高中物理理想規(guī)律教學(xué)中極限思想導(dǎo)入的研究——以“探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)間公式”為例

摘? 要：理想規(guī)律課的教學(xué)對于學(xué)生理想化物理思維的培養(yǎng)有著深刻的意義。在課程的起始階段培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，是有效提升物理教學(xué)效率的關(guān)鍵。本文主要從高中物理理想規(guī)律課的導(dǎo)入環(huán)節(jié)著手，將理想規(guī)律區(qū)別于實(shí)驗(yàn)規(guī)律與理論規(guī)律，將課堂導(dǎo)入的相關(guān)理論及方法應(yīng)用于“探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)間公式”教學(xué)案例中，進(jìn)而提高學(xué)生在對高中物理理論規(guī)律進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)極限思想的滲透。

關(guān)鍵詞：極限思想;理想規(guī)律;導(dǎo)入

一、理想規(guī)律的概念界定

物理規(guī)律根據(jù)其獲取途徑劃分主要可以分為三種基本類型：實(shí)驗(yàn)規(guī)律、理論規(guī)律、理想規(guī)律。

獲取物理規(guī)律的途徑有兩種：一種是實(shí)驗(yàn)歸納法，得出的是實(shí)驗(yàn)規(guī)律，如楞次定律、牛頓第二定律……，需借助實(shí)驗(yàn)才能得出;另一種是理論推導(dǎo)法，得出的是理論規(guī)律，如動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒定理、萬有引力定律……。理論規(guī)律教學(xué)時(shí)要注意培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維推理能力，可以是以事實(shí)為依據(jù)，通過理論推理得出的，也可以是由已有的物理規(guī)律推導(dǎo)出新的理論規(guī)律。而本文主要討論的理想規(guī)律，可以通過實(shí)驗(yàn)歸納法得出，也可以是經(jīng)過理論分析法得到。它與實(shí)驗(yàn)規(guī)律和理論規(guī)律的區(qū)別在于，由于缺少必要的實(shí)驗(yàn)條件而無法進(jìn)行實(shí)際操作或不能經(jīng)過直接的推導(dǎo)過程得出，要根據(jù)足夠多的實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行抽象的邏輯推演達(dá)到理想化的結(jié)果。就比如在“牛頓第一定律”這一節(jié)課的教學(xué)要求中，就有要學(xué)生能夠理解、運(yùn)用理想實(shí)驗(yàn)法的要求。

二、高中物理理想規(guī)律教學(xué)中極限思想導(dǎo)入的研究意義

學(xué)習(xí)物理，學(xué)生需要認(rèn)識到，在對客觀世界進(jìn)行研究時(shí)，影響研究過程和結(jié)果的因素中一些是主要的、不可忽略的，而還有一些則對結(jié)果影響不大、是次要的，如果研究時(shí)一并考慮進(jìn)來反而會(huì)在研究過程中增添不必要的麻煩。所以教師需要在教學(xué)中讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用理想化思維將不重要的先忽略掉。理想規(guī)律課程的教學(xué)重難點(diǎn)也在于此，教師需要考慮如何培養(yǎng)學(xué)生具有建立理想物理模型或情境的意識，要能夠在已存在的物理事實(shí)的基礎(chǔ)上，合理推理直至理想狀態(tài)從而得到理想規(guī)律，具有讓客觀事實(shí)理想化的意識，知道什么情況下需要考慮理想狀態(tài)。如：“輕棒輕繩需要忽略自身質(zhì)量，但在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體棒的質(zhì)量不可忽略。”高中物理大部分問題的處理都涉及到理想化的思想，所以，一些關(guān)鍵的、典型的理想規(guī)律課的教學(xué)，在高中物理規(guī)律的教學(xué)甚至是整個(gè)高中物理課程的教學(xué)中都有著不可替代的意義。

由于理想實(shí)驗(yàn)在實(shí)際中通常難以操作，因此需要在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯思維的演繹推理，得出合理的猜測。理想狀態(tài)與日常生活也不符，對學(xué)生來說就會(huì)比較抽象。教師在新課導(dǎo)入時(shí)要盡可能聯(lián)系生活實(shí)際，化抽象為形象，增強(qiáng)學(xué)習(xí)樂趣，設(shè)置教學(xué)情境。通過問答或小組討論的形式增強(qiáng)學(xué)生的代入感，使學(xué)生更加積極地投入到教學(xué)活動(dòng)中來。高中物理教科書上第一次提到理想實(shí)驗(yàn)是在牛頓第一定律的第一節(jié)的伽利略理想實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無法通過實(shí)驗(yàn)觀察來驗(yàn)證。如果學(xué)生難以理解，教師的講解將沒有說服力，這時(shí)就需要教師在新課導(dǎo)入時(shí)給學(xué)生提供理想化的“極限思維”。

三、以“探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)間公式”為例的“極限思想”導(dǎo)入案例

在本節(jié)課的教學(xué)中將運(yùn)用到無限分割的思想，參考人教版高中物理必修一的講解：聯(lián)系之前學(xué)過的勻速直線運(yùn)動(dòng)，物體在時(shí)間t內(nèi)的位移x為x=vt，其速度——時(shí)間圖象所包圍的面積正好是矩形面積vt。引導(dǎo)學(xué)生思考：勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移x與其速度——時(shí)間圖象是否也具有類似的關(guān)系？如此循序漸進(jìn)地引導(dǎo)，使學(xué)生產(chǎn)生新的疑問：勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度——時(shí)間圖象包圍的面積為直角梯形，那么如何確定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與速度——時(shí)間圖象的確符合如上的關(guān)系？接下來便運(yùn)用到了將圖象無限分割的方式——把研究對象分割成無限小份梯形后再累加（積分）。此時(shí)高中生還未接觸過積分，為方便學(xué)生理解，教師就需要運(yùn)用學(xué)生之前已經(jīng)接觸過的相關(guān)例子導(dǎo)入。例如，詢問同學(xué)們是否還記得小數(shù)學(xué)圓周率時(shí)所提到過的割圓術(shù)。它是我國數(shù)學(xué)家劉徽首先提出的，以極限思想——“割圓術(shù)”來求圓周率，是人類歷史上將極限分割引入理論論證的首例，不失為一次大膽的創(chuàng)新，為人類在科學(xué)領(lǐng)域的探究提供了解決問題的新思路。

蘇霍姆林斯基說過，要想提高教育效果，就要使孩子盡可能少地從教育現(xiàn)象中感知到教育者的設(shè)計(jì)意圖。在一堂新課起始——導(dǎo)入環(huán)節(jié)講述一個(gè)看似和新課沒有關(guān)系的故事。一方面，由于學(xué)生的身心發(fā)展水平是不平衡的，在一節(jié)課的開始，并不是所有學(xué)生的注意力都能迅速地集中到本節(jié)課的教學(xué)中來。這樣做區(qū)別于平時(shí)的“直奔主題”，可以提升學(xué)生的新鮮感，從而更快地進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。另一方面，學(xué)科的交叉讓學(xué)生在具有新鮮感的同時(shí)又產(chǎn)生一種熟悉感，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自信。有了這一導(dǎo)入，學(xué)生在思考第二個(gè)疑問時(shí)迅速聯(lián)想到導(dǎo)入的案例，無意間對學(xué)生起到了引導(dǎo)作用，并且培養(yǎng)了他們主動(dòng)思考和舉一反三的能力。這種能力一旦培養(yǎng)成，會(huì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，對今后的學(xué)習(xí)也有相當(dāng)大的益處。

四、結(jié)束語

本文針對物理規(guī)律“理想規(guī)律”課提出的導(dǎo)入方法，主要針對“極限思想”的滲透，運(yùn)用相關(guān)案例導(dǎo)入，從學(xué)生視角找素材，以方便高中物理教師在教學(xué)時(shí)能夠高效導(dǎo)入。并不一定適用于所有理想規(guī)律教學(xué)的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師在運(yùn)用時(shí)也僅作參考之用。對于實(shí)際操作時(shí)可能會(huì)遇到的問題，教師要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理變通。

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作者簡介：

張桂苑（1997—），女，漢族，籍貫：山西省沁水縣，職務(wù)/職稱：研究生在讀，學(xué)歷：本科，研究方向：學(xué)科教學(xué)（物理）