中学物理力学教学法
[摘要] 教师从全局观点分析力学部分教材,揭示物理学的基本规律,有目的地提高学生的思维品质,增强学生的物理思维能力培养,提高自学能力是教学的战略任务之一,特别是物理学科要求学生掌握的知识面宽,涉及的相关知识较多,学生学习和掌握都较难.教师要有目的加以培养[关键词]教学法 思维方式 实验能力 自学能力
[Abstract] teacher complies with overall point of view analytic mechanics part teaching material announce to the physics basic law, have a destination to improve student's thought quality, that the physics thinking ability strengthening a student cultivates one's ability to study
independently is one of the teaching strategic mission , physics discipline requires that the
knowledge that the student has in hand faces width especially , the relevance knowledge relating
that is more , the student is all comparatively difficult to study and grasp. The teacher needs to
[Keyword] Physical mechanics, teaching method , mode of thinking , experiment ability , self-taught ability
物理是一门以观察和实验为基础的科学。实验教学既是物理知识教学的基础,也是物理课堂教学中实施素质教育的一种主要渠道和有效手段。着名物理学家杨振宁也曾对中、美两国学生进行一番比较后指出:“中国的学生学习非常刻苦,基础知识丰富、扎实,且善于考试。但他们却普遍存在动手能力差,不善于提出问题等缺陷。”大量的资料信息表明:中国基础教育最为突出的弊端之一,就是忽视了对学生进行动手能力的培养。“高分低能”正是在应试教育思想的长期熏陶下结出的苦果。临近21世纪,作为基础教育学科之一的物理教学如何从应试教育转向素质教育?加大实验教学力度,加强学生的观察能力和动手能力的培养,是全面提高人的素质必不可少的一个方面。
近几年来,各级政府和教育行政部门花大力气进行中、小学实验仪器、电教设备的配套如何来加大实验教学力度,改进实验教学、提高教学效果以推进物理素质教育,我认为可以从以下几点入手
一、教学方法与措施
<一>、切实重视演示实验,提高课堂教学质量
物理演示实验具有形象真实、生动有趣的特点,能为学生在形成物理概念、得出物理规律前营造出活生生的物理情景,使学生感受倍深。心理学研究表明:人的动作记忆效率比语言文字记忆效率要高好几倍。“百闻不如一见,百看不如一做”说的就是这个道理。经验告诉我们:一个成绩优秀的物理尖子对物理现象和物理过程具有很强的“悟性”,这种“悟性”源于对日常生活丰富的感性认识。对物理学习有障碍的人,其最大的障碍不在于智力因素,而在于缺少对日常生活的用心观察,头脑中缺乏感性经验,而这些感性经验恰恰是物理思维的基础。因此,作为一名物理教师,首要任务就是:尽一切可能,在课堂上为学生展现出丰富多采的物理现象和活生生的物理情景。教师不仅要用好课程标准上规定的演示实验,甚至教材上的一段话、一幅插图、一道习题也可以将它搬上“讲台”,进行演示。演示的形式不能仅仅是“教师演,学生看”,还可以是“教师导,学生演” ? 即边学边实验。
<二>、认真上好学生分组实验课,培养学生的创造思维和实验操作技能
分组实验多以测量性、验证性和实用性实验为主。要提高学生分组实验的教学效果,就必须使学生真正进入角色,手、眼、脑并用地进行有目的的探索活动。根据教育心理学的观点,课堂教学的目的不在于教师完成某种过程,而在于通过某种活动促使学生在行为上发生某些重要的变化,如在学生身上引起的认识上、理解上、技能上、态度上的变化。如果学生通过主动参与教学,在教师的积极指导下获得物理知识,则会印象更加深刻,并增强他们的学习动机。
根据这一思想,我进行了一些探索,将初中物理第一册中电学的一节课《电路的连接方法》由原来的验证性实验改为学生的探索性实验,教学中采用启发式教学和有控开放。
通过学习,学生们基本能较好的达到教学所预期的目标,但是,要取得这样的效果,就要求教师在每次实验前必须做好大量的准备工作(包括知识和实验方面的准备)。对于实验中学生初次接触的仪器、实验操作中的难点和关键之处,实验开始前教师必须给予适当的指点。在学生实验的过程中,必须注意培养学生养成良好的实验习惯,如正确使用仪器,谨慎操作;尊重客观事实,不拼凑数据;实验完毕后自觉整理并爱护仪器等等。实验后,还必须及时反馈,发现问题及时补救。
< 三>、充分发挥教材中“小实验”的作用,训练学生动手制作的能力
当前在物理教学过程中,有不少教师认为教材中的“小实验”是课外知识,与考试无关,因此常被视为可有可无,或被弃之不理。然而这些小实验却往往具有取材容易、贴近生活、直观明了、便于操作的特点,不仅能加深学生对所学知识的理解,而且能极大地提高学生学习物理的兴趣,锻炼学生的动手制作能力和独立操作能力,发展智力。
<四>、不定期地开放实验室,给学生创造更多的动手机会
由于人的个性差异,一些学生往往不满足于课堂上所看到的或书本上所接触到的实验,他们往往表现出较强的动手欲,很多想法都想付诸实施;而另有一些学生动手能力不强,在实验中往往处于旁观者的地位,有时想自己试着做实验,又怕周围的同学讥笑。因此不定期地开放实验室,既可以给学生施展身手、创造动手的机会,又可以为动手能力较差的同中学物理知识内容是物理学的初级层次.严格地讲,它的科学性、系统性都受到了一定的限制.它只是阐述了物理学中最基本、最基础的知识,并不是十分严谨的物理理论.其主要内容是经典物理学的基础知识,而以力学、电学为重点.本文就力学部分的教学法谈点看法.
二、从全局观点分析力学部分教材
从全局观点分析力学部分教材,揭示物理学的基本规律,有目的地提高学生的思维品质,增强学生的物理思维能力,对此应从以下三个方面认真分析教材.
<一>.力学教材的基本知识结构
牛顿运动定律是经典力学的基础,也是经典物理的基础之一.动能定理和动量定理及其守恒定律为经典力学的栋梁.现行教材的体系是先讲静力学,后讲运动学,最后讲动力学.把牛顿三定律按三、一、二的顺序安排,第三定律放在静力学中讲授.这种安排符合由易到难、循序渐进的原则.即学习静力学时,有牛顿第三定律作准备知识,学习牛顿第二定律时,有力的合成与分解作先行.通过静力学的教学,要求学生正确理解力的概念.
物体受力分析是力学中的关键,几乎所有的力学问题都要涉及物体的受力分析,所以静力学教学是最重要的基础.
<二>.物理思维方式
思维是人脑对客观事物进行加工的过程,是人脑的功能,通过表象、概念判断和推理以及其它过程来反映客观现象的能动过程.物理思维就是运用思维的一般规律于物理学习、研究中所体现的具体的一种思维方式.
在教材分析中掌握物理思维结构,就是要掌握怎样运用思维的基本形式(概念、推理、论证等)和思维的基本方法(比较、分类、鉴别、分析、综合、归纳、证明、反驳等)以便能更好地、有目的地培养学生的思维能力.
第一章“力”要重点讲清三种力产生的条件及力的大小和方向,为物体受力分析做好准备.力的三要素,在初中已经讲过,对质点来说不会发生关于力的作用点的问题,而对刚体来说,力的作用效果除了跟力的大小和方向有关外,还跟力的作用点的位置有关.教材中虽然没有明确提出刚体概念,但所说的
物体都是指刚体.力的作用点可以沿力的作用线移到刚体内任一点而不改变力的作用效果.因此,与其说力的作用点是一个要素,还不如说力的作用线是一个要素.物体的平衡,用了“平衡”和“固定转动轴的物体”等理想模型方法;“力的分解和合成”用了分析、综合、等效的方法.
第二章“物体的运动”用了理想模型(过程模型)的方法.高中教材以初中教材为基础,先提出质点这个理想化模型,在研究物体在一直线上的运动以后,立即研究物体在一个平面内运动的有关概念、规律和描述方法.运动学是力学的重要组成部分,是学习其它各章的必备知识.对平面运动的速度的合成与分解运用了分析、综合、等效的方法.
第三章“牛顿运动定律”用了经验归纳方法论.虽然第一定律不能用实验直接证明,但由第一定律推导出的一切结论都与实验结果相符合,这就间接地证明了牛顿第一定律的正确性.当今的实验已能近似地验证这个定律,例如用气垫导轨实验,运动物体——滑块在水平方向可以近似地认为不受力,因而它近似地做水平匀速直线运动.随着科学技术的日益发展,牛顿第一定律有可能得到更加严密的证明.牛顿第二定律是通过实验归纳得出的.在功和能,机械能守恒定律,动量、动量守恒这几章中,主要是用了推理的方法.如教材中机械能守恒定律是借助于运动学和动力学的知识推导出来的.但应当明确一点,这是一条实验规律,是实践经验的总结,是客观规律的反映.这此规律能够相互推导,这说明它们之间存在着内在联系.动量定理出自于牛顿第二定律,又异于牛顿第二定律.牛顿第二定律是一个瞬时的关系,而动量定理则说明状态过程,它可以按过程始末状态处理物体的动量变化,而不必涉及过程的细节.如果只考虑两个物体的孤立体系,把牛顿第三定律与牛顿第二定律结合起来,就得到作用前后的总动量不变.我们可以用实验进行检验,牛顿也正是用这个方法验证牛顿第三定律的.
“振动与波”一章研究的主要方法是从一般到特殊的推理过程,运用了动力学和运动学的基本规律,导出满足机械能和机械振动规律的新结论.
<三>.数学是表达物理学规律最精确的语言
在教学过程中,只有将教材的教学方法、结构搞清楚,才能达到运用数学方法解决物理问题的目的.在“力”这一章中,重点解决什么是矢量和矢量的运算方法问题.对物理矢量必须透彻理解,掌握其数学运算法则——矢量的平行四边形法则.引导学生对“代数和”与“矢量和”进行对比,体会矢量的质的差别,从而自觉地运用矢量运算法则.在“物体的运动”这一章中,先提出质点这个理想化模型,并研究质点动力学中的几个基本概念、位移、速度、加速度等.从数学角度分析这些量之间的函数关系(包括文字叙述、数学公式、函数图象等),再进行运动的合成与分解的矢量运算.
在“牛顿运动定律”这一章中,牛顿运动定律起着承上启下的作用,即能进一步加深对静力学、运动学知识的理解,又能为顺利学习机械能和动量铺平道路.牛顿第二定律的数学表达式,只有以地球和相对地球静止或做匀速直线运动的物体为参照系才是适用的.教材由分析物体只受一个力产生加速度与力的关系,过渡到分析物体受几个力产生加速度,以及加速度与力的关系,从而概括出能适合各种情况的牛顿第二定律的数学表达式ΣF→=ma→.在公式中,力与加速度都是矢量,故此式是一个矢量式.牛顿第二定律概括了力的独立性原理(或力的叠加原理),即几个力同时作用在一个物体上所产生的加速度,应等于每个力单独作用时所产生的加速度的叠加——矢量和.在解题中,运用了正交分解法等基础知识.
机械能和动量这两章是在运动学和动力学的基础上,讨论力的空间和时间积累效应,从而引出功和能、冲量和动量等概念.功和能将矢量运算变成了代数运算.教材从力对物体做功引出动能和动量定理,研究了重力、弹力做功的特点,引出势能的概念,得出在只有重力、弹力做功时,机械能守恒.最后,从一般的功能原理阐明功的本质是能量变化的量度作为本章的总结.能的转换和守恒揭示了物理学各部分的内在联系.在讨论动量定理时,应强调牛顿第二定律的关系式是一个瞬时关系,而动量定理则说明状态过程,应用它研究某一过程而不是研究某一瞬时,只有在t→0时,才是相等的.实验是讲述动量守恒定律的基础,教材这样处理是考虑到动量守恒定律的产生不是从牛顿运动定律推导得出的,而是一个独立的物理规律.而动量守恒定律的适用范围远远超出牛顿力学的适用范围.对动量守恒定律的数学表达式没有具体给出,目的是避免学生只是死记公式,注重培养学生学会运用物理规律对具体问题进行具体分析的能力.在应用动量守恒定律时,应选用惯性系,物体的动量mv、速度v的大小和方向也与参照系的选取有关.应特别注意计算同一系统中各部分的动量不能用不同的参照系.机械振动和机械波是较复杂的机械运动,它需要力学、圆周运动、运动图象等知识作基础.简谐运动是最简单、最基本的振动,是讲清波的关键.建立振动和波的联系与区别,是突破机械波教学难点的关键.
二、物理教学即要发展学生的智力又要培养学生的能力
<一> 培养学生智力因素
物理教学即要发展学生的智力,又要培养学生的能力,而后者较前者更为重要.从物理学本身来看,它研究的各种现象和规律是互相联系的.例如功和能的概念及能的转换和守恒定律,又渗透在各个分科中.教学职能即要从人类知识的总汇中挑选最精华的,运用最科学的方法传授给学生,又要使他们具有独立获取知识和驾驭知识的能力.要重视知识的传授,离开知识的掌握,能力的发展就成为无源之水,无本之木.以下就中学物理教学中如何培养非智力因素谈几点体会。
1、上好每一堂课,让学生乐学。在课重教学中注意情感交流。如果教师把情感因素与智力因素结合好,可以使学生在愉快的气氛中,把智力活动由最初的兴趣引向更深入的思考,从而提高学习的主动性。生动有趣的教学语言给课堂注入活力。课堂教学要面向全体学生,则意味着讲课必须照顾到中差生,使他们对学习感兴趣。要尽量以生产,生活中的实例来构成概念、规律的感性材料,且以生动有趣的语言来表达。有趣的生活语言用到课堂也有助于理解。例如初中讲串联电路的联法,可以说就象“头咬尾巴”,串联电路的特点就象是“一条江河流到底”.在流动过程中电流不减小,而能量减小,导致电压降低.这使学生对电压的实质育了初步的了解。
2、搞好每一个实验,让学生在直观中获得”真知。课堂演示实验要目的明确,先交待清楚,要设置悬念,在实验中必须配以主动的讲解,形象的手势,以达到预期的效果,以压缩空气引人仪实验为例,在做实验前简单交待实验仪器和实验过程,提出实验会产生什么结果?再以惊人的语调引起学生注意,在学生眼睛睁大的瞬间,迅速一压,一个明亮的火花引起一片惊叹。这时再分析讨论得出结论,学生记忆深刻,学生分组实验要注意培养实事求是的作风和尊重科学,按客观规律办事的良好习惯。分组时,让中差生日成一组,激励他们独立完成实验,尽量多指导他们.使他们逐步提高动手能力,注意在实验中培养操作的规范性,同时要多组织一些课外兴趣活动,例如小论文,小制作、智力竞赛等,这有利于培养技能和创造性,如我们要求学生做弹簧称,天平、电铃等都收到了良好的效果。
3、珍惜学生学习上的点滴进步及时肯定、表扬。中学生的自我意识开始形成,希望自己获得成功,得到表扬,学习上的成功喜悦对学生的学习兴趣是一种正反溃在物理教学中,教师要结合教材和学生实际合理安排教学内容的层次和梯度。适应学生智力的发展,创设条件使每个学生都能有成功的感受。注意抓住“三个一”(第一次考试,第一次回答问题,第一次实验)的分寸,对学生微小的进步都及时给以肯定、表扬。这样学生就能产生积极的学习情绪。诱发出对物理学习的内部情感动力,从而增强学习物理的信心。
4、发掘教材的德育因素,激发学习的责任感。要使学生端正学习态度,认真学习,单靠培养学习兴趣是不够的,要发掘教材的德育因素,结合教学内容对学生进行思想教育,激发学习的责任感,才能把学习的积极性巩固下来。运用课后的“阅读材料”,给学生讲科学家的故事,伟大的发现、科技新成就等,使学生既开阔了眼界,又受到了教育。例如爱迪生的生平就使一个学习习较差的同学深受感动。结合教学我还讲过举世瞩目的三峡水利工程,看了大江截流的现场直播,我不失时机的讲了工地上的大型运料车、计算机控制中心等设备的巨大作用,使学生明白,随着科技的进步,社会生产力也将有新的飞跃,如果不认真学习,当个普通劳动看也不合格,从而增强了学习的紧迫感。
<二>.培养学生的独立实验能力和自学能力
1、教师要为学生阅读教材创造条件
一方面要经常对学生进行自学能力重要性的教育,使学生充分认识到,有了自学能力才能不断地充实和更新自己的知识,才能适应迅速发展变化的社会,才能不断攀登科学的高蜂,另一方面在平时要多为学生阅读课本创造条件,学生自学必须要有时间的保证。
现在中学的科目繁多,各科作业也很重,学生每天平均自习的时间只有2至3小时,学生感到做作业都来不及了,哪有时间去看书啊!这就要求我们教师一方面必须改革教学方法,改变那种填鸭式的“满堂灌”,一堂课如果一讲到底,学生便始终处于被动状态连思考的余地都没有,有些问题即使上课讲了,学生也做了练习了,但一考查起来还是不懂,这说明只有教师的讲是不行的,还必须有学生的独立思考,自己消化才行。另一方面,作业题应少而精。题目是永远做不完的,重要的是精选典型习题指导学生深入探讨,独立思考,在分析习题过程中探索其规律,使自己在解题的实践中逐步地掌握其思路和方法。
总之,教师在教学中要尽量少灌输,多启发,使教学过程成为学生在教师的指导帮助下自己学习和钻研问题的过程。例如在上《欧姆定律》这课时,教师只通过演示实验讲清电流跟电压的关系,至于电流跟电阻的关系以及归纳得出定律,就可以让学生自己通过实验进行分析比较、归纳和阅读课文后得出结论,然后教师加以小结.这祥既可以在课堂上有时间让学生阅读课本,又可使学生自己实验、思考、讨论和研究问题,更促使学生去认真阅读教材。
2、根据物理教材的特点,加强阅读指导。
物理课本中既有对现象的描述,又有对现象的分析和概括。既有定量的计算,又有要动手做的实验。在表述方面,既有文学“语言”,又有数学“语言”(公式、图象)还有图画“语言”(插图、照片)。看这样的书,既要懂得文字表述的意思,又要理解数学的计算及其含义,有时还要画图。学生刚开始不易读懂课文,也不习惯这种学习方法,因此,一开始教师就必须耐心的加以引导。要要求学生整章节的阅读,并给予指导,必要时,在课堂上还要边读边讲。重要的句子、结论要求学生用笔划出来,对一些叙述较复杂的段落还要给予分析解释。学生入门以后,再对他们提高要求。例如:《阿基米德原理》这一节,学生通过阅读课文后,对课文提出的概念、定义和原理就有了一个初步的认识,对实验过程和现象也有所了解,并能作大致的分析。这时教师可通过谁是受力物体,浮力的大小和方向以及在什么情况下才有浮力等提出问题,帮助学生进一步理解“原理”的实质,而不致于去死背条文。物理公式是用数学“语言”来描述物理规律的一种数学表达式。初中学生不易看懂,往往把它当作代数来看待,这就可能出现一些很严重的错误。例如通过欧姆定律推导出电阻R=U/I,这只是电阻的计算式,不能说电阻和电压成正比和电流成反比。同样密度ρ=m/v也不能说密度和质量成正比和体积成反比。因为在物理中有一些物理量只由其自身的因素决定,而和外界的因素无关。这就需要教师一开始就要帮助他们去弄清其含义。在大多数情况下,数学“语言”和文字“语言”是一致的,因此,先要训练学生当“翻译”,经常要求他们将某一物理语言或数学语言“译”成文字语言或将文字语言“译”成物理语言或数学语言。例如将“钢的密度比铝大,比铅的小”,“译”写成“ρ铝<ρ钢<ρ铅”;又如将欧姆定律I=U/R公式“译”写成“导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比”等等。同时还须要求学生了解掌握公式的物理意义、适用条件、各物理量的单位以及单位公式的变形等,经常通过这样的训练,就能逐步的提高他们的阅读能力。此外,物理课本中还常有一些物理术语,如“属性”、“竖直”、“状态”、“过程”“相对”“变化”等等,初中学生也是不易理解的,也需要教师通过讨论和比较,帮助学生去认识和了解。
3、引导学生养成预习的习惯,逐步培养自学能力。
在初二开始上物理课时,要向学生提出“以课本为主,课前要预习,要学会读书”的要求,为了帮助学生学会读书,还要特别向学生提出预习时应注意了解的内容:①看完一节(或一段)课文后要了解这节(段)课文讲了什么物理现象?某个实验是怎样进行的,说明什么问题?②这一节(段)讲了几个物理概念和规律?这些概念和规律的主要内容是什么?在日常生活、生产实际中有哪些实例? ③在阅读课本过程中还要经常提些“为什么?”用什么方法解决?④看完了课文后,有什么不懂,不理解的问题,并把不懂的,有疑问的问题记在笔记本上,带着问题学,以便上课时认真听讲,或向老师提问。除此之外,在课前还需拟定一些预习提纲,用小黑板写好,挂在教室里,供他们预习时参考。如上《摩擦力》这一节课前列出以下提纲:①什么叫做摩擦力?什么叫做滑动摩擦力?是否两个物体只要接触,就一定有摩擦力?②在实验中为什么要强调木块在木板上要做匀速运动?为什么由弹簧秤读出拉力,就知道了木块和木板之间的摩擦力?③滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关?通过预习提纲引导学生边阅读边思考,帮助他们有的放矢的进行阅读,了解课文的中心要点,并逐步学会提出问题,并设法解决,从而不断的提高阅读能力。最后,在每学完一个单元后,还要引导学生自觉认真的进行复习,要求他们再进行一次全面阅读,在阅读过程中指导他们通过前后联系,纵横对比,将知识系统化、条理化,形成完整的知识结构,并进一步地理解概念的内涵和外延,明确公式和定律的成立条件和适用范围,使之做到理解知识,并融会贯通。
总之,培养自学能力是教学的战略任务之一,特别是物理学科要求学生掌握的知识面宽,涉及的相关知识较多,学生学习和掌握都较难。毕业后学生肯定还会遇到很多问题需要他们自己进一步的学习和解决,这就需要他们有一定的自学能力。而提高阅读能力是培养自学能力的起点。因此,在平时的物理教学中就要充分调动学生阅读课本的积极性和主动性,让学生在自己的阅读中独立地感知,理解教材.通过经常性训练使学生逐步地学会自我学习的方法、研究问题和解决问题的方法以及不断的提高自己获取知识的能力,为他们能在一生中不断的学习打下一个坚实的基础。
参考文献
1李中华主编《中学生物理导读》07年第二期,安徽教育出版社
2王强主编《当代中学生》06年第八期,黄山出版社
3杨亮主编《现代物理教育》07年第五期,安徽科技出版社
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