線水平并系于球的頂部。試計(jì)算兩種情況下球?qū)π泵娴膲毫Α?/p>

【分析】在圖甲中，球受三力作用：重力G、支持力NA、拉力TA，這三個(gè)力均通過(guò)球心（如圖2），所以小球只能處于平動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)。可以把球抽象為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，由平衡條件可得：N=G/cosθ

對(duì)于圖乙所示的情況，如果我們也將它抽象成為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，得出同樣的結(jié)論，那就錯(cuò)了。實(shí)際上，圖乙中球受四力作用（圖3）；重力G、拉力TB、支持力NB和靜摩擦力f，這時(shí)小球存在轉(zhuǎn)動(dòng)的可能性，因此必須當(dāng)作剛體模型處理，由平衡條件ΣFx=0，ΣFy=0得：

TB+f·cosθ=NB·sinθ （1）

NB·cosθ+f·sinθ=mg （2）

再由各力對(duì)O點(diǎn)力矩平衡條件得

TB·R=f·R （3）

聯(lián)立以上三式，可得NB=mg

三、感悟物理學(xué)史、學(xué)和思相結(jié)合

最后，建議學(xué)生們有時(shí)間讀一點(diǎn)物理學(xué)史。愛(ài)因斯坦曾說(shuō)過(guò)：“結(jié)論總是以完成的形式出現(xiàn)在讀者面前，讀者體會(huì)不到探索和發(fā)明的喜悅，感覺(jué)不到思想形成的生動(dòng)過(guò)程，也很難做到清楚地理解全部情況?！蹦壳拔覈?guó)中學(xué)物理的教學(xué)現(xiàn)狀也大體如此——學(xué)生通過(guò)課本學(xué)習(xí)了物理學(xué)的完美無(wú)缺的結(jié)論，然而對(duì)物理學(xué)家們的探索過(guò)程和研究方法卻知之甚少。一部物理學(xué)史就是一部科學(xué)家艱苦奮斗、勇攀高峰的生動(dòng)記錄，也是一幅閃爍著科學(xué)家智慧火花的絢麗畫(huà)卷。通過(guò)讀史，可以了解到我們?cè)谡n本上學(xué)到的科學(xué)結(jié)論，是科學(xué)家們?cè)谝欢ǖ纳鐣?huì)背景下，經(jīng)過(guò)精心的觀察、實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜艱巨的創(chuàng)造性勞動(dòng)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的甚至幾代人的努力才取得的。通過(guò)讀史，我們可以結(jié)識(shí)一批品德高尚、才華橫溢的朋友：開(kāi)普勒、伽利略、牛頓、法拉第、愛(ài)因斯坦、居里夫人……他們精妙的研究方法將給我們以無(wú)窮的啟迪，他們獻(xiàn)身科學(xué)的崇高精神將激勵(lì)我們?cè)谂实强茖W(xué)高峰的征途上勇往直前。前蘇聯(lián)教育家蘇霍姆林斯基說(shuō)得好：“在每一個(gè)年輕人的心靈里，都存放著求知好學(xué)，渴望知識(shí)的火藥?！弊屛覀冋莆湛茖W(xué)的方法，引爆心中的火藥，點(diǎn)燃燦爛的智慧之花！