時間:2023-08-20 14:47:01
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每一個物理過程的處理,物理模型的建立,都離不開對物理問題的分析。教學中,通過對物理模型的設計思想及分析思路的教學,能培養學生對較復雜的物理問題進行具體分析,區分主要因素和次要因素,抓住問題的本質特征,正確運用科學抽象思維的方法去處理物理問題的能力,有助于學生思維品質的提高,有助于培養學生的創新思維。這是培養創新能力的主渠道。
建模過程中,要充分利用抽象思維和比較思維,區分主要因素、次要因素和無關因素,抓住本質的東西加以概括,建立物理模型,在教學中要注意建模過程的教學。如在連通器的教學中,可以讓學生觀察茶壺、鍋爐水位計、乳牛自動喂水器等,設計表格:
引導學生分析、比較這些物體間的差異和共同點,找出它們的共性:上端開口、下部相連通,進一步抽象建立起連通器的物理模型。在研究簡單機械時,可以舉出多種生活中的工具或器械,如撬杠,核桃鉗,鑷子,啟瓶器等,讓學生使用這些工具體會分析比較它們在使用過程中的共同特點,就不難發現它們都具有共同的特征:1.堅硬,使用不變形,是一根硬棒;2.在力的作用下能繞著固定點轉動;3.在長短、粗細、彎直等形狀上沒有一定要求。這樣就抽象出“杠桿”這一物理模型。
使用物理模型解決問題時可以起到很多作用:
1.可使物理教學簡單化
很多實際問題是復雜的很難研究的,如能將其轉化成物理模型可使物理教學簡單化,如做力的示意圖時就找到力的作用點,沿力的方向畫一條帶箭頭的線段來表示這個力,力的示意圖就是典型的模型。分析物體受力時,可根據問題的需要忽略物體的形狀和大小,把物體看做一個有質量的點,把這個點作為物體所受的所有力的作用點,從中較為方便地得出物體受力情況。
2.可以使教學形象直觀
有些物理問題現象過程非常抽象,運用物理模型法可將問題變得直觀形象。在研究磁場時為了描述磁體周圍的磁場強弱和磁場特點我們就用磁感線這一模型來描述磁場,通過磁感線的疏密程度表示磁場的強弱。
初中物理學科已經顯示出它的抽象性,學生接受起來未免有些吃力,利用模型的形象直觀的特點,可破解物理難題,開啟智慧之門。構建初中物理教學中的物理模型,要遵循由易到難、由淺入深、由表象到實質的人類認識規律,將一個復雜的科學理論轉化為直觀的事物,展現在學生面前,從而幫助學生理解消化物理知識,取得更好的學習效果。
一、物理模型的分類
構建物理模型是初中物理教學的重要組成部分,它的目的是幫助學生理解物理概念和物理規律,進而做到將所學到的理論用于解決實際問題。其分類有:
1.物理對象模型――直接將具體研究對象的某些次要因素忽略掉而建立的物理模型。這種模型應用最為廣泛,在初中物理教材中有許多很好的例子。例如:質點、薄透鏡、光線、彈簧振子、理想電流表、理想電壓表、理想電源和分子模型。
2.物理條件模型――忽略研究對象所處條件的某些次要因素而形成的物理模型。在初中物理中有:光滑面、輕質桿、輕質滑輪、輕繩、輕質球、絕熱容器、勻強電場和勻強磁場等。我們以輕質桿為例加以分析。比如簡單機械里的杠桿,在初中階段問題往往歸結到力矩的平衡上來。
3.物理過程模型――忽略物理過程中的某些次要因素建立的物理模型。在初中物理中有:勻速直線運動、穩恒電流等。這些物理模型都是把物理過程中的某個物理量的微小變化忽略掉,把這個物理量看成是恒定的。因為這些量的變化量與物理量本身相比太小了,以至于可以略去不計。這樣不用考慮過程中物理量的復雜變化情況而只考慮恒定過程,分析問題就容易多了。
4.理想化實驗――在大量實驗研究的基礎上,經過邏輯推理,忽略次要因素,抓住主要特征,得到在理想條件下的物理現象和規律的科學研究方法就是理想實驗。理想化方法是物理科學研究和物理學習中最基本、應用最廣泛的方法。初中物理中就有一個非常著名的理想化實驗:伽利略斜面實驗。
5.數學模型――由數字、字母或其它數學符號組成的、描述現實對象數量規律的數學公式、圖形或算法。初中物理中的數學模型主要有磁感線和電場線。磁感線(電場線)是形象的描述磁感應強度(電場強度)空間分布的幾何線,是一種數學符號。而磁場和電場本身的性質對這些幾何線做了一些規定,例如空間各點的電場強度是唯一的規定了電場線不相交。這樣就使它們成為形象、簡練而準確的描述磁場和電場的數學符號。
二、在教學中如何構建物理模型
要想讓學生熟練地運用模型解決實際問題,這就要求學生在平時學習中,在頭腦中建立一定數量的準確清晰的物理模型。在初中物理教學中,絕大部分知識內容都可以物理模型為基礎向學生傳授。
1.用類比法建立物理模型。有些物理現象、規律,我們無法直接展示給學生,這時若能用學生頭腦中已有的物理模型來類比,則可幫助學生建立新的合理的物理模型。例如,電壓和電流,對學生而言很陌生,也無法通過實驗來展示研究,但水壓和水流學生是比較熟悉的,教學時,可用水壓水流來類比,幫助學生建立電壓、電流的物理模型。
2.用虛擬法建立物理模型。有些模型在實際中是根本不存在的,但為了研究方便,可以形象地引入一個虛擬的物質結構或過程。例如,為了便于描述光的傳播,引入了光線;為了便于描述磁場,引入了磁感線。
3.重視實驗教學。物理是一門以觀察、實驗為基礎的學科,要讓學生多觀察、多實驗。實驗為物理概念和規律的建立奠定了表象基礎,在學生的腦海中形成了一個個具體的物理模型。有些物理概念和規律,學生在生活中很少感知,那么在主體和認識客體間就缺少必要的中介物。例如,在講電和磁的關系時,只有做好實驗,學生才能發現、理解電生磁、磁生電、磁場對電流的作用等物理現象,并形成清晰的物理模型。
4.注重實物、圖片、活動掛圖等的展示。人們對事物的認識過程,總是從感性認識到理性認識。心理學研究表明,人腦對事物的認識是從表象開始的。這就要求教師在教學中,要盡可能多地將實物、圖片等展示給學生,以形成表象基礎。
三、初中物理模型的構建程序
構建初中物理教學中的物理模型,要遵循由易到難、由淺入深、由表象到實質的人類認識規律,將一個復雜的科學理論轉化為直觀的事物,展現在學生面前,從而幫助學生理解消化物理知識,取得更好的學習效果。
1.分析研究對象原型特征。物理研究中對于模型的建立首要要求就是提取出正確的事物本質特征,能夠做出合理的抽象是成功的第一步。對實際問題的解決,建立相應的模型是一種非常明智的選擇。例如要建構“質點”這個模型,需要在開始之前就充分的認識到,質點在研究總具有何種意義,如何情況下可以使用這種簡化。
2.確定影響研究對象的主、次因素。對于主要矛盾的把握,是建立模型進行研究的根本性要求,對于次要問題的忽略,可以有效的凸顯出關乎事物發展的規律,從而更好的指導人們解決實際問題。如果建模過程中,對于主要矛盾和次要矛盾的把握不到位,那么不僅僅不會得出正確的結論,反而會把人帶入誤區。因此,對于事物發展過程中的主要因素和次要因素等方面的重視,是成功研究出問題的基本要求。這樣,對于學生創新思維的養成可以起到一個很好的推動作用,同時對于教師對于課堂內容和課堂節奏的把握都能夠提供必要的幫助。
3.把握住研究對象本質特征并做出合理抽象。通過上文的分析,我們可以清楚的認識到,本質和主要影響因素對于研究事物發展規律的重要性。從中,物理模型對于物理研究的重要性就不言而喻了。為了更好的解決實際問題,有必要要求物理研究表現出物理現象的本質,對于事物的本質和現象之間的聯系的揭示,是物理研究的重要內容。
模型在我們日常生活、工程技術和科學研究中經常見到,對我們的生產生活有很大幫助。物理學研究具有復雜性。怎樣發現復雜多變的客觀現象背后的基本規律呢?又如何簡單的表達它們呢?人們有幸在漫長地實踐活動中找到一些有效的方法,其中一個就是:在具體情況下忽略研究對象或過程的次要因素,抓住其本質特征,把復雜的研究對象或現象簡化為較為理想化的模型,從而發現和表達物理規律。
既然物理模型是物理學研究的重要方法和手段,物理教育和教學中對物理模型的講述和講授就必不可少。建立物理模型就要忽略次要因素以簡化客觀對象,合理簡化客觀對象的過程就是建立物理模型的過程。根據簡化過程和角度的不同,將物理模型分為以下五類:物理對象模型、物理條件模型、物理過程模型、理想化實驗和數學模型。【1】下面我們逐個加以說明。
(一)物理對象模型——直接將具體研究對象的某些次要因素忽略掉而建立的物理模型。這種模型應用最為廣泛,在初中物理教材中有許多很好的例子。例如:質點、薄透鏡、光線、彈簧振子、理想電流表、理想電壓表、理想電源和分子模型。作為例子,我們詳細分析質點。質點,就是忽略運動物體的大小和形狀而把它看成的一個有質量的幾何點。其條件是在所研究的問題中,實際物體的大小和形狀對本問題的研究的影響小到可以忽略。這樣以來,很多類型的運動的描述就得到化簡。比如所有做直線運動的物體都可以看成質點。因為作直線運動的物體的每一個部分每時每刻都做同樣的運動,所以就可以忽略其大小和形狀,而只找這個物體上的一個點作為概括,當然這個點的質量等于物體本身的質量。這樣,直線運動物體的運動軌跡就是一條直線,很容易想象、理解和刻畫。很多具體例子都可以這么做,例如以最大速度行駛在筆直鐵軌上的火車,沿著航空路線飛行的客機,從比薩斜塔上下落的鐵球,等等。
(二)物理條件模型——忽略研究對象所處條件的某些次要因素而形成的物理模型。在初中物理中有:光滑面、輕質桿、輕質滑輪、輕繩、輕質球、絕熱容器、勻強電場和勻強磁場等。我們以輕質桿為例加以分析。比如簡單機械里的杠桿,在初中階段問題往往歸結到力矩的平衡上來。即:動力×動力臂=阻力×阻力臂。動力和阻力都包括桿以外的物體對杠桿的作用力,還包括桿本身的重力。而桿重力的力臂在桿上的每一點都不同,這樣除了桿的形狀是幾何規則的少數例子以外的絕大部分杠桿問題在初中階段就沒法解決。而輕質桿的引入正好解決了這一問題。輕質桿是忽略了自身重力的彈性桿。當外界物體對杠桿的力矩遠遠大于桿自身重力的力矩或者桿自身重力的力矩相互抵消時,就可以把桿當成輕質桿,杠桿受到的力矩只有外力矩,這樣所有杠桿平衡問題都可以迎刃而解。
(三)物理過程模型——忽略物理過程中的某些次要因素建立的物理模型。在初中物理中有:勻速直線運動、穩恒電流等。這些物理模型都是把物理過程中的某個物理量的微小變化忽略掉,把這個物理量看成是恒定的。因為這些量的變化量與物理量本身相比太小了,以至于可以略去不計。這樣不用考慮過程中物理量的復雜變化情況而只考慮恒定過程,分析問題就容易多了。
(四)理想化實驗——在大量實驗研究的基礎上,經過邏輯推理,忽略次要因素,抓住主要特征,得到在理想條件下的物理現象和規律的科學研究方法就是理想實驗。理想化方法是物理科學研究和物理學習中最基本、應用最廣泛的方法【2】。初中物理中就有一個非常著名的理想化實驗:伽利略斜面實驗。伽利略的斜面實驗有許多,現在舉其中的一個例子,同樣的小球從同種材料同樣高度的斜面上滑下來,在摩擦力依次減小的水平面上沿直線運動的路程依次增大。伽利略由此推知:小球在沒有摩擦的水平面上永遠做勻速直線運動(在理想條件下的物理現象)。牛頓又在此基礎上建立了牛頓第一定律。無需多論,也足以見得理想實驗的強大力量。
(五)數學模型——由數字、字母或其它數學符號組成的、描述現實對象數量規律的數學公式、圖形或算法。【3】初中物理中的數學模型主要有磁感線和電場線。磁感線(電場線)是形象的描述磁感應強度(電場強度)空間分布的幾何線,是一種數學符號。而磁場和電場本身的性質對這些幾何線做了一些規定,例如空間各點的電場強度是唯一的規定了電場線不相交。這樣就使它們成為形象、簡練而準確的描述磁場和電場的數學符號。
物理模型在初中物理教育與教學中起到舉足輕重的作用,因此,在教學中我們就要重視對物理模型概念和具體模型(例如上文分析的模型)的講述,重視對建立物理模型方法的講授,重視對學生建立和應用物理模型意識的增強,重視對學生建立和應用物理模型能力的培養,讓學生體驗到成功建立和應用物理模型解決實際問題的快樂。
參考文獻
模型在我們日常生活、工程技術和科學研究中經常見到,對我們的生產生活有很大幫助。物理學研究具有復雜性。怎樣發現復雜多變的客觀現象背后的基本規律呢?又如何簡單的表達它們呢?人們有幸在漫長地實踐活動中找到一些有效的方法,其中一個就是:在具體情況下忽略研究對象或過程的次要因素,抓住其本質特征,把復雜的研究對象或現象簡化為較為理想化的模型,從而發現和表達物理規律。
既然物理模型是物理學研究的重要方法和手段,物理教育和教學中對物理模型的講述和講授就必不可少。建立物理模型就要忽略次要因素以簡化客觀對象,合理簡化客觀對象的過程就是建立物理模型的過程。根據簡化過程和角度的不同,將物理模型分為以下五類:物理對象模型、物理條件模型、物理過程模型、理想化實驗和數學模型。下面我們逐個加以說明。
1. 物理對象模型――直接將具體研究對象的某些次要因素忽略掉而建立的物理模型 這種模型應用最為廣泛,在初中物理教材中有許多很好的例子。例如:質點、薄透鏡、光線、彈簧振子、理想電流表、理想電壓表、理想電源和分子模型。作為例子,我們詳細分析質點。質點,就是忽略運動物體的大小和形狀而把它看成的一個有質量的幾何點。其條件是在所研究的問題中,實際物體的大小和形狀對本問題的研究的影響小到可以忽略。這樣以來,很多類型的運動的描述就得到化簡。比如所有做直線運動的物體都可以看成質點。因為作直線運動的物體的每一個部分每時每刻都做同樣的運動,所以就可以忽略其大小和形狀,而只找這個物體上的一個點作為概括,當然這個點的質量等于物體本身的質量。這樣,直線運動物體的運動軌跡就是一條直線,很容易想象、理解和刻畫。很多具體例子都可以這么做,例如以最大速度行駛在筆直鐵軌上的火車,沿著航空路線飛行的客機,從比薩斜塔上下落的鐵球,等等。
2. 物理條件模型――忽略研究對象所處條件的某些次要因素而形成的物理模型 在初中物理中有:光滑面、輕質桿、輕質滑輪、輕繩、輕質球、絕熱容器、勻強電場和勻強磁場等。我們以輕質桿為例加以分析。比如簡單機械里的杠桿,在初中階段問題往往歸結到力矩的平衡上來。即:動力×動力臂=阻力×阻力臂。動力和阻力都包括桿以外的物體對杠桿的作用力,還包括桿本身的重力。而桿重力的力臂在桿上的每一點都不同,這樣除了桿的形狀是幾何規則的少數例子以外的絕大部分杠桿問題在初中階段就沒法解決。而輕質桿的引入正好解決了這一問題。輕質桿是忽略了自身重力的彈性桿。當外界物體對杠桿的力矩遠遠大于桿自身重力的力矩或者桿自身重力的力矩相互抵消時,就可以把桿當成輕質桿,杠桿受到的力矩只有外力矩,這樣所有杠桿平衡問題都可以迎刃而解。
3. 物理過程模型――忽略物理過程中的某些次要因素建立的物理模型 在初中物理中有:勻速直線運動、穩恒電流等。這些物理模型都是把物理過程中的某個物理量的微小變化忽略掉,把這個物理量看成是恒定的。因為這些量的變化量與物理量本身相比太小了,以至于可以略去不計。這樣不用考慮過程中物理量的復雜變化情況而只考慮恒定過程,分析問題就容易多了。
4. 理想化實驗――在大量實驗研究的基礎上,經過邏輯推理,忽略次要因素,抓住主要特征,得到在理想條件下的物理現象和規律的科學研究方法就是理想實驗 理想化方法是物理科學研究和物理學習中最基本、應用最廣泛的方法。初中物理中就有一個非常著名的理想化實驗:伽利略斜面實驗。伽利略的斜面實驗有許多,現在舉其中的一個例子,同樣的小球從同種材料同樣高度的斜面上滑下來,在摩擦力依次減小的水平面上沿直線運動的路程依次增大。伽利略由此推知:小球在沒有摩擦的水平面上永遠做勻速直線運動(在理想條件下的物理現象)。牛頓又在此基礎上建立了牛頓第一定律。無需多論,也足以見得理想實驗的強大力量。
一、高中物理與初中物理的差異
1.學習內容的差異
初中物理教學是以觀察、實驗為基礎,使學生了解力學、熱學、聲學、光學、電學和原子物理學的初步知識以及實際應用;高中物理教學則是采用觀察實驗、抽象思維和數學方法相結合,對物理現象進行模型抽象和數學化描述,要求通過抽象概括、想象假說、邏輯推理揭示物理現象的本質和變化規律。初中物理教學以直觀教學為主,在學生的思維活動中呈現的是一個個具體的物理模型和現象,因此初中學生物理知識的獲得是建立在形象思維的基礎之上;而高中較多地是在抽象的基礎上進行概括,在學生的思維活動中呈現的是經過抽象概括的物理模型。
2.學習方法的差異
初中以形象思維為主、通常從熟悉、具體、直觀的自然現象和演示入手建立物理概念和規律。高中從理想模型代替直觀現象客體入手,通過邏輯判斷和抽象思維建立概念和規律,這種由具體形象思維到抽象邏輯思維的過渡必然使得學生要改進原來的學習方法,才能達到新的要求。學習上產生困難,往往并非學生思維水平或智力的問題,而是學生不知道該怎樣去學。由于初中物理內容少,問題簡單,講解例題和練習多,課后學生只要背背概念、公式,考試就很容易了。而高中物理內容多而且難度大,各部分知識間相互聯系,有的學生仍采用初中的那一套方法學習高中的物理,結果是學了一大堆公式,雖然背得很熟,但一用起來就不知從何下手,學生感到物理深奧難懂,從而心理上產生恐懼。如勻變速直線運動公式常用的就有10個之多,每個公式涉及4個物理量,其中3個為矢量,并且各公式有不同的適用范圍,學生在解題常常感到無所適從。
3.解題方法的差異
初中物理重在表面的定性研究,所研究的現象具有較強的直觀性,而且多數是單一的、靜態的,教學要求以識記為主;高中物理所研究的現象比較復雜、抽象,多數要用定量的方法進行分析、推理和論證,教學要求重在運用所學知識分析、討論和解決實際問題。例如高一物理的運算迅速地從單純的算術、代數運算過渡到函數、圖像、向量、極值等運算。這就要求學生具有較強的分析、概括、推理、想象等思維能力,應用數學能力以及與之對應的優化方法、學習習慣和思維質量,這對于剛上高中只有形象思維或具有一定的抽象思維能力但尚處于經驗型階段的高一學生來說,無疑是一個解題方式中質的飛躍。
二、如何搞好初中、高中物理教學的銜接
1.要重視教材與教法研究
高中物理教師不單是研究高中的物理教材,還要研究初中物理教材,了解初中物理教學方法和教材結構,知道初中學生學過哪些知識,掌握到什么水平以及獲取這些知識的途徑,在此基礎上根據高中物理教材和學生狀況分析、研究高中教學難點,設置合理的教學層次、實施適當的教學方法,降低“階差”,保護學生物理學習的積極性,使學生樹立起學好物理的信心。
2.教學過程要注意以下幾點
(1)堅持循序漸進的原則
高中物理教學大綱指出教學中應注意循序漸進,知識要逐步擴展和加深,能力要逐步提高。高中教學應以初中知識為教學的出發點逐步擴展和加深,教材的呈現要難易適當。要根據學生知識的逐漸積累和能力的不斷提高,讓教學內容在不同階段重復出現,逐漸擴大范圍和增加難度。例題教學中側重開拓思路、選擇例題和練習題應該有代表性,能達到舉一反三的效果;有針對性,能針對知識的重點、關鍵和學生的水平;有啟發性,能激發學生思維。
透析物理概念和規律使學生掌握完整的基礎知識,培養學生物理思維能力,能力是在獲得和運用知識的過程中逐步培養起來的。首先要加強基本概念和基本規律的教學,要重視概念和規律的建立過程,讓學生知道它們的由來。高中階段的很多感念是相通的。其次弄清每一個概念的內涵和外延及來龍去脈,要使學生掌握物理規律的表達形式的同時,明確公式中各物理量的意義和單位,規律的適用條件及注意事項。特別是高一階段中物理量有標量和矢量之分,導致公式上的應用時數據的代入要求有方向,既規定正方向然后用正負號代表方向,這一點是學生剛由初中升入高中不適應的地方。
(2)物理模型的建立
高中物理教學中常用的研究方法是確定研究對象,對研究對象進行建立物理模型,在一定范圍內研究物理模型,分析總結得出規律,討論規律的適用范圍及條件。物理模型建立的重要途徑是物理習題講解,習題講解要注意解題思路和解題方法的指導,有計劃地逐步提高學生分析解決物理問題的能力。講解習題時,要把重點放在物理過程的分析,并把物理過程圖景化,讓學生建立正確的物理模型,形成清晰的物理過程。物理習題做示意圖是將抽象變形象、抽象變具體,建立物理模型的重要手段,要求學生審題時一邊讀題一邊畫圖,特別是在高一剛開始做功過程的運動學和受力分析更要強調物理模型和過程簡圖。解題過程中,要培養學生應用數學知識解答物理問題的能力,學生解題時的難點是把物理過程轉化為抽象的數學問題,再回到物理問題中來,教學中要幫助學生闖過這一難關。
3.要培養學生對物理的學科情感,提高學生的學習情商
進入高中的學習生活之后,學生普遍認為高一物理難學,原因就是學生能力與高中物理教學要求的差距大。高一物理是高中物理學習的基礎,因此高中物理教師必須認真研究新課程標準、新教材和學生情況,掌握初、高中物理教學的梯度,把握住初、高中物理教學的銜接,才能提高高中物理教學質量,才能讓學生完成由初中到高中的過渡,進入高中的物理學習。
一、高中與初中物理教學的梯度
初中物理教學是以觀察、實驗為基礎,使學生了解力學、熱學、聲學、光學、電學和原子物理學的初步知識以及實際應用;高中物理教學則是采用觀察實驗、抽象思維和數學方法相結合,對物理現象進行模型抽象和數學化描述,要求通過抽象概括、想象假說、邏輯推理來揭示物理現象的本質和變化規律。初中物理教學以直觀教學為主,在學生的思維活動中呈現的是一個個具體的物理形象和現象,所以初中學生物理知識的獲得是建立在形象思維的基礎之上;而高中較多地是在抽象的基礎上進行概括,在學生的思維活動中呈現的是經過抽象概括的物理模型。
由于初中物理內容少,問題簡單,講解例題和練習多,課后學生只要背背概念、公式,考試就很容易了。而高中物理內容多而且難度大,各部分知識相互聯系,有的學生仍采用初中的那一套方法對待高中的物理學習,結果是學了一大堆公式,雖然背得很熟,但一用起來就不知從何下手,學生感到物理深奧難懂,從而心理上造成對物理的恐懼。高中物理對學生運用數學分析解決物理問題的能力提出了較高要求,在教學內容上更多的涉及到數學知識,物理規律的數學表達式明顯加多加深,例如:勻變速直線運動公式常用的就有10個之多,每個公式涉及到四個物理量,其中三個為矢量,并且各公式有不同的適用范圍,學生解題常常感到無所適從;解題方法有基本公式法、平均速度法、推論法、逆向思維法、比例法等。一些物理思想的培養也滲透其中。開始用圖像表達物理規律,描述物理過程;矢量進入物理規律的表達式。
二、如何搞好初、高中物理教學的銜接
1.重視教材與教法研究。高中物理教師不單是研究高中的物理教材,還要研究初中物理教材,了解初中物理教學方法和教材結構,知道初中學生學過哪些知識,掌握到什么水平以及獲取這些知識的途徑,在此基礎上根據高中物理教材和學生狀況分析、研究高中教學難點,設置合理的教學層次、實施適當的教學方法,從生活中事例出發,保護學生物理學習的積極性,使學生樹立起學好物理的信心。
2.堅持循序漸進原則。高中物理課程標準指出,教學中應注意循序漸進,知識要逐步擴展和加深,能力要逐步提高。
高中教學應以初中知識為教學的出發點逐步擴展和加深;教材的呈現要難易適當,多舉實例,要根據學生知識的逐漸積累和能力的不斷提高,讓教學內容在不同階段重復出現,逐漸擴大范圍和增加難度。
3.透析物理概念和規律。使學生掌握完整的基礎知識,培養學生物理思維能力,能力是在獲得和運用知識的過程中逐步培養起來的。
首先要加強基本概念和基本規律的教學,要重視概念和規律的建立過程,讓學生知道它們的由來;其次弄清每一個概念的內涵和外延及來龍去脈,要使學生掌握物理規律的表達形式的同時,明確公式中各物理量的意義和單位,規律的適用條件及注意事項。
4.物理模型的建立。高中物理教學中常用的研究方法是確定研究對象,對研究對象進行簡化建立物理模型,在一定范圍內研究物理模型,分析總結得出規律,討論規律的適用范圍及條件。
建立物理模型是培養抽象思維能力、建立形象思維的重要途徑,要通過對物理概念和規律建立過程的講解,使學生領會這種研究物理問題的方法;通過規律的應用培養學生建立和應用物理模型的能力,以實現知識的遷移。
物理模型建立的重要途徑是物理習題講解。講解習題時,要把重點放在物理過程的分析,并把物理過程圖景化,讓學生建立正確的物理模型,形成清晰的物理過程。物理習題做示意圖是將抽象變形象、抽象變具體,建立物理模型的重要手段,要求學生審題時一邊讀題一邊畫圖,養成良好的習慣。解題過程中,要培養學生應用數學知識解答物理問題的能力,學生解題時的難點是把物理過程轉化為抽象的數學問題,再回到物理問題中來。
為了提高學生的閱讀興趣與效果,教師可以根據教材重點設計思考題,使學生有目的地帶著問題去讀書,設計些對重點的、關鍵性的內容能激起思維矛盾的思考題,引起學生的思維興趣和思維活動,同時還可以充分利用電腦動畫再現物理情景。
總之,物理教師應該熟練駕馭教材,在教給學生知識的同時,注意培養學生的各種能力,讓學生學會獨立思考,建立正確的物理模型,養成良好的學習習慣,適應高中物理教學的要求,進入高中物理的學習。
參考文獻
[1]盧麗楊.談高中物理學習方式的轉變[J].龍巖師專學報
[2]李興英.高一新生心理適應能力調查分析[J].中國校醫
科學方法是連接知識和能力的紐帶。“掌握一種科學方法勝過解答十個問題。”對研究方法的學習和考查體現著一種新的教學理念,同學們只有真正掌握了研究方法,才能有效解決實際問題,真正提高自己的創新意識和能力。
《新課程標準》要求,在突出科學探究內容的同時,重視研究方法的指導,使學生在進行科學探究、學習物理知識的過程中,逐漸拓寬視野,初步領悟到科學研究方法的真諦。因此初中物理論文初中物理論文,考查研究物理問題的方法,成為當前和今后中考的熱點。
初中物理常用的研究方法有:控制變量法、等效替代法、轉換法、推理法、模型法、類比法等。
一、控制變量法
所謂控制變量法,就是在研究和解決問題的過程中,對影響事物變化規律的因素和條件加以人為控制,只改變某個變量的大小,而保證其它的變量不變,最終解決所研究的問題。控制變量法是中學物理中最常用的方法,也是中考出題最多的方法。
在初中物理課本中,應用這種方法的實驗有:
理想斜面實驗、探究力與運動的關系、探究影響滑動摩擦力大小的因素、探究影響壓力的作用效果的因素、探究影響液體壓強大小的因素、探究影響浮力大小的因素、蒸發的快慢與哪些因素有關、探究影響滑輪組的機械效率的因素、探究影響動能大小的因素、探究影響重力勢能大小的因素、探究影響導體電阻大小的因素、驗證歐姆定律、探究影響電流做功多少的因素、探究影響電流的熱效應的因素、探究影響電磁鐵磁性強弱的因素、比熱容概念的引入等
二、等效替代法
在物理實驗中有許多物理特征、過程和物理量要想直接觀察和測量很困難,這時往往把所需觀測的變量換成其它間接的可觀察和測量的變量進行研究,這種研究方法就是等效法。
等效替代法是常用的科學思維方法。等效是指不同的物理現象、模型、過程等在物理意義、作用效果或物理規律方面是相同的。它們之間可以相互替代,而保證結論不變。等效的方法是指面對一個較為復雜的問題,提出一個簡單的方案或設想,而使它們的效果完全相同,從而將問題化難為易,求得解決。
初中物理課本中應用這種方法的有:
1、探究平面鏡成像特點時用另一支蠟燭在玻璃板后面去等效像2、等效電路 3、串并聯總電阻 4、多個分力與合力等效 5、物體的重心等論文參考文獻格式。
三、轉換法
對于不易研究或不好直接研究的物理問題,而是通過研究其表現出來的現象、效應、作用效果間接研究問題的方法叫轉換法。
初中物理中應用了這種方法的有:
1.研究物體內能與溫度的關系(我們無法直接感知內能的變化,只能轉換成測出溫度的改變來說明內能的變化);
2.在研究電熱與電流、電阻的關系時,將電熱的多少轉換成溫度計液柱上升的高度;
3.我們在研究電功與什么因素有關的時候,將電功轉換成砝碼上升的高度;
4.在我們回答動能與什么因素有關時,我們將動能轉化為小木塊在平面上被推動的距離,距離越遠則動能越大。
5.證明聲音是由振動產生的,敲擊音叉后放入水中,水花四濺。
注意:等效法與轉換法很相似,它們的區別是“等效替代法” 中相互替代的兩個量種類相同,大小相等 ,而“轉換法”中的兩個物理量有因果關系,并且性質往往發生了改變如
轉換法: 電流大小用燈泡亮度體現; 磁場的強弱用小磁針偏轉的幅度體現
等效替代法: 分力相疊加是合力 ;小石塊體積用排開水的體積代替
四、理想模型法
實際現象和過程一般都十分復雜,涉及到眾多因素,采用模型方法可起到簡化和純化的作用.忽略次要因素,從復雜事物中抽象出理想模型,合理近似的反應所研究事物的本質特征,這種研究問題的方法叫理想模型法.
在初中物理課本中,應用這種方法的有
1.光線(光線是看不見的,我們使用一條看得見的實線來表示,就將問題簡化利用了理想化模型)
2.磁感線
3.電路圖是實物電路的模型
4.力的示意圖或力的圖示是實際物體和作用力的模型。
5.實驗室常用手搖交流發電機及掛圖來研究交流發電機的原理和工作過程
6.研究連通器原理時用到液片模型。
7.研究肉眼觀察不到的原子結構時建立原子核式結構模研究肉眼觀察不到的原子結構時建立原子核式結構模型。
五、科學推理法
推理法是根據已知物理現象和規律,通過想象和推理對未知的現象做出科學的推理和預見.推理法是在觀察實驗的基礎上,忽略次要因素初中物理論文初中物理論文,進行合理的推理,得出結論,達到認識事物本質的目的。理想實驗是研究物理規律的一種重要的思想方法,它以大量的可靠的事實為基礎,以真實的實驗為原形,通過合理的推理得出物理規律.
在初中物理課本中,應用這種方法的有
1、聲音不能在真空中傳播用推理法得出
2、研究物體運動狀態與力的關系時,推理得出慣性定律。
六.類比法
類比法是指將兩個相似的事物做對比,從已知對象具有的某種性質推出未知對象具有相應性質的方法.類比法在物理中有廣泛的應用。所謂類比,實際上是一種從特殊到特殊或從一般到一般的推理。它是根據兩個(或兩類)對象之間在某些方面的相同或相似而推出它們在其他方面也可能相同或相似的一種邏輯思維。在物理教學中,類比方法可以幫助理解較復雜的實驗和較難的物理知識。
在初中物理課本中,應用這種方法的有
1、用水流類比電流 2、用水壓類比電壓 3、用水波類比聲波 4、用太陽系的結構類比原子的結構。
力學是物理學的基礎,以牛頓三大運動定律為核心構建起了經典力學的主體。浙教版《科學》七年級下冊第三章《運動和力》是初中階段力學的主要內容,內容雖然不多,但難度對于初中學生來說是較大的,特別是一些深層次的問題。如何才能有效地學好力學內容,一個重要的方法就是利用好物理模型。力學中物理模型在初中教材中并未提及,但是經常用到,下面就對初中階段力學中用到的物理模型做一介紹并在應用中討論分析,以便對其有一個深入全面的了解。
一、物理模型的概念
在面對復雜多變的物理現象時,人們總是遵循一條重要的原則,即從簡到繁,先易后難,循序漸進,層層深入。根據這個原則,人們把復雜的問題轉化或分解成比較簡單的問題。基于這樣一個思維過程,就創建了物理模型。物理學上研究的實際問題往往比較復雜,對實際問題進行科學抽象的處理,舍棄次要因素,抓住主要因素,用一種能反映本質特性的理想物體或過程,去描述實際的物體或過程。這一理想的物體或過程稱之為物理模型。例如質點,它是一個沒有大小和形狀,只有質量的點。這樣的點實際上是不存在的,物體再小,總有一定的大小和形狀。但當物體的形狀、大小及自身的轉動情況相對于我們研究的問題可以忽略時,我們就把物體理想化為只有質量的點,即質點。如研究地球繞太陽公轉時,由于地球大小相較日地距離小得多,因此地球的大小、形狀、轉動情況都可以忽略掉,就可以把地球看成質點。但當研究地球自轉時,地球上各點轉動情況各不相同,它的大小、形狀就不能忽略,就不能把地球當質點來看。又如,研究人在水平地面的受力情況,往往將空氣浮力忽略,因為空氣對人的浮力相對人的重力要小得多,這時就可以忽略空氣對人的浮力,這就是理想化的過程,也是一種物理模型。但是如果研究氣球這樣的物體,由于空氣浮力與重力在差不多同一數量級上,這時空氣浮力就不能忽略掉。可見,物理模型就是一種理想化的物體或過程,具有高度的抽象性,能反映事物或過程的本質,但從上面例子也可以看出,物理模型也具有相對性和科學性,并不是任何情況下都可以將物體或過程用一定的物理模型來解決。因此,物理模型是理想化與科學性的統一。
二、物理模型的分類及應用
物理模型根據分類依據的不同,研究者們有不同的分類,如汪崇渝將物理模型分為:(1)實物模型,即采用物質手段反映與客觀事物(原型)相似關系的實體,如飛機、火箭模型等;(2)理論模型,通常是假說的形式,也可稱為物理理論假設,是人們在還搞不清事物的本質、結構、規律時,以實驗事實和物理思維為基礎,提出假說而建立的物理模型;(3)理想模型,是根據研究對象和問題的特點,抓住主要的、本質的因素,建立的一個易于研究并能反映研究對象主要特征的新形象。David Hestenes認為,物理模型是對物理系統結構的表征,按其所描述的物理系統的結構類型(系統結構、幾何結構、時間結構、相互作用結構),將物理模型分為三種:(1)幾何模型,描述系統相對參照系的位置和系統內部的位形;(2)過程模型,描述系統狀態變量隨時間的變化情況;(3)相互作用模型,將系統與外界的相互作用變量表示為系統的狀態變量的函數。禹雙青將物理模型分為公式模型、圖表模型、結構模型,如麥克斯韋電磁場方程組、力的圖示、晶體空間點陣結構等分屬其類。汪崇渝將理想模型分為:(1)對象模型,指代替研究對象實體的理想化物理模型,如質點等;(2)過程模型,是將實際物理過程的次要因素忽略,只考慮主要因素的作用所引起的變化過程,如自由落體運動等;(3)條件模型,是把研究對象所處的外部條件理想化后所建立的模型,如光滑平面等。本文就采用汪崇渝的三分法,將物理模型分為對象模型、過程模型和條件模型三類。下面僅就初中階段力學方面用到的物理模型介紹并舉例加以應用。
1.對象模型
(1)質點
質點是初中階段力學中最重要的物理模型,浙教版《科學》教科書中并未提及,但是在力學中卻時時刻刻在運用。上面已經說過,質點是一個可以忽略它的大小、形狀及自身轉動情況的有質量的點,它的這種理想化在應用中概括起來主要有三個方面的作用:
①在力的示意圖與受力分析的應用
例1:一物體A受到10N豎直向上的拉力,拉力作用在物體的上方,做這個拉力的示意圖。
分析:A受到的拉力示意圖應該如圖1(a)所示,而假如物體A可以看成質點的話,圖1(b)、圖1(c)其實是等同的。質點忽略物體的形狀、大小,即它的形狀大小不一定就是物體真實的形狀或是簡圖,事實上我們經常把物體簡化,如一個人、一條船、一架直升機單獨出來時,就簡化成一個方形,再加上文字注明(當然物體不復雜時,我們盡量畫物體本身的形狀,這主要是形象認知的問題)。這時物體濃縮成了一個點,即質點,一個與物體相同質量的點,力的作用點可以畫在這個點上,所以圖1(b)是與圖1(a)等同的。當物體可以看作質點時,雖然物體已濃縮成質點了,但經常我們加一個方形來代表物體,這主要可能考慮一個點不容易看清的問題。通過以上分析,如果物體可以看成質點,圖1(a)(b)(c)是等同的,而且我們經常用的是圖1(b),這在對物體進行受力分析時體現得更加明顯,如圖2。
例2:一小車在水平面上受到水平拉力F做勻速直線運動,試對小車進行受力分析。
分析:如果按標準的力的示意圖做出各個力應該如圖a所示,水平拉力F的作用點為點C,重力G的作用點為點A,支持力N與摩擦力f的作用點為點B。事實上,這樣的圖既麻煩,作用點又由于會有重疊部分而看不清,更重要的是會發生錯誤。假如水車的受力情況真如圖a所示,那么小車會因力矩不平衡而轉動起來,它們并不是共點力。真實中的小車受力情況要復雜得多,也不可能就如圖a中一樣。其實,我們在教學操作中,就是把小車當成質點來處理。如果我們把小車看成質點,那么受力分析情況就如圖b所示,這些力的作用點都在一點上。這樣就簡化為共點力的平衡,而且不需要考慮力矩的問題。事實上初中階段對于大多數的物體,都不需要考慮或者忽略物體轉動(即忽略力矩的作用),我們都可以把它當作質點來處理。初中階段需要考慮力矩基本上只有杠桿,當然一些特殊情況也存在,也不能將物體看成質點,這些特殊情況將在下面舉例中提到。
由上可知,在力的示意圖或受力分析時把物體當成質點來處理,抓住物體的主要因素,忽略次要因素,是我們教學中普遍采用的方法,也省去一些不必要的麻煩,更符合初中階段的認知規律,不會覺得太過于復雜。
②無須考慮物體受到的力矩
上面提到初中階段杠桿問題要用到力矩,即不能把杠桿問題中的物體看成質點,其他大部分情況我們都把物體看成質點來處理。所以把物體看成質點的另一個好處就是不需要考慮它的力矩問題,即認為物體受到的是共點力,力的作用線都通過質點。但是有一些特殊情況,看上去不像杠桿問題(其實算是杠桿問題,或者更精確地說物體轉動問題,杠桿問題其實就是轉動問題),其實并不能把物體看成質點,但在我們的教學工作中經常被忽略,當成質點來處理,如圖3。
例3:一個質量為2kg的木塊A夾在甲乙兩塊固定的木板間,木板甲對木塊A的壓力為20N,木塊A勻速向下運動,求木板與木塊A之間的摩擦力。
分析:這道題往往先入為主將A受到甲乙兩板的摩擦力看成是相同大小的,然后再根據平衡力求解,得到f=G/2,這其實已將A看成質點來處理了。但事實上,這種情況下,我們一般不將A看成質點,而且甲乙兩板對A的摩擦力也不一定相等,題中未給出。此時,除了要考慮力的平衡外,還要考慮力矩的平衡。一個做勻速直線運動的物體,必然滿足合外力等于0和合外力矩等于0,即滿足動量守恒和角動量守恒。假設甲板到A重心之間的距離為L甲,乙板到A重心之間的距離為L乙。由于支點的選擇具有任意性,選擇重心為支點,則有:
力的平衡:f甲+f乙=G
力矩平衡:f甲L甲-f乙L乙=0
若A是質量均勻的物體,重心在幾何中心,有L甲=L乙,則f甲=f乙=1/2G,說明一般情況下重心在幾何中心,的確兩邊的摩擦力是相等的。但不能先入為主地認為,兩邊的摩擦力必然相等。換言之,若A的重心不在幾何中心,那就意味著兩邊的摩擦力是不相等的。因此,這樣的情況下不能把物體看成質點。再深層次考慮,若A的重心在幾何中心,而甲乙兩板動摩擦因素是不同的,這樣情況就復雜了。那就意味著A下滑時兩邊的滑動摩擦力是不同的,則會產生力矩,使A轉動起來,但A被甲乙兩板限制,可能會有微小轉動,而使壓力方向大小調整。但若A還能勻速下滑,最后必然還是滿足合外力等于0及合外力矩等于0。因此對于這樣的問題,我們就不能簡單地將物體看成質點。
③空間位置的確認性
在處理運動學問題時,伴隨著物置的變化。若物體可以看成質點來處理,某時刻它的空間坐標上具有確認唯一性,因此處理起來就會簡單得多。但在實際問題中,如火車過大橋,我們并不能把火車當成質點來處理(其實它可以看成質點系)。由于火車上每一質點的運動狀態始終是相同的,是一種平動,這里就不再展開。總之,質點的引入,對于運動學的計算也帶來了方便。
由上可知,當物體可以看成質點時,即可以忽略其大小形狀及主轉動情況時,我們把物體看成質點來處理,在力學受力分析與運動學計算中都極大地帶來了方便。
(2)剛性繩
剛性繩是指繩或線拉伸產生拉力時,不計線的伸長,即認為線中張力變化在瞬間完成,而線不能伸長的一種理想化的物理模型,如細鋼線、細線可以看作剛性繩。在初中力學中雖未提及,但已經有剛性繩的應用,如下圖4。
例4:兩個相同的小球分別用橡皮筋和細線吊在支架上,靜止時兩球都處于相同高度A,現將兩小球都抬至B高度釋放,問橡皮筋和細線是否會斷?
分析:橡皮筋是一種彈性繩,細線是一種剛性繩,彈性繩受力時可以伸長,但剛性繩受力時不可伸長。當小球從B釋放下落至A點時,小球有一定的速度,還要繼續下降,由于彈性繩可以伸長,伸長過程中拉力變大,小球將減速,只要不超過橡皮筋受力的上限,它不會斷。但細線是剛性繩,小球到A點后還要繼續下降,但細線不可伸長,瞬間超過細線拉力承受范圍而被拉斷。實際中,細線不一定斷,那是因為完全意義上的剛性繩并不存在,受力時總會有微小的形變;還有球的質量,下落的速度等因素,但引入剛性繩這一物理模型,對我們研究相關問題帶來方便,事實上,細線、細鋼線受力時是幾乎不可伸長的,這就是物理模型的科學性。
(3)輕繩、輕桿、輕彈簧、輕滑輪
指不計其質量與質量有關的重力、動量、動能等。初中力學中我們也有接觸,忽略其質量或重力,這也是一種理想化的物理模型,這里就不再舉例。
2.過程模型
實際的物理過程都是諸多因素作用的結果,忽略次要因素的作用,只考慮主要因素引起的變化過程稱為過程模型。勻速直線運動就是一種理想化的過程模型,實際中速度大小和方向都不變的運動并不存在,但有些運動,如平直公路行駛的汽車速度變化很小,可以近似看作勻速直線運動。勻速直線運動是最簡單的機械運動,這一過程模型具有十分重要的意義,是我們進入運動學的基礎。下面再來看一道例題:
例5:從高空下落的雨滴受到的空氣阻力的大小與其速度的平方成正比。一滴質量為5g的雨滴從高空下落時,所受到的最大阻力f為多少N,此后雨滴做什么運動?
分析:雨滴一開始是靜止的,受到重力作用而加速下降,速度不斷增大,由于空氣阻力的大小與其速度的平方成正比,空氣阻力也不斷增大,當增大到與重力相等時,雨滴受力平衡,做勻速直線運動,速度不再變化,阻力也不再變化,所以一直做勻速直線運動。速度最大時,阻力最大,f=G。事實上,實際的過程要復雜得多,可能受到風力影響,雨滴質量可能會變化,空氣阻力不穩定等,最后也并一定做勻速直線運動,但忽略這些次要因素,理想化這一過程模型,對我們研究就帶來很多方便。真實的過程可以通過實驗測定對這一理想過程真以修正,事實上,很多物理過程就是在理想過程基礎上加以修正得到的。如低溫高壓下的氣體,不符合理想氣體狀態方程,但是當人們從分子占有體積和分子間相互作用力對理想氣體狀態方程加以修正,用來處理真實氣體,就能與實驗符合得很好。
3.條件模型
初中力學中用到最多的條件模型就是光滑平面,指不計一切摩擦阻力的平面。真實中并不存在這樣的平面,但對于摩擦系數很小的平面我們就可以理想化為光滑平面。在教材牛頓第一運動定律的假想實驗中,我們就假想如果存在這種光滑平面的話,小車將一直運動下去。所以光滑平面這一條件模型對于我們研究很多力學問題有著重要的作用。在實際問題中,假如材料的摩擦系數很小,摩擦力相對其它受到的力小得多時,我們可以將條件理想化為光滑平面,這就是模型帶來的簡便。
三、物理模型研究法是一種重要的科學方法
理想物理模型的研究方法的好處:第一,可能使問題的處理簡化而又不會有大的偏差;第二,對理想化的物體或過程進行研究的結果,加以適當的修正,即可用于處理實際情況下的物理問題。科學的理想化不同于無根據的幻想,而是有客觀依據的。通過具體事例的比較,使學生認識理想化要有客觀根據,對培養學生掌握理想化方法是必要的。另外,還應讓學生認識到:在一定理想化條件下得出的規律,只有在(或者非常接近)這些條件下適用。理想實驗是人們在思想中塑造的理想過程,實際上是做不到的。論證牛頓第一運動定律的假想實驗:在無摩擦情況下,從斜面滾下的小球將以恒定速度在無限長的水平面上永遠不停地運動下去,是物理學史著名的理想實驗。理想實驗是在真實實驗基礎上,抓住主要因素,忽略次要因素,對過程進一步分析推理。因此,理想化模型的研究方法是研究物理現象和問題的重要方法。
四、物理模型教學中的策略
初中生對于物理模型這個概念不熟悉,如果一味強調質點是什么,剛性繩是什么,光滑平面是什么,學生并不能很好地掌握,因此要在應用中認識物理模型。學生其實不知不覺地在利用物理模型來解決問題,當他們認識到自己在運用物理模型,就會思考這個物理模型適用條件是什么,這樣才是真正認識到模型的內涵,也才能更有效地學習力學知識。因此,我認為物理模型對于初中生的教學策略是在應用中認識,這也符合初中生的認知特點。
參考文獻:
1.朱清時.科學(七年級下冊).浙江教育出版社,2013.
2.諸葛向彬.工程物理學(第二版).浙江大學出版社,2003.
3.李春生.物理模型方法淺談.物理教育,1996.
4.閻金鐸,段金梅,續佩君,霍立林.物理教學論.江蘇教育出版社,1990.
5.王瑞旦,宋善炎.物理方法論.中南大學出版社,2002.
6.汪崇渝.高中學生建立物理模型的探究式教學探究.西南師范大學,2001.
7.禹雙青.物理模型方法學習策略探討.湖南師范大學,2005.
在高一新課程中,物理難教難學一直是困擾著師生的一個問題。其重要原因,就在于初中科學與高中物理的教學銜接上出現了“架空”現象。筆者采用師生訪談的形式,嘗試剖析初中科學與高中物理教學銜接中出現的思維方法問題。本文從思維方法角度,透視初中科學與高中物理教學銜接上出現問題的原因,探討針對性的解決策略,以期提高初中科學和高中物理教學的有效性。
一、初中科學與高中物理思維方法在銜接中存在的斷層
先看初中科學老師的訪談反饋。初中科學中的物理現象和物理過程,大多是“看得見,摸得著”,而且從教學內容看,與日常生活現象有著密切的聯系。學生在學習過程中的思維活動,大多屬于生動的自然現象和直觀實驗為依據的具體的形象思維,較少要求應用科學概念和原理進行邏輯思維等抽象思維方式。練習題大多要求學生解說現象,計算題一般直接用公式就能得出結果。從教學要求看,初中要求學生大面積及格,教學難度基本控制在課標范圍內,對問題的解決停留在模仿、套用公式上。再看高中物理老師的訪談反饋。高中物理學習的內容在深度和廣度上比初中有了很大的增加,研究的物理現象比較復雜。分析物理問題時不僅要從實際出發,有時還要從建立物理模型出發,要從多方面、多層次來探究問題。在物理學習過程中抽象思維多于形象思維,動態思維多于靜態思維,需要學生掌握歸納,類比推理和演繹推理方法,特別要具有科學想象能力。要求學生有一定的自學能力、分析綜合能力及知識遷移能力等,對應用數學的能力要求比較高。再看高一學生的一種常見狀況:初中科學學得不錯,興趣也濃,中考成績也不錯;高中卻遇到比較大的困難,上課能聽懂,作業卻不會做,都不知道怎么學了。根據上述現狀,筆者從思維方法角度,對初中科學與高中物理的銜接斷層問題做如下分析:問題一:初高中教師的教學思維存在著脫節現象。初中科學學業考試命題注重密切聯系生活實際,考查學生在實際情景中提取信息、分析和處理信息的能力,重視考查學生的科學探究過程和方法,培養學生從整體上認識事物、從科學本質上分析現象和把握規律的能力。這種強調能力立意,符合新課程精神。但是在實際教學中,特別是在九年級時,應試現象太害人。教師為考試而教,學生為考試而學的現象十分嚴重,教師包攬一切,學生一味等著喂食,功利性太強。以致部分學生喜歡做題目,不喜歡動手做實驗,關注題目的結果,不注重思維的過程。在課堂上教師習慣于學生能正確回答提出的問題,卻很少關心有多少學生是否知其所以然,忽視問題解決的思維過程。問題二:初高中課程對學生思維能力的要求存在著脫節現象。初中教材中比較直觀的、對思維能力要求較低的內容,如測量、力、運動、用電常識,一般都能較好地掌握,達到教材要求;而教材對學生思維能力要求較高的內容,如八年級教材中壓強、浮力和九年級教材中電功率,學生學習起來比較困難,出錯最多。這說明初中生的思維能力需要一個發展過程。課標的實施,初中科學降低了理論思維水平,強調從演示實驗與生活常識出發學習科學,將這種思維的培養要求向后推移到高一。因此高一學生的智力表現、思維水平、成績變化大起大落的情況還是較為常見,且在物理科、抽象要求較高的學科出現了大面積的不及格現象,到高二以后則又相對比較穩定。從這一變化情況來看,高一是思維質變的關鍵期,與此相適應的高中教材的思維要求也發生了很大變化,這是一部分同學進入高一不適應的原因。另外,初中實行素質教育,而高中是以高考為指揮棒的應試教育,這更加劇了這種不適應性。
二、提高初中科學課堂效益,實現思維方法銜接的幾種策略
1.加強實驗教學,培養學生形象思維能力。形象思維除了具有一般思維的共性外,與抽象思維比較,它的基本特點是形象性。在中學物理教學中,歷來重視概念、規律的教學,重視抽象思維能力的培養。但是,如果忽視觀察、演示實驗等直觀形象的教學,忽視形象思維能力的培養,抽象思維能力也會因為缺少形象的支持而難以發展。初中學生正處于由形象思維向抽象思維的過渡期,高中學生正處于抽象思維形成的關鍵期。由于中學生的抽象思維還是比較初級的、簡單的,他們掌握抽象的物理概念和定律,仍然直接或間接與具體的形象相聯系。在實驗中不僅有形象的感受,還有形象的識別和描述。實驗過程是形象思維活動的過程。如在教學過程中,常常會發現所探究的問題無法呈現出實驗現象,有時即便有現象也是肉眼看不見的。這就要求我們想方設法使實驗的現象“顯現”出來。通過實驗的設計和實驗過程培養學生形象思維能力。2.滲透模型方法,逐步培養學生的抽象思維能力。在科學研究中,人們用過一定的科學方法,建立一個適當的模型反映和替代客觀對象,并通過這個模型來揭示客觀對象的形態、特征和本質,這種方法就是模型方法。高中物理教材中,要建立大量的物理模型,例如:這就要求在初中教學中,使學生明白,建立合理的模型和理想化過程對于學習和研究物理問題的重要性,以提高他們學習這種方法的自覺性。在傳授知識的同時,向學生滲透處理較復雜的問題時采用的具體分析、合理簡化、科學抽象的方法,有利于抽象思維能力的培養。在課堂上還可向學生滲透科學發展的歷史,可以說是一個模型建立、完善的歷史。模型的不斷提出、修正、更新推動著科學的發展,使人們對物質世界的認識不斷深化,不斷逼近事物的本質。初中階段這種模型思維方法的滲透,避免了學生進入高一接觸到理想模型時的陌生感。為高中階段學習建立“理想模型”作了鋪墊,在建模的過程中又培養了學生的抽象思維能力。3.加強解題指導,培養學生動態思維能力。根據思維對象不斷運動變化的特點,適時改變思維的程序和方向,并調控思維的過程,從而實現思維的目標,這樣的思維方式,叫做動態思維。與動態思維相反,客觀事物所具有的相對靜止和穩定狀態在思維活動中的反映,就是靜態思維。物理學研究的物質世界是運動變化,各物理量之間相互聯系、相互制約,在不斷變化過程中,從相互關系中掌握概念和物理規律。要學好物理,高中生要具備動態思維。從高一學生的錯題根源來看,學生對孤立的、不變的問題,易于理解,而對于變化的、相互聯系的問題,則較難掌握。從思維發展來看,高一年級的新學生比較熟悉靜態思維,動態思維能力亟待培養。所以很有必要樹立初中生的動態思維意識。4.重視科學實踐活動,發展學生創造性思維。能在原有的經驗、知識和方法的基礎上,勇于探索,善于創新,取得新穎的、有一定科學價值的成果,這樣的思維活動稱為創造性思維。創造思維有層次高低之分:在社會發展的歷史上,取得重大的新發明,建立嶄新的科學理論,對國家作出卓越的貢獻,這是高層的創造思維;對于正在學習的學生個體來說,能大膽地提出問題,巧妙地運用前所未有的新成果,也是創造思維活動。這種新異的、符合任務要求的高品質的思維方式對學好高中物理有極大的幫助。初中科學綜合實踐,倡導學生自主選擇,主動探究,養成獨立思考及反省的習慣,系統地解決問題和沖突。在教學中,教師要啟發學生自己建構知識,注重引導學生主動探究知識,重視知識的建構。從而逐漸發展學生的創造性思維。綜上所述,使初中科學和高中物理教學有效銜接,不僅僅是高中物理老師的責任,也是初中科學教師應盡的義務。在思想上,初中教師要做好“送”的準備,在策略上,要實施相應的有效手段,向課堂要效益,搭好思維方法臺階,同時也要積極提升自身的專業素質。由于初中科學教師的專業背景不同,很有必要參加各種研修。教師要深入研讀課程標準,領會新課程的內涵。通過校本研修提高初中科學教師的物理專業素養,不斷提高自己的業務水平。加強橫向和縱向集體備課,即加強一個年級段的集體備課和初中整個階段的科學課程中物理章節的集體備課,以提高教師駕馭新課程的水平。利用網絡研修解決教師教學上的困惑,通過網絡研修,教師間可以跨越時間和空間的限制,相互學習、交流與合作,實現資源和智慧的共享,促進自我素質迅速成長。縮小初高中教師的教學思維的差異,為初高中教學架設“階梯”,讓學生都能順利越過初、高中物理學習的臺階,實現初、高中的有效銜接。
作者:姚掌仙 單位:浙江省桐鄉市洲泉中學
參考文獻:
[1]趙海燕譯.美Roberj.SternbergLouiseSpearSwerling著.思維教學.中國輕工業出版社
[2]朱龍翔.物理教學思維方式.首都師范大學出版社
就教學內容而言,初中物理主要從物理現象入手,分析這些現象的一些基本原理和規律,知識內容較形象直觀;而高中物理則要求能在觀察實驗的基礎上抽象出理想化的模型,在構建好基本物理模型的基礎上,要求學生能分析出具體的物理過程,并利用恰當的方法和運用相關的規律解決具體的問題。教學內容比初中更深、更廣、更抽象,經過一段時間的學習后,許多重知識輕能力的弊端也充分地暴露出來。其次,從要求上來看,初中物理相對簡單,教學難度基本控制在大綱范圍內,對物理問題的解決往往停留在模仿、套用上,再作一些適當的拓展即可。而高中必須適應高考的要求,很大程度上要求學生有一定的自學能力、分析能力及知識遷移能力等。
2 有的放矢,增強信心,提高學習物理興趣
剛進入高中,學生懷揣著美好的憧憬,開始的一階段對物理學習還是比較感興趣的,但是隨著高中物理概念的抽象化和學生原有思維的定勢,對位移、加速度、運動的合成與分解等概念難以理解和接受,幾經檢測,成績有較大幅度的滑坡,于是乎有部分學生的意志就開始出現了動搖,尤其是牛頓運動定律的學習使部分學生喪失了物理學習的興趣。有些學習成績稍好點的學生也感到了很大的壓力。其實,仔細分析學生對物理學習態度的改變以及意志的部分喪失,我認為原因有三:一是思想準備不足,想當然的認為高中物理和初中物理要求差不多;二是教學模式的不同,初中階段的教學模式多般是“保姆式”、“手把手”,進入高中后一旦脫離老師的貼身式的指導和幫助,這種自主學習能力上的缺陷便逐步暴露出來。三是初高中物理知識點的銜接與有機遷移能力不強。而這三個方面中主動學習和信心不強則是重點原因。因此,如何提高學生的學習信心及培養學生主動學習應該是銜接教學過程中的一個不可或缺的內容。比如可以組織學生回顧在初中物理學習的過程中,總結初中物理學習的成功經驗,使他們在回顧中看到自己的進步與成長。并由淺入深,逐步建立信心來探究未知的規律。比如牛頓第一運動定律在初中物理中已學過,而牛頓第二運動定律是剛剛學習的內容,要特別提醒學生這兩個規律有著內在的聯系,但又有不同的前提, “牛頓第一運動規律”是物體不受力或所受合力為零的前提下始終保持靜止或勻速直線運動狀態,而“牛頓第二運動定律”是在物體所受外力及外力的合力不為零的前提下,物體的運動狀態就要發生改變,從而合理的引入了勻變速運動的概念及運用,通過對這個例子的分析,要使學生知道,原來我們學習的高中物理物理知識,與初中物理有著一定的關聯性,這樣才能做到真正意義上的承前啟后。從而達到增強學習物理的信心。另外還可以在平時的教學過程中引導學生先處理一些較為簡單的問題,而后再逐步深入拓展,不要讓學生覺得物理很難,在高中物理的起跑線上切記不要過多的設置障礙,還有就是要在教學中多舉一些學生熟悉、感興趣的事例來分析和講解物理。使學生能從具體事例中認識到學習物理的重要,感受到物理就在我們身邊,體會成功的喜悅,產生學好物理的濃厚興趣。
3 注意學生初中階段物理知識的殘漏,結合實際進行針對性教學
相當數量的高中物理教師,大學畢業分配后便直接進入高中物理教學的行列,對于學生已有的初中物理知識的背景、體系及要求知之甚少,這就造成教師對學生過去的了解處于空白狀態。近年來,為了減輕初中生的學業負擔,初中教學大綱也在作部分調整,在能力培養、知識面的拓展上有所加強,淘汰了一些過于繁瑣、陳舊的內容,降低了部分章節的運算難度。作為高一物理老師,應準確了解這一情況,進行必要的補缺補漏,如對物體的受力分析,初中處理的大都是物體在靜止或勻速直線運動狀態下的力學問題。而物體的受力分析是力學的基礎知識,是高一乃至整個高中物理教學的重點知識。所以對物體的受力分析在高一學習階段就需要花大力氣給學生補上漏缺的內容,讓學生掌握受力分析的方法,掃除障礙,并運用平行四邊形法、正交分解法,將物體的受力有機的分解到水平、豎直,然后再拓展到其它方向,最終確定合力的大小和方向,為解決具體問題掃除障礙,為學生進一步學習打好基礎。同時教師還應了解每個學生在初中階段的學習情況,了解其物理基礎,這同時還要注意新舊知識的聯系,在教學中才能做到因材施教,有的放矢,取得較好的教學效果。高一學習的大部分內容都是在初中基礎上發展而來的,故在引入新知識、新概念時,注意對舊知識的復習,用學過的熟悉的知識進行鋪墊和引入。鑒于學生的年齡特征、認知水平,有些問題在初中并沒有講深講透,例如在學習摩擦力時,部分學生在思維上形成定勢,總認為“摩擦力是阻力,方向總跟物體的運動方向相反”。為此,我們還需在原有的基礎上對教學內容進行適當的拓展和加強,幫助學生消除錯誤的認識,確立摩擦力并不是在任何情況下都是“阻力”的印象。另外,我還覺得高中物理教師必須熟悉初中物理教材及教學大綱,如果有條件的還要走進初中物理教學的課堂,這樣才能做到真正意義上的“承上啟下”。