張星
【摘 要】學(xué)生不易理解物理知識(shí),在解決物理問題時(shí),也往往沒有思路,物理老師應(yīng)該仔細(xì)教授知識(shí)點(diǎn),同時(shí)幫助學(xué)生建立起物理思維、構(gòu)建物理模型。這樣,學(xué)生依據(jù)清晰的解題方法,順藤摸瓜,就能解決物理問題。此文,主要談?wù)勱P(guān)于高中生如何建立并運(yùn)用物理思維的思考。
【關(guān)鍵詞】高中物理 物理思維 物理教學(xué) 物理模型
中圖分類號(hào):G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.3969/j.issn.1672-0407.2017.21.003
高中物理知識(shí)概念化、抽象化,對(duì)于高中學(xué)生來說,難度稍大。高中物理課本主要包含四個(gè)部分:力學(xué)、電學(xué),光學(xué)以及熱學(xué),每個(gè)部分既各成體系,又相互包含。貫穿整個(gè)高中物理知識(shí)的主線,就是物理思維和物理模型,只要學(xué)生在教師的協(xié)助下找到這條主線,他們學(xué)習(xí)起高中物理來,就會(huì)事半功倍。物理教師應(yīng)該思考的是:如何高效地培養(yǎng)學(xué)生的物理思維,讓學(xué)生學(xué)以致用。
一、高中物理中主要的物理思維
高中階段正是建立學(xué)生抽象邏輯思維的好時(shí)機(jī)。在學(xué)習(xí)初期,通過生動(dòng)形象的實(shí)驗(yàn)教學(xué),加上物理老師的耐心講解,學(xué)生很容易就形成了清晰的思路,學(xué)生有了成就感,學(xué)習(xí)的積極性也會(huì)大大增加,教師也會(huì)得到更全面的教學(xué)反饋,以便改善教學(xué)。守恒思想,是高中物理最重要的思維。例如,力學(xué)部分的機(jī)械能守恒定律、動(dòng)量守恒定律、質(zhì)量守恒定律,電學(xué)部分的電荷守恒定律,以及適用于整個(gè)物理范圍的能量守恒定律、熱量守恒定律。有的守恒定律是推論,有的守恒是可以在高中的實(shí)驗(yàn)室中得到驗(yàn)證的,物理教師可以通過理論講解、實(shí)驗(yàn)操作的方式來教學(xué)。
以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律為例,說明教師培養(yǎng)學(xué)生物理思維的方法。該實(shí)驗(yàn)的原理是,忽略空氣阻力做功,僅重力做功,自由下落的物體的機(jī)械能守恒,其重力勢能減少,轉(zhuǎn)化為增加的動(dòng)能。實(shí)驗(yàn)時(shí),讓質(zhì)量為m的物體自由下落,利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測出其不同時(shí)刻的下落高度h和瞬時(shí)速度v,重力勢能變化量為△Ep=mgh,動(dòng)能變化量為△Ek=1/2mv2,比較多組數(shù)據(jù),若在誤差允許的范圍內(nèi)兩者相等,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí),機(jī)械能守恒,其總量保持不變,僅重力做功時(shí),重力勢能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化。教師在課堂上講解此知識(shí)點(diǎn),并帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),這樣的學(xué)習(xí)過程生動(dòng)有趣,利于學(xué)生理解機(jī)械能守恒的概念。經(jīng)過親身實(shí)驗(yàn),學(xué)生逐漸建立起守恒的物理思想。
除了守恒的物理思維,幾何圖像思維也是高中物理中的常用思維,此種思維常見于力學(xué)分析和帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的問題。在此類問題中,主要運(yùn)用畫圖的方法,學(xué)生要善于從題目信息中找出幾何關(guān)系,結(jié)合數(shù)學(xué)公式,并輔之以邏輯推理解答問題。
二、運(yùn)用物理思維解決物理問題
建立起物理思維,物理問題就會(huì)變得更加清晰易懂,學(xué)生運(yùn)用物理思維獨(dú)立解決物理題后,他們會(huì)形成自信心,這對(duì)于進(jìn)一步的物理學(xué)習(xí)非常有利。在物理題中,最常用到的物理思維是能量守恒定律和機(jī)械能守恒定律,結(jié)合這兩個(gè)物理思維,大部分物理題目都能輕易得到解答。以一道圓周運(yùn)動(dòng)的物理題為例:將一條長為l的繩固定于一點(diǎn),繩的下端系上一個(gè)質(zhì)量為m的小球,將小球拉至水平方向使其自由下落,同時(shí),有一圖釘,可使小球繞其做圓周運(yùn)動(dòng),圓周運(yùn)動(dòng)的過程中能量守恒。要解決此問題,首先要找到研究對(duì)象,分析此題,小球做圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)機(jī)械能守恒,學(xué)生可以選取零界點(diǎn),結(jié)合機(jī)械能守恒定律和圓周運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決此題。學(xué)生常常忽視臨界思維和機(jī)械能守恒思想,經(jīng)過多次練習(xí),學(xué)生才能將這兩種思維靈活運(yùn)用,這說明,要建立起一種思維需要多次重復(fù),但是也要拓寬眼界,思考多種解決問題的思維方式,避免形成思維定式。
高中的物理思維還有很多,學(xué)生可以用數(shù)學(xué)中的估算方法來解決物理問題,極限思維也能解決一些問題,依靠對(duì)稱性的思維,學(xué)生往往能很快找到解題的突破口。另外,還有一些物理題通過順向思維來思考,步驟繁瑣,學(xué)生容易百思不得其解,這時(shí)教師可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)逆向思維,將物理問題的初始狀態(tài)看作末狀態(tài),反向分析物理問題,往往能巧妙地解決復(fù)雜的問題。在此提到的物理思維并不是全部,具體的物理思維還有很多,這需要學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中不斷積累,將物理思維融貫于做題的過程。教師可以運(yùn)用不同的物理思維進(jìn)行教學(xué),在具體的問題中,向?qū)W生示范正確的思維方式,平時(shí),教師也要鼓勵(lì)學(xué)生積極發(fā)現(xiàn)物理問題,學(xué)會(huì)用物理思維思考問題。
三、引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)物理思維構(gòu)建物理模型
學(xué)習(xí)每一門學(xué)科,都要先掌握其學(xué)科思維,除了物理思維方式,物理學(xué)科還有一個(gè)重要的特點(diǎn),那就是有大量的物理模型。如果學(xué)生不會(huì)總結(jié)物理模型的話,在題海中往往會(huì)摸不著頭腦,導(dǎo)致物理考試成績不佳,自信心受挫,最終學(xué)習(xí)效果也達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。教師要善于引導(dǎo)學(xué)生活用物理思維,將學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)做題的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為物理模型,事實(shí)上,學(xué)生在掌握了物理模型后,能以不變應(yīng)萬變。新課改之后,高考的物理試題適當(dāng)做了些創(chuàng)新,但萬變不離其宗,題目考查的內(nèi)核不變,依然是考查學(xué)生的物理思維,和掌握的物理模型。至于物理考試中更高的考查要求,是用來甄別小部分物理尖子生,達(dá)到高考區(qū)分不同程度學(xué)生,進(jìn)行選拔的目的。對(duì)于這一小部分物理尖子生,可以訓(xùn)練他們參加物理競賽,學(xué)習(xí)一些特殊的解題思維。這對(duì)于高中階段,面對(duì)大部分普通學(xué)生的教學(xué)而言,借鑒意義不大。
高中的物理內(nèi)容,大概有以下模型及其解題方法:運(yùn)用整體、隔離的方法分析研究對(duì)象,解決連接體模型;明確物體重心和運(yùn)動(dòng)加速度,解決超重和失重模型:找對(duì)臨界點(diǎn),解決斜面模型、輕繩、輕桿模型、豎直平面圓周運(yùn)動(dòng)模型等等。物理老師應(yīng)該給學(xué)生點(diǎn)出物理模型,向?qū)W生講解模型特點(diǎn)及解決辦法,同時(shí)設(shè)計(jì)大量專項(xiàng)練習(xí)題。在這個(gè)完整的教學(xué)過程,學(xué)生可以鞏固所學(xué)物理知識(shí)和物理思維,在頭腦中建立起物理模型,形成解決物理問題的清晰思路,遇見創(chuàng)新的題目,稍加思考后,也能辨別出其中的考察點(diǎn)。大多數(shù)學(xué)生在進(jìn)行了這樣的物理訓(xùn)練后,都能達(dá)到不錯(cuò)的物理素養(yǎng)水平,解決起物理問題來也會(huì)更加得心應(yīng)手。
對(duì)于高中生學(xué)習(xí)物理而言,建立物理思維的重要性不言而喻。但是,建立物理思維不是一朝一夕就能完成的,思維的形成需要一個(gè)長期的過程,需要教師正確的引導(dǎo),和學(xué)生不斷地練習(xí)。教師要合理地設(shè)置教學(xué)計(jì)劃,在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi),幫助學(xué)生盡快學(xué)會(huì)物理學(xué)科的思考方式。這對(duì)于教師和學(xué)生來說,都是不小的挑戰(zhàn),教師要和學(xué)生一起,努力完成學(xué)習(xí)任務(wù),發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)樂趣。endprint