高中物理教学论文浅谈物理教学中的能力培养问题

1浅谈物理教学中的能力培养问题内容提要:本文从培养学生用自己的语言描述物理概念、物理规律和方法，用分镜头图展示物理情境，用分析法理解题思路以及用物理模型联想法进行跳跃性思维等方面出发，阐明了物理教学中应遵循的原则，旨在培养学生的学习能力，提高学生学习的水平。关键词:自己的语言分镜头图物理模型联想法我们知道，我们教给学生的物理知识，对许多学生来说，在其今后的工作、生活中，可能派不上什么用场，但如果我们能注重科学思想方法内容的挖掘，并把它与我们所传授的物理知识有机地结合起来，形成一个可传输的系统展示给学生，帮助学生在头脑中逐渐形成一个合理的知识结构和思维结构，就能使学生逐渐形成在比较中求迁移、求创新的思维策略，从而提高举一反三、触类旁通的能力。这样的教学，才能帮助学生形成一定的能力结构，提高综合素质，使其受益终年。可见，针对物理学科的特点和高中学生的心理水平与知识水平的现状以及社会对人才的素质要求，我们在教学中应坚持以下几个原则:一、重视培养学生用自己的语言表达物理概念、物理规律和物理过程的能力我们知道，学生所学的各门功课是相互关联的，与高中物理最相关的科目是语文，许多学生学不好物理的主要原因，在于缺乏语言基本功，不会用自己的语言描述物理概念和规律、展示清楚物理情境，从而使物理的学习变得机械、呆板。所以，我们要刻意培养学生的语言表达能力。譬如，在楞次定律的教学中通过实验演示、理论分析，全面剖析了楞次定律的内涵后，学生最难把握的是阻碍两字的含义，这时，我们应该在引导学生分析该定律所包含的因关系的基础上，帮助学生用增反、减同的结论揭示感应电流磁场与原磁场方向间的关系，拌抓住增反、减同的实质引导学生用自己的语言编制判断感应电流方向的程序，再用相关的典型题帮助学生学会用所编程序处理问题的方法。从而，真正使学生的感性认识上升为理性认识。学习物理规律时，要帮助学生明确;运用任何一个物理规律的基本思路，都应从规律本身中寻找。并帮助学生用自己的语言理清运用规律的思路。例如，对动能定理的运用，首先应理解它的物理意义:研究对象所受力的合功等于物体动能的增量。再引导学生剖析该定理所包含的因果关系，使学生明确要运用好动能定理就应该弄清楚合功与动能的增量，而要求合功，首先要明确对象的受力情况，就必然要进行受力分析;要求动能的增量，当然要知道初、末动能(或初、末速度)，就应该进行运动情况的分析。可见，运用动能定理的基本思路是:(1)选择研究对象;(2)画出对象运动的情景图;(3)画出对象的受力图;(4)根据动能定理列出方程，统一单位后求解。又例如，对这样一个问题:如图1所示，质量为m的物体A与倾斜角为中的斜面间的摩擦系数为u，力F拉着物体A从斜面底端匀速地运动到顶端，要使F作功最小，F与斜面的夹角a应是多少?.....................()A、0B、л/2C、л/2-ФD、Ф该题，用常规方法求解时，一般是先找出所作的功与a的函数式wF(a)，再讨论当a多大时，WF取得最小值。这样处理，比较繁琐，但若求解者对物理规律的理解达到能用自己的语言运用物理规律思考问题的境界时，就会换个角2度去思考:通过F作功，能量发生了怎样的转化？从而迂回到能的转化与守恒定律的观点得出外力作功所消耗的其它形式的能的一部分转化成重力势能ΔEP(是定值)，别一部分在克服摩擦力作功中转化为热能Q。要使外力作功最小，就应使Q等于零，即使物体与斜面间无摩擦力的作用。这样，只能是物体仅在重力和拉力作用下沿斜面缓慢地向上运动，F是重力的平衡力。所以,a=л/2-Ф,答案为(C)。二、培养学生用分镜头图展示物理情境的能力我们知道，物理解题的过程，实质上就是寻找物理量间数量关系的过程，物理公式(如牛顿第二定律、动能定理等等)就是各相关物理量在数量关系方面的经验性的总结。许多学生学不好物理的外倾性的表现是解题时死套公式、闭门造车，其根源在于不会展示物理情境，从而在解稍难一些的物理题时，思维混乱，甚至会在头脑中出现一片空白的现象，陷入解题的困境。事实上，许多物理公式是条件公式，离开了条件，公式就失去了效力。我们之所以要强调物理过程的分析，花大力气培养学生用分镜头图顺理成章的把一个复杂的物理情景用一系列彼此独立而又有联系的单一物理情境展示出来，就是为了把一个综合题分解为一个个简单题。在这个过程中，让各种情境中的物理条件充分地曝光，从而降低了运用物理规律的难度。可见，物理教学中，只要展示清楚物理情境，强制学生形成条件化了的知识，就能使学生在再次面临这些条件时，能迅速、准确地提取有关的知识，提高分析问题和解决问题的能力。[例1]在光滑平直的轨道上有两个玩具小车A、B，它们的质量分别为mA=3kg，mB=6kg，它们间用一根轻绳相连，开始时绳子完全松弛，二车紧靠在一起，如图2示，现用3N的水平恒力F拉B时，使B先起动，绳绷紧后，再拖动A前进。在B车前进了0.75m时，二车共同速度为V=2/3m/s。求连接二车的绳长L(不计阻力，车可视为质点)?分析:由题意可知，A、B二车运动的分镜头图如图3所示。其中，在图甲—乙过程中，小车B在外力作用下向右作匀加速直线运动，到乙图时绳子恰被拉直，而后在与乙—丙图对应的极短的时间内，A、B发生完全非弹性碰撞中动量近似守恒;丙—丁过程中，A、B在外力作用下，一起作匀加速运动，在上述各个阶段中由相应的物理规律可得;甲－乙：vB2=2aBL,F=mBaB乙－丙：MBvB=(mA+mB)u1丙－丁：U22=u12+2a(0.75-L)F=(mA+mB)a联立以上方程，并代入数据得:L=0.25m这样的分析，物体运动的整个过程中所包含的物理情境都展示地清清楚楚了：有些什么过程?各有什么特征?该用什么物理规律建立物理量间的数量关系等等，自然是一目了然的事。3三、帮助学生学会用分析法考虑问题有些学生在分析物理问题时，往往会束手无策，从常规的物理解题经验方面看，当然是由于没有形成先从运动和力的关系入手分析、展示清楚物理情境，再选择合适的物理公式建立物理量间数量关系的思维定势的缘故，但从解题策略方面看，其根本原因在于缺乏良好的解题策略，没有形成良好的思维程序。我觉得，高中阶段，学生最容易掌握的就是分析法处理物理问题的策略。用分析法分析问题，不仅可以使学生形成清晰而完整的解题思路，更可以起到思路的自我提醒的作用，从而使学生避免解题中的盲目性，为顺利解题提供保证。所谓分析法的推理过程是从问题的结论(或待求的结论)出发向已知条件逆推的过程，具体地说，是在认真审题、分析题意的基础上，首先找出能直接回答题目中问题的物理规律或公式，观察这个公式中包含哪些新的未知量(实际上是中间变量)，再列出与这几个中间未知量有关的物理公式，如果这个式子仍然含有新的未知量，就再找出与这些新的未知量有关的公式，……按这样的逻辑思维顺序逐渐分析、推理下去，直到待求的物理量全部可以用已知量表示为止。[例2]如图4示，长L=lm，质量m=lkg的木板A静止地放在光滑的水平面上，其左端上面放一个质量ml=lkg的小块B，现在B上作用20N的水平恒力F，使B由静止开始向右运动，直至滑离A止，已知A、B间的摩擦系数ц=0.5，求:(1)力F的冲量;(2)力F所作的功。分析:B在F作用下由静止开始向右作匀加速运动时，A也在B的摩擦力作用下向右作匀加速运动，直至A、B分离。这个过程中，A，B运动的分镜头圈如图5示。设A、B在这段时间t内的加速度和位移分别为aA和aB、SA和SB，则按分析法的思路可依次列出以下等式:l=Ft,W=FSA，SA=1/2aAt2,SB=1/2aBt2，SB=SA+L,aA=цmg/M,aB=(F-цmg)/m联立以上方程，并代入数据可得:W=30J,I=9NS。本题，当然也可以由动量和机械能的知识入手求解。由分析法的思路可写出以下式子:I=ΔP=MVA,+mvBW=1/2MvA2+l/2mvB2+цmgL(F-цmg)SB=l/2mvB2цmgSA=1/2mvA2SB=SA+L(F-цmg)t=mvBцmgt=MvA联立以上方程，同样可得结果。可见，一些综合题，由于物理情境比较复杂，已知条件多(有些已知条件还比较隐蔽)涉及到的物理知识也比较多，一个缺乏经验的学生往往会感到无从下手，因而，编制好运用各种知识的程序，并熟练掌握一些相关的典型题是十分必要的，但一个综合题中，究竟要用到哪些知识?先用什么知识，后用什么知识?许多学生则是不够明确的，而分析法从结论出发，4目的明确，逻辑性强，有利于启发思维，便于学生掌握运用，它在解题中就像一台文艺晚会的导演一样，有效地调控着解题的思路。四、提高学生对物理模型的联想能力与迁移能力教学实践表明，落实了以上三个原则的内容后，学生完全可以具备一定的分析问题和解决问题的能力。但光这样还不够!教学中还得强化学生的模型意识，提高模型的联想能力和迁移能力;我觉得，我们平时所谓的XX学生学得比较活，实际上是指这个学生具有一定的分析问题和综合问题的能力与类比能力。亦即具有跳跃思维的本领，在考虑问题时，善于在不同的知识面上进行跳跃性思维，从而找到解题的捷径。显然，积累一定数量的物理模型(包括相关的典型题)是具备跳跃能力的根本保证。事实上，考试中光具备分析问题的能力是远远不够的，如果每个问题都按部就班的去分析一番，时间还够吗?只有帮助学先掌握一些基本的、典型的物理模型，考试时才会在头脑中不断出现就是它的闪念，而只需对极少数的问题才有从比较原始的起点入手分析的必要。这样，考试时才能思如泉涌、成竹在胸。那么，应怎样培养学生的模型联想能力呢?1、抓住模型的结构特点，合理联想，活跃解题思路(例3]把一根长为L的光滑钢丝均匀地绕成一个高h的弹簧。现把该弹簧竖直固定在地面上，让一个小环穿在钢丝上，并使其由静止开始下滑，假设整个过程中弹簧的形变可忽略，求环下滑过程所用的时间。分析:小环下滑时，只受重力和钢丝对它的支持力。显然，支持力始终与速度方向垂直，只改变速度的方向，改变速度大小的力是重力沿钢丝切线方向的分力。因此，小环下滑过程所需的时间只决定于重力沿钢丝切线方向的分力。这样自然容易使我们联想到滑块沿光滑斜坡下滑的情境(一般的人也玩过将一个直角三角形纸片绕其一直角边卷起时其斜边形成一个螺旋线的游戏)。所以，我们将弹簧以其中心轴为轴展开成如图6所示的直角三角形ABC，其中AC=H，AB=L，从展开的过程可知，钢丝上各点的切线与水平面均成0角。故小环沿弹簧滑下的运动可等效于沿直角形斜边由顶开始的下滑运动。显然：L=1/2at2,a=gsinθ，∴t=[2L2/(gh)]1/2可见，借助模型的联想，在物理解题中可以发挥化繁为简、变难为易的作用。2、挖掘模型中隐含的相关知识，把握特征，强化应变能[例4]如图7所示，ABC为全反射棱镜的主截面，一单色光射向全反射棱镜时，其入射光线与出射光线如图中的1、2所示，试完成光路图。分析:本题中，光先被AB面折射后进入棱镜，而后分别经AC和BC面全反射和折射后出射，欲依照这样的物理过程直接作出光路图是不可能的。但若抓住光在AC面上发生全反射的特点，把平面镜成像的思路移植过来，就很容易画出题中要求的光路5图(如图8示)了。3、紧扣模型的物理本质，抓住关键，活化知识结构[例5]边长为L的正方形导线水平地放在空间均匀分布的方向竖直、磁感应强度大小按B=Bosinωt规律变化的磁场中，如图9示，问线框中产生的感应电动势的最大值是多少?分析:若直接用法拉第电磁感应定律求解，在高中阶段由于受数学知识的限制将陷入山穷水尽的困境，但若抓住磁通量变化是产生感应电动势的根本原因这一本质，就很容易使我们联想到这样的情景：如图10示，边长为L的正方形线框，在磁感应强度为BO的匀强磁场中绕轴00/由图中位置开始以ω的角速度匀速转动时，线框中产生的感应定律，线框中产生的感应电动势是多少？显然，这两种情况中，通过线框的磁通量都按Φ=B0L2Sinωt的规律变化，由法拉第电磁感应定律，线框中产生的感应电动势也应相同，即；e=BoL2ωcosωt,故εm=BoL2ω。4、理清相关物理量的