善架“橋梁” 到達物理學(xué)習(xí)成功“彼岸”①

李慶國 姜業(yè)勇

(江蘇省揚州市新華中學(xué)，江蘇 揚州 225009)

高中物理概念、公式、規(guī)律多,很多同學(xué)覺得比較難學(xué)。其實只要我們善于思考,我們會發(fā)現(xiàn)很多物理知識、方法等都不是孤立的,都可以通過“橋梁”進行聯(lián)系。這樣的問題在高中物理中有很多，如涉及力和運動的關(guān)系問題,我們常稱為動力學(xué)問題。動力學(xué)有兩類基本問題：(1) 已知受力情況求運動情況；(2) 已知運動情況求受力情況。對于第(1)類問題,先由物體的受力情況求出合力,利用牛頓第二定律求出物體的加速度,再由運動學(xué)公式得到所求物理量,即知道了物體的運動情況。對于第(2)類問題,先根據(jù)物體的運動情況,運用運動學(xué)公式求出物體的加速度,再由牛頓第二定律求出物體受一個力或某幾個力,即知道了物體的受力情況，具體流程如圖1所示。

顯然,不管是哪一類問題,確定物體的加速度是解題的關(guān)鍵,加速度是聯(lián)系力學(xué)和運動學(xué)的“橋梁”。知道了這一點,遇到動力學(xué)問題時就不會孤立地僅從動力學(xué)角度考慮,也不會孤立地僅從運動學(xué)角度考慮,會通過加速度這一“橋梁”將力和運動進行聯(lián)系,將知識點“化多為少”，很快找到解決問題的突破口,順利解決問題。

又如，兩帶電體沒有相互接觸就會發(fā)生力的作用,原因是電荷A會在周圍空間產(chǎn)生電場,電荷B處在A的電場中,會受到A的電場給它的電場力的作用。同樣電荷B會在周圍空間產(chǎn)生電場,電荷A處在B的電場中,會受到B的電場給它的電場力的作用。這個關(guān)系可用圖2來表示，由此可看出,電場是不同帶電體間發(fā)生作用的“橋梁”，只有搞清楚這個“橋梁”,對電荷間的作用才能理解得更透徹,把電場這種雖然看不見摸不著但又客觀存在的物質(zhì)直觀呈現(xiàn)出來,對電場的理解更到位，同時為磁場的學(xué)習(xí)和理解打下很好的基礎(chǔ)。

圖2

再如，不同形式的能可以相互轉(zhuǎn)化,但都必須通過做功這個過程,做功就是不同形式能量轉(zhuǎn)化的“橋梁”,它們的關(guān)系可用圖3來描述。搞清楚這個關(guān)系,對做功的實質(zhì)以及功能關(guān)系的理解會更透徹。

圖3

在高中物理中類似的情形還有很多，有些問題、知識間即使看起來沒有聯(lián)系,我們也可以構(gòu)建“橋梁”,在看似不相干的知識之間建立聯(lián)系,這樣我們就不是一個個孤立地去學(xué)習(xí),而是將物理知識連成片、織成網(wǎng),學(xué)習(xí)就輕松得多了?！皹蛄骸笨赡苁悄硞€物理量,可能是某個物體,可能是某種方法,也可能是某種狀態(tài)。那么，作為教師如何幫助或啟發(fā)學(xué)生構(gòu)造一個個“橋梁”呢？筆者對此進行了探討,與同行分享。

1 運用二級結(jié)論構(gòu)建“橋梁”，將看似無關(guān)的問題聯(lián)系起來

例1:如圖4所示,用皮帶傳動的兩個輪子(皮帶不打滑),r2=2r1,A點為輪子O1邊緣上一點,B點為輪O2上某半徑的中點,求A和B兩點線速度大小之比和角速度之比。

圖4

解析：對于皮帶傳動,不同輪子邊緣線速度大小相等，這是一個二級結(jié)論。A、B看起來沒有聯(lián)系,要直接找出A、B線速度和角速度的關(guān)系，似乎無從下手，但可以用上述結(jié)論構(gòu)建A和B間的“橋梁”。如圖4所示，在O2輪邊緣上任取一點C,則有vA=vC。B、C同輪,ωB=ωC,由v=ωr可得：vC=2vB,綜合可得：vA=2vB,進而可知ωA=2ωB。

若題目其他條件不變,只將A點改為輪O1上某半徑的中點(圖5),求A和B兩點線速度大小之比和角速度之比。

圖5

討論：和變化前相比,此時A、B看起來更無聯(lián)系,但仔細(xì)思考仍可運用上述結(jié)論構(gòu)建“橋梁”。在O1、O2輪邊緣上各取一點C和D,A和C、B和D的線速度、角速度關(guān)系很好確定,再利用vC=vD可以順利確定A、B兩點線速度大小之比和角速度之比。

二級結(jié)論指的是教材中沒有直接給出,依據(jù)有關(guān)的物理概念或規(guī)律,通過一定的演繹推理所得到的具有通用性意義的結(jié)論,或應(yīng)用有關(guān)的物理概念或規(guī)律對典型的問題進行分析所得到的具有普遍性意義的結(jié)論。在遇到具體問題時,根據(jù)需要利用相應(yīng)的二級結(jié)論構(gòu)建“橋梁”，既能方便解決問題,又能加深對已有知識的理解。高中物理中有許多類似的二級結(jié)論,它可以是文字形式的描述,也可以是數(shù)學(xué)形式的表達。作為教師,一定要引導(dǎo)學(xué)生真正理解其成立的條件,理解二級結(jié)論的內(nèi)涵和外延,千萬不能死記硬背。只有這樣,遇到實際問題時方能靈活運用,提升學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力。

2 架設(shè)物理與生活的“橋梁”，凸顯物理知識的實用性

物理知識來自生活,但由于其抽象、難懂的特點,對學(xué)生的物理學(xué)習(xí)帶來了一定的困難。為了解決這一問題,在物理教學(xué)中,應(yīng)該搭建物理與生活的“橋梁”,用物理知識去指導(dǎo)生活,通過生活現(xiàn)象總結(jié)出物理原理。

2016年我校組織高二學(xué)生去“方特”游樂場,在坐旋轉(zhuǎn)秋千時有學(xué)生說自己膽小不敢坐。教師告訴學(xué)生：秋千旋轉(zhuǎn)后內(nèi)側(cè)吊椅離地高度小,外側(cè)吊椅離地高度大,膽小的往內(nèi)側(cè)坐，再用圓周運動相關(guān)知識進行證明,但當(dāng)時學(xué)生還是將信將疑。當(dāng)他們從“方特”回來后說：老師你太厲害了！他們覺得物理真有用,對物理的興趣也越來越濃。

還有一次年級舉行拔河比賽,在比賽前的物理課上,教師對所教的兩個班從物理方面進行了指導(dǎo),比如說重心的高低、雙腳的站位、身體的傾斜度等。比賽時又進行了現(xiàn)場指導(dǎo),結(jié)果這兩個班分別獲得第一名和第二名。兩個班學(xué)生非常高興,真正體會到了“學(xué)有所用”,體會到了知識的力量。

在物理教學(xué)中通過生活現(xiàn)象建構(gòu)物理概念,形成物理規(guī)律,再回歸到生活中去,不僅可以使教學(xué)變得生動鮮活,避免了物理知識的空洞化,而且可以使學(xué)生深刻體會到生活中充滿著物理原理,物理與社會生活是緊密相連的。

架設(shè)物理與生活的“橋梁”,就是引導(dǎo)學(xué)生會從物理的視角去看生活,生活中處處有物理,要有意識用所學(xué)知識去解釋生活中的現(xiàn)象,指導(dǎo)生活和工作。在遇到各種現(xiàn)象時,能探究其中的物理原理,體驗“物理發(fā)現(xiàn)”的過程,培養(yǎng)科學(xué)思維能力和創(chuàng)新能力，這樣物理學(xué)習(xí)就會變?yōu)橐环N享受而不是負(fù)擔(dān)。

3 架設(shè)“橋梁”，為學(xué)生設(shè)立問題解決的臺階

有些問題看似比較困難,但教師通過提問等方式給學(xué)生設(shè)立臺階,搭建“橋梁”,幫助學(xué)生順利解決問題。

例2:如圖6所示,A、B為等量異種點電荷,O是AB連線的中點,D為AB連線中垂線上某一點,試比較C、D兩點場強的大小。

圖6

分析：要比較C、D兩點的場強大小,通常是將C、D兩點處場強的表達式寫出來，然后比較大小。在實際教學(xué)中很多同學(xué)就是想從這個角度去解決,但由于C、D具體位置未知,故此路不通。有的學(xué)生想到利用電場線的疏密程度來進行比較,故畫出A、B間電場線如圖7所示,由圖7發(fā)現(xiàn)：C、D處電場線的疏密情況不明確,由于畫圖的差異,有部分學(xué)生甚至?xí)贸鱿喾吹慕Y(jié)論。至此,不少學(xué)生覺得陷入了“絕境”。此時教師提問：能否比較C、O處場強大小呢？學(xué)生幾乎異口同聲回答：EC>EO,理由是C處電場線比O處密。接著再提問：能否比較D、O處場強大小呢？學(xué)生回答：EO>ED(關(guān)于等量異種電荷連線中垂線上各點場強關(guān)系在前面已做了專門討論),即可得到：EC>ED。這時教師又提出一個問題：C、D兩點電勢的高低如何？受前面的啟發(fā),很多學(xué)生很快得出φC<φD=0。

圖7

C、D兩點場強的大小看似無法比較,但經(jīng)老師的點撥,架起了“O”點這個橋梁,問題很快得以解決。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體,教師不能越俎代庖,應(yīng)該起引導(dǎo)、啟發(fā)、點撥的作用。讓學(xué)生在老師的啟發(fā)下,能自主架起解決問題的“橋梁”,進而解決問題。

有的問題比較難,搭建一個“橋梁”還不夠,就需要搭建多個“橋梁”。搭建“橋梁”也是一種藝術(shù),什么時候搭？搭什么樣的“橋梁”？這就給教師提出了很高的要求。教師本身必須對所教學(xué)科有精深的理解,同時又要了解學(xué)生的認(rèn)知特點、知識基礎(chǔ)等,才能在遇到不同的問題時能給學(xué)生搭起合適的“橋梁”,達到引導(dǎo)學(xué)生思考、啟迪學(xué)生思維的目的。

4 架設(shè)師生情感“橋梁”，使學(xué)生“愛屋及烏”

心理學(xué)研究表明：學(xué)生認(rèn)知水平的高低,與學(xué)生在認(rèn)知活動中是否形成良好的情感體驗有重要的關(guān)系。美國哈佛大學(xué)的戈爾曼認(rèn)為：情感比智力更重要,教育的作用不僅要讓學(xué)生形成認(rèn)知效應(yīng),更要通過其產(chǎn)生心理效應(yīng),兩種效應(yīng)相輔相成。

教學(xué)是師生的雙邊活動,師生間存在著知識和情感交流,兩種交流相互影響,當(dāng)知識和情感交流都順暢時,總流量最大。良好的師生情感交流有助于教師洞察學(xué)生的心理世界，因此教師要熱愛、親近學(xué)生,理解、尊重、信任他們,關(guān)心他們的學(xué)習(xí)和生活,盡力及時解決他們各方面存在的困難,使他們體會到老師對他們的真誠之愛，從而形成一種融洽的、和諧的、亦師亦友的關(guān)系。另外，教師的情緒極易感染學(xué)生,當(dāng)教師面帶微笑,懷著愉悅的心情走進教室時,學(xué)生會倍感親切,快樂之情油然而生。學(xué)生思維活躍,師生配合默契,這樣才有利于知識信息的傳遞。學(xué)生從喜歡物理老師開始,到喜歡上物理課,最終會喜歡物理這門學(xué)科。正如古人所說：“親其師而信其道”。使學(xué)生的良好情緒逐漸上升為愛物理的情感。學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性大大提高,物理學(xué)習(xí)的進步當(dāng)然會順理成章。

通過搭建“橋梁”使學(xué)生學(xué)好物理,“橋梁”有很多,但最大的“橋梁”一定是教師。孟子曰：“資之深,則取之左右逢其源”。教師作為“傳道授業(yè)解惑”者,務(wù)必提高自身的教育、教學(xué)能力。教育是一門藝術(shù),“教學(xué)有法,教無定法”,教師既要掌握教育教學(xué)理論,又要掌握教學(xué)的藝術(shù)；既要學(xué)習(xí)借鑒名師的經(jīng)驗,又要養(yǎng)成自身獨特的風(fēng)格。因此,教師要不斷追求更好的教學(xué)設(shè)計、更優(yōu)的教育方法,使日復(fù)一日、年復(fù)一年的教育教學(xué)工作呈現(xiàn)新的效果、達到新的境界，真正做一個有理想信念、有道德情操、有扎實學(xué)識、有仁愛之心的“四有”教師。