物理教學(xué)的中心任務(wù)
——物理規(guī)律教學(xué)

呂勇

（云南工業(yè)技師學(xué)院，云南 曲靖）

物理規(guī)律（包括定律、定理、原理、法則、公式等）反映了物理現(xiàn)象、物理過程在一定條件下必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律，反映了物質(zhì)運動變化的各個因素之間的本質(zhì)聯(lián)系，揭示了物理事物本質(zhì)屬性之間的內(nèi)在聯(lián)系。在一定意義上說，物理規(guī)律揭示了在一定條件下某些物理量間內(nèi)在的、必然的聯(lián)系。它是物理知識的核心，是物理知識結(jié)構(gòu)體系的樞紐[1]。因此，物理規(guī)律教學(xué)是物理教學(xué)的中心任務(wù)。那么怎樣才能讓學(xué)生真正掌握物理規(guī)律呢？

一 找準物理規(guī)律教學(xué)的基本方法

在物理規(guī)律的教學(xué)過程中，不僅要讓學(xué)生掌握規(guī)律本身，還要對規(guī)律的建立過程、研究問題的科學(xué)方法進行深入了解，更重要的是如何應(yīng)用規(guī)律來解決具體問題。為此，對不同的物理規(guī)律應(yīng)采用不同的教學(xué)方法。

（一） 理論規(guī)律的教學(xué)方法

理論規(guī)律是由已知的物理規(guī)律經(jīng)過推導(dǎo)，得出的新的物理規(guī)律。因此，在理論規(guī)律教學(xué)中應(yīng)采用“理論推導(dǎo)法”。如在“動能定理”的教學(xué)中，教師提出問題：質(zhì)量為m的物體在外力F的作用下，速度由V1增加到V2，經(jīng)過的位移為S。請學(xué)生運用所學(xué)的知識，找出外力所做的功跟物體動能變化的關(guān)系。學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，根據(jù)牛頓第二定律和運動學(xué)規(guī)律，都能運用“理論推導(dǎo)法”推導(dǎo)出動能定理的數(shù)學(xué)表達式。

（二） 理想規(guī)律的教學(xué)方法

理想規(guī)律是在物理事實的基礎(chǔ)上，通過合理推理至理想情況而總結(jié)出的物理規(guī)律。因此在教學(xué)中應(yīng)用“合理推理法”。如在牛頓第一定律的教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生通過在不同表面上做小車沿斜面下滑的實驗，發(fā)現(xiàn)平面越光滑，摩擦阻力越小，小車滑得越遠。如果推理到平面光滑、沒有摩擦阻力的情況下，小車則將永遠運動下去，且速度不變，做勻速直線運動，從而總結(jié)出牛頓第一定律[2]。

（三） 實驗規(guī)律的教學(xué)方法

物理學(xué)中的絕大多數(shù)規(guī)律都是在觀察和實驗的基礎(chǔ)上，通過分析歸納總結(jié)出來的，我們把它們叫做實驗規(guī)律。如牛頓第二定律、歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等。常采用以下教學(xué)方法：

1.示范實驗法。演示實驗法就是教師通過精心設(shè)計的演示實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察，根據(jù)實驗現(xiàn)象，師生共同分析、歸納，總結(jié)出有關(guān)的物理規(guī)律。如法拉第電磁感應(yīng)定律的教學(xué)，先讓學(xué)生觀察實驗：當(dāng)條形磁鐵插入或拔出線圈的速度越大時，檢流計指針偏轉(zhuǎn)角度也越大，說明線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大；當(dāng)條形磁鐵插入或拔出線圈的速度越小時，檢流計指針偏轉(zhuǎn)角度也越小，說明線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越小。最后總結(jié)得出：線圈中感應(yīng)電動勢的大小與通過線圈的磁通量的變化快慢成正比。

2.推演實驗法。推演實驗法意思就是根據(jù)一些物理規(guī)律設(shè)計實驗，學(xué)生通過自己做實驗來觀察和分析實驗現(xiàn)象及實驗結(jié)果，得出有關(guān)的物理規(guī)律。采用實驗法，不但能使學(xué)生將實驗總結(jié)出來的規(guī)律，深刻理解、牢固記憶，而且還能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，增強學(xué)習(xí)興趣，更重要的是通過這種方法使學(xué)生掌握了研究物理問題的基本方法。比如，在牛頓第二定律的教學(xué)中，大部分物理老師都是讓學(xué)生通過實驗加速度與力的關(guān)系以及加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最終得出：在質(zhì)量一定的條件下，加速度與外力成正比；在外力一定的條件下，加速度與質(zhì)量成反比。物理教師指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)加速度、外力和質(zhì)量間的關(guān)系，最終得出牛頓第二定律[3]。

3.驗證實驗法。驗證實驗法是采用證明規(guī)律的方法進行教學(xué)，從而使學(xué)生理解和掌握物理規(guī)律。具體實施時先由教師和學(xué)生一起提出問題，將物理規(guī)律直接告訴學(xué)生，然后教師指導(dǎo)學(xué)生并和學(xué)生一起通過觀察分析有關(guān)現(xiàn)象、實驗結(jié)論，驗證物理規(guī)律。

在“力的合成方法”的教學(xué)中，采用如下的方法和步驟：①復(fù)習(xí)舊知識引入新課題，提出問題。以天花板上的吊燈受力分析為例，可用一根繩子吊住燈，使它不向下掉；也可用兩根繩子吊住它。用一根繩子吊燈時，燈受一個拉力作用；用兩根繩子吊時，燈受兩個拉力作用，可以看出兩個拉力作用的總效果跟一個拉力產(chǎn)生的效果相同。提出問題：“合力與分力二者間有何關(guān)系？”②將平行四邊形定則明確告訴學(xué)生。③讓學(xué)生通過實驗驗證平行四邊形定則，再在此基礎(chǔ)上，進行理論探討，得出合力大小與方向的表達式。驗證實驗法的最大特點是學(xué)生學(xué)習(xí)十分主動，這是因為在驗證規(guī)律時，學(xué)生已知問題的答案，對于下一步的學(xué)習(xí)目的及方法已經(jīng)清楚，所以更加有的放矢。

三 弄清物理規(guī)律教學(xué)中應(yīng)注意的問題

（一） 弄清物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程

物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)一般大致分為3種情況：第一種是實驗規(guī)律，都是經(jīng)過多次觀察和實驗，進行歸納推理得到的。比如牛頓第二定律、氣體實驗三定律等；第二種是理想規(guī)律都是由物理事實、經(jīng)過合理推理而發(fā)現(xiàn)的。比如牛頓第一定律，理想氣體狀態(tài)方程。第三種是理論規(guī)律，是由已知規(guī)律經(jīng)過理論推導(dǎo)而得到的新規(guī)律。如萬有引力定律就是由牛頓第二定律推導(dǎo)出來的。

（二） 注意物理規(guī)律之間的聯(lián)系

有些物理規(guī)律之間是存在著相互關(guān)系的，要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)物理規(guī)律間的相互聯(lián)系。以牛頓第一定律與牛頓第二定律為例，兩個定律是從不同的角度回答了力與運動的關(guān)系。第一定律是說物體不受外力時做什么運動，第二定律是說物體受力作用時做什么運動。第一定律是第二定律的基礎(chǔ)，沒有第一定律，就不會有第二定律。雖然第一定律可以看成第二定律的特例，但不能去掉第一定律。再如動量守恒定律與牛頓第三定律的關(guān)系；動能定理、動量定理跟牛頓第二定律的關(guān)系等[4]。

（三） 要深刻理解規(guī)律（包括文字表述、公式和圖像）的物理意義

在規(guī)律教學(xué)過程中，要引導(dǎo)學(xué)生深刻理解規(guī)律的物理意義，防止死記硬套。為此應(yīng)做好以下幾點：

1.要使學(xué)生真正理解物理規(guī)律的文字表述的含義。中學(xué)階段所研究的物理規(guī)律，一般都要用文字語言加以表達，即用一段話把某一規(guī)律的物理意義表述出來。對于物理規(guī)律的文字表述，要認真加以分析，使學(xué)生真正理解它的含義，而不能讓學(xué)生去死記結(jié)論。例如，動量定理可表述為：“物體所受的合外力的沖量等于它的動量的變化”。弄清“等于”兩字的含義對理解這個定理有很大幫助。第一，“等于”所包含的是一種因果關(guān)系，即沖量是引起動量的變化；第二，“等于”包括大小和方向上的關(guān)系。沖量是力對時間的積累的量，屬于過程量，動量則是物體狀態(tài)的量，過程量沖量引起狀態(tài)量動量的改變，動量的改變量和引起改變的沖量是相等的?？梢姟暗扔凇苯沂玖藘烧咧g的內(nèi)在聯(lián)系，不要把“等于”單純理解為“就是”。

2.要從物理意義上去理解物理規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式。大多數(shù)物理規(guī)律的內(nèi)容都可以用數(shù)學(xué)公式表達出來，即定律的公式。公式的形式能表達出定律的內(nèi)容，能反映出研究對象間的內(nèi)在聯(lián)系，還能由之計算出有關(guān)的物理量的量值（有的還要能標示矢量的方向），參與各種推理和運算，并盡量選擇最簡潔的形式。對于物理公式，要使學(xué)生從物理意義上去理解公式中所表達的物理量之間數(shù)量關(guān)系，而不能從純數(shù)學(xué)的角度加以理解。例如對于歐姆定律的表達公式：I=U/R，應(yīng)當(dāng)使學(xué)生理解，這一公式表達了電流的強弱決定于加在導(dǎo)體兩端電壓的大小和導(dǎo)體本身電阻的大小。即某段電路中電流的大小，與這段電路兩端的電壓成正比，與這段電路中的電阻成反比，公式中的I、U、R三個物理量是對同一段電路而言。把公式加以數(shù)學(xué)變換，得到電阻的定義式R=U/I。如果不理解公式的物理意義，就可能得出“電阻與電壓成正比，與電流成反比”這一類錯誤的結(jié)論來[5]。

3.要充分認識物理規(guī)律中各個物理量的物理意義。如F=ma中的F指的是物體所受的合外力；在E=ΔΦ/Δt中，要區(qū)別Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的物理意義；又如在a=Δv/Δt中，要區(qū)別v、Δv、Δv/Δt的物理意義。

（四） 明確物理規(guī)律的適用條件和范圍

由于物理學(xué)所研究的對象和過程，往往不是處于自然狀態(tài)的實際客體和實際現(xiàn)象，而是采用科學(xué)抽象方法適當(dāng)簡化之后建立的理想模型和理想過程；又由于物理學(xué)是實驗科學(xué)，在觀察和實驗中，限于當(dāng)時儀器的精密程度、操作技術(shù)的準確程度，從而不可避免地出現(xiàn)測量誤差。因此，反映各物理量之間關(guān)系的物理規(guī)律，只能在一定精度范圍內(nèi)足夠真實但又是近似地反映客觀世界。也就是說，物理規(guī)律總有它的適用條件和適用范圍。只有明確規(guī)律的適用條件和范圍，才能正確地運用規(guī)律來研究和解決問題。例如，歐姆定律I=U/R，適用于金屬導(dǎo)體，不適用于高電壓的液體導(dǎo)電，不適用于氣體導(dǎo)電，不適用于含源電路或含有非線性元件的電路。再如，胡克定律的適用條件是在彈性限度以內(nèi)；單擺振動的周期公式成立條件是擺角小于5°；牛頓定律的適用范圍是可視為質(zhì)點的宏觀物體、低速和慣性系；動量守恒定律，這是自然界中普遍適用的定律，無論宏觀物體、微觀粒子、高速運動或低速運動情況都適用。然而動量守恒也是有條件的，這個條件就是研究對象（系統(tǒng)）所受的合外力必須等于零。當(dāng)然，在運用中，當(dāng)合外力遠小于內(nèi)力時可以把合外力忽略不計，實際上相當(dāng)于合外力等于零，這是一種近似處理?？梢?，動量守恒定律也是有條件的。

四 運用物理規(guī)律解決實際問題

實戰(zhàn)是解決一切問題的基本方法。下面我們通過一些實例來逐步說明物理教學(xué)的規(guī)律：

例1：法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過程中，應(yīng)用了實驗歸納的方法，是實驗歸納與理論分析的產(chǎn)物。

法拉第提出電能生磁，磁能否生電的問題后，歷經(jīng)10年的失敗、試驗、再實驗的過程。在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)的第一個效應(yīng)，即以一下電流產(chǎn)生另一個電流。

他在一個軟鐵圓環(huán)上繞了兩個彼此絕緣的線圈A、B。讓線圈A與一電池組組成閉合電路，線圈B的兩端用一根銅導(dǎo)線連接，形成另一閉合回路。在銅線下方平行放置一只小磁針。用以檢驗B回路有無電流。法拉第發(fā)現(xiàn)，在A線圈中的電流接通時，磁針立即偏轉(zhuǎn)，擺動幾下后仍穩(wěn)定在原來的位置；在線圈A中的電流切斷的瞬間，磁針也偏轉(zhuǎn)。法拉第立即想到這就是他找了10年的磁生電的現(xiàn)象，但法拉第提出了兩個問題：1.圓鐵環(huán)是否一定必要，沒有它能否產(chǎn)生感生效應(yīng)；2.不用A線圈，而用鐵環(huán)相對于B線圈運動，還有感生效應(yīng)嗎？帶著這些問題法拉第又做了許多實驗，發(fā)現(xiàn)沒有鐵芯，只要一組線圈中的電流發(fā)生變化而不保持恒定，感應(yīng)現(xiàn)象也會產(chǎn)生。法拉第在兩條磁鐵棒的N、S極中間放上一繞有線圈的鐵棒，將線圈與電流計相連，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)鐵芯線圈離開或進入兩極間的瞬間，電流計的指針就會偏轉(zhuǎn)；磁鐵棒插入或抽出線圈時，也有感生電流產(chǎn)生。他做了幾十個類似的實驗，最終認識到感生現(xiàn)象的暫態(tài)性。法拉第在向英國皇家學(xué)會的報告中把可以產(chǎn)生感生電流的情況概括為五種：①變化著的電流；②變化著的磁場；③運動的穩(wěn)恒電流；④運動的磁鐵；⑤在磁場中運動的導(dǎo)體。

他指出了感應(yīng)電流與原電流的變化有關(guān)，而不是與原電流本身有關(guān)。為電磁感應(yīng)定律的建立打下了基礎(chǔ)。由于Δφ/dt難以測量，到1845年以后才得到電磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)表示：感應(yīng)電動勢的大小跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正。E=KΔφ/dt，當(dāng)φ取韋伯時，K=1。

分享比。E=k△pl△t，當(dāng)q取韋伯時，k=1。

例2：牛頓第一定律的建立，在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中，牛頓提出了三個運動定律。

第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。如在牛頓第一定律的教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生通過在不同表面上做小車沿斜面下滑的實驗，發(fā)現(xiàn)平面越光滑，摩擦阻力越小，小車滑得越遠。如果推理到平面光滑、沒有摩擦阻力的情況下，小車則將永遠運動下去，且速度不變，做勻速直線運動，從而總結(jié)出牛頓第一定律。第一定律是以實驗為基礎(chǔ)的，但這一定律不能直接由實驗得出，它是實驗、推理和想象相結(jié)合的產(chǎn)物[6]。

例3：庫侖定律的建立，是法國物理學(xué)家?guī)靵鲎⒁獾诫姾芍g的靜電力與萬有引力有許多類似之處，運用類比的思維方法，大膽假設(shè)靜電力的規(guī)律與萬有引力定律有類似的形式，然后，用他精心設(shè)計的“扭秤實驗”證實了這一假設(shè)的正確性?？梢?，庫侖定律是觀察實驗和物理思維相結(jié)合的產(chǎn)物。

例4：在進行半導(dǎo)體的導(dǎo)電性教學(xué)時，如果不做實驗，只是按照課本從半導(dǎo)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行分析，學(xué)生因為沒有感性認識，就不會對半導(dǎo)體的熱敏性有深刻印象，也不能引起興趣。如果向?qū)W生演示半導(dǎo)體的電阻因溫度的變化而變化的實驗，就會引起學(xué)生的興趣。在實驗事實面前，學(xué)生就會提出“為什么會發(fā)生這樣的現(xiàn)象呢？”然后再通過理解分析，效果就會好得多。為了使教學(xué)獲得更好地效果，在演示上述實驗前可安排對比性演示實驗，即金屬的溫度升高時電阻變大和絕緣體溫度升高時電阻變小的實驗。然后提出“半導(dǎo)體溫度升高時電阻如何變化”的問題，再來做半導(dǎo)體熱敏性的實驗。由實驗知道，半導(dǎo)體跟絕緣體類似，當(dāng)溫度升高時電阻也是變小。但不同的是，絕緣體溫度升得很高時電阻才有明顯減小，而半導(dǎo)體的溫度稍有升高電阻就明顯減小。正因為半導(dǎo)體的導(dǎo)電性對溫度很敏感，所以才叫熱敏性。在完成上述對比實驗后，學(xué)生有了較豐富的感性認識，再從理論上分析半導(dǎo)體、金屬導(dǎo)體、絕緣體在導(dǎo)電性上存在差異的原因，學(xué)生就會感興趣，就能收到好的教學(xué)效果。在教學(xué)中要為學(xué)生創(chuàng)造利用實驗進行歸納的條件。

例5：物理第一冊《物體運動》在講授了物體運動的基本規(guī)律和特點后，具體介紹了一種常見的運動——自由落體運動，教學(xué)的關(guān)鍵在于說明在同一地點作自由落體的任何物體下落的加速度都是重力加速度g，課本是利用“閃光照片”進行分析的。由于大部學(xué)校不具備拍攝閃光照片的條件，所以照此講解有困難。這時學(xué)生已會熟練使用“打點計時器”，可以把它用于研究“自由落體運動”的教學(xué)中。從教學(xué)效果看，學(xué)生親自動手做實驗，并從中探索物理規(guī)律，比教師枯燥地講解學(xué)生記要好得多。因此，在教學(xué)過程中突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，突出物理學(xué)科特點，充分利用學(xué)生已有知識和挖掘?qū)W校儀器設(shè)備條件并因地制宜地擴大學(xué)生親自動手做實驗的范圍，是一項重要的教學(xué)任務(wù)[7]。

五 物理規(guī)律教學(xué)取得的效果分析

總之物理規(guī)律教學(xué)很多教師都有自己的拿手锏，利用物理規(guī)律解決實際問題重點在于加強練習(xí)，物理教師要加強利用物理規(guī)律解決實際問題的引導(dǎo)和練習(xí)，采用一練一考的方式，讓學(xué)生提升規(guī)律的應(yīng)用能力。同時教學(xué)中教師要善于引導(dǎo)、訓(xùn)練學(xué)生能夠聯(lián)系日常生活中的實際問題去學(xué)習(xí)物理規(guī)律，經(jīng)常用學(xué)過的規(guī)律科學(xué)地說明和解釋有關(guān)的現(xiàn)象。通過加強練習(xí)，讓學(xué)生逐步學(xué)會邏輯地說理和表達。其次是教師要善于總結(jié)一些經(jīng)典的問題，在教師的示范下和師生共同下討論逐步引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合規(guī)律對實際問題的討論，強化、活用對物理規(guī)律的理解，逐漸領(lǐng)會分析、處理和解決問題的思路和方法；對于運用物理規(guī)律分析和解決實際問題，要逐步訓(xùn)練學(xué)生運用分析、解決問題的思路和方法，使學(xué)生學(xué)會正確地運用數(shù)學(xué)解決物理問題。還應(yīng)當(dāng)鼓勵學(xué)生運用學(xué)過的規(guī)律獨立地進行觀察和實驗，自己動手、動腦進行小設(shè)計和小制作，創(chuàng)造性地解決一些簡單的實際問題。要幫助和引導(dǎo)學(xué)生在練習(xí)的基礎(chǔ)上，逐步總結(jié)出在解決問題中一些帶有規(guī)律性的思路和方法，提高分析和解決問題的能力[8]。

六 結(jié)語

文章首先通過找準物理規(guī)律教學(xué)的基本方法、弄清物理規(guī)律教學(xué)中應(yīng)注意的問題和運用物理規(guī)律解決實際問題，分析了物理規(guī)律教學(xué)。通過推演實驗、實驗驗證等教學(xué)方法明確了學(xué)習(xí)物理規(guī)律的方法，同時學(xué)習(xí)物理規(guī)律重在實戰(zhàn)演練，加強練習(xí)是學(xué)習(xí)物理規(guī)律的必由之路。