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【關(guān) 鍵 詞】 物理教學(xué);機(jī)械能守恒;高中
物理是一門思維性極強(qiáng)的學(xué)科,其最大的魅力和價(jià)值也體現(xiàn)在一些物理思想上。這也從本質(zhì)上決定了師生之間的教與學(xué)的核心內(nèi)容。在教學(xué)中我也希望我們教師以物理思想、物理方法的傳達(dá)、構(gòu)建、應(yīng)用為第一位,具體的知識(shí)、教材、試題、課堂都僅僅是載體而已。而作為物理這一極富思想性學(xué)科的授導(dǎo)者,我們本身也要有一定的思想高度,從深層次本質(zhì)上去解讀要授什么、怎么導(dǎo)的問題。
下面僅以《機(jī)械能守恒定律》的教與學(xué)為例探討高中物理的教與學(xué)問題。
一、教師的備要有智慧
(一)充分挖掘教材信息
呈現(xiàn)在我們面前的基本信息是《機(jī)械能守恒定律》內(nèi)容,這當(dāng)然是核心內(nèi)容,但還有大量信息容易被我們忽略,特別是青年教師。如第一段話“我們?cè)诔踔袑W(xué)過……”體現(xiàn)了概念建立的最好途徑是在舊有的認(rèn)知基礎(chǔ)上去架構(gòu)。整個(gè)論證過程體現(xiàn)了物理規(guī)律建立的一般模式,“發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象─猜想結(jié)論─個(gè)案論證─般性論證─得出結(jié)論─形成理論”的歷程。最后對(duì)條件、范圍的闡釋本身也體現(xiàn)了辯證的思想,也有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生去思考知識(shí)的內(nèi)涵和外延,而不是停留在知識(shí)的簡(jiǎn)單記憶上。
(二)正確確立教學(xué)重點(diǎn)
在思考教學(xué)的重點(diǎn)這一問題時(shí)不能絕對(duì)的、孤立地去看待它,而應(yīng)該放在整個(gè)章節(jié)中、整個(gè)力學(xué)中、整個(gè)高中物理中、甚至是整個(gè)物理學(xué)科中思考,同時(shí)還要兼顧所面對(duì)的學(xué)生的基礎(chǔ)情況、能力情況和發(fā)展需求上,還要思考所處的時(shí)間階段是高一新課、一輪復(fù)習(xí)、二輪復(fù)習(xí)等。
在新課教授中,通常更強(qiáng)化結(jié)論的理解上。如花較多的時(shí)間去補(bǔ)充和理解彈力做功對(duì)機(jī)械能的影響問題,并且如果膚淺的理解教科書上的內(nèi)容有可能導(dǎo)致誤解和形成錯(cuò)誤認(rèn)知。而放眼在整個(gè)高中物理教學(xué)過程中,守恒思想的確立和根深蒂固比結(jié)論本身更為重要,在規(guī)律的認(rèn)識(shí)之初不是怎樣規(guī)范用的問題而是怎樣在第一時(shí)間想到這一規(guī)律,并慢慢讓學(xué)生建立任何情形下都可以考慮是否可以從這一角度去思考的問題。從教學(xué)的階段上看,新課中注重規(guī)律的形成和建立并從內(nèi)心深處去認(rèn)同它更為重要,至于一些注意事項(xiàng),可以在進(jìn)一步的教學(xué)中逐漸去滲透,從而達(dá)到知識(shí)內(nèi)化的目的。若在后期的復(fù)習(xí)和鞏固中重點(diǎn)可以轉(zhuǎn)移到準(zhǔn)確性、內(nèi)涵外延、怎樣應(yīng)用上去。
(三)知識(shí)的把握要精準(zhǔn)
以“機(jī)械能守恒定律”為例,具體內(nèi)容為“在只有重力做功的情形下,物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,但機(jī)械能的總量保持不變”。
為了讓學(xué)生從思想深處去理解并認(rèn)識(shí)它,可以將內(nèi)容分層次或從多側(cè)面剖析給學(xué)生。如這句話反映了三個(gè)層次,首先是機(jī)械能總量不變即機(jī)械能守恒,這也是機(jī)械能守恒的本質(zhì);其次是從能的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化角度看,只存在動(dòng)能和重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化;最后是思考在什么情況下才是只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,那就是只有重力做功。
由于學(xué)生第一次接觸機(jī)械能守恒,不能因追求嚴(yán)密而太過復(fù)雜,但畢竟不甚完整,可以引導(dǎo)學(xué)生思考。如機(jī)械能應(yīng)該包括彈性勢(shì)能,那如果有彈性勢(shì)能的參與又該如何呢?培養(yǎng)學(xué)生善于思考發(fā)現(xiàn)問題的習(xí)慣。
教師對(duì)這一結(jié)論的思考則要求是全方位的、深層次的,如是否是唯一表述、準(zhǔn)確表述,有哪些內(nèi)涵和外延等。筆者認(rèn)為可以從以下一些角度加以深化:
(1)描述中涉及勢(shì)能,必然是對(duì)系統(tǒng)而言,至少是物體和地球,但一般忽略了地球,原因是地球可以看成“靜止不動(dòng)”的物體,所以地球不涉及動(dòng)能,或者說動(dòng)能不發(fā)生變化,勢(shì)能一般理解為物體的勢(shì)能,當(dāng)然忽視這一點(diǎn)不影響計(jì)算結(jié)果,但在邏輯上是不嚴(yán)密的,不一定給學(xué)生闡釋,但作為教師應(yīng)該清楚。
(2)在上述情況中(除地球外單個(gè)物體),即可以考慮機(jī)械能守恒也可以考慮動(dòng)能定理。而機(jī)械能守恒定律的妙用更多地體現(xiàn)在除地球外兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體系構(gòu)成的系統(tǒng)情況下。
(3)對(duì)于由多個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)涉及到的力有不確定形式的外力F、重力、電磁力、相互間的彈力和摩擦力,不涉及分子層面力的問題。而功是能量轉(zhuǎn)化的量度,這就決定了不得不考慮這些力對(duì)研究系統(tǒng)機(jī)械能的影響問題。所以才有條件“只有重力做功”。
(4)那么重力做功為什么獨(dú)立出來,而其他力做功又是怎樣影響的呢?這里要引入一個(gè)結(jié)論:一對(duì)內(nèi)力做功的代數(shù)和即W內(nèi)=FS相代表了一定量能量的轉(zhuǎn)化。而重力對(duì)物體做的功可以理解為這對(duì)重力做功的代數(shù)和(在第(1)點(diǎn)中有說明),只是實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)動(dòng)能和重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化量度,是機(jī)械能內(nèi)部不同形式能量間的轉(zhuǎn)化,不改變系統(tǒng)的機(jī)械能總量。而如果有摩擦力則會(huì)存在與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化問題,如果有電場(chǎng)力則會(huì)存在與電勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化問題。
(5)如果相互接觸的物體是剛體(高中階段指非彈簧、橡皮繩),則之間的彈力做功代數(shù)和為零,不該系統(tǒng)的機(jī)械能,如果是彈簧且存在形變,則W彈≠0,卻表示系統(tǒng)其他形式能與彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)化量度,故也不改變系統(tǒng)的機(jī)械能總量。
(6)如果存在靜摩擦力,同理不影響系統(tǒng)的機(jī)械能總量。但如果存在滑動(dòng)摩擦力,則Wf=fS相,表征了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的部分(注意單向性),故系統(tǒng)機(jī)械能減少。
(7)如果是電磁力,則存在與電勢(shì)能或磁場(chǎng)能之間的轉(zhuǎn)化(注意具備雙向性)。
(8)存在未知外力,則存在與外界未知形式的能量之間的轉(zhuǎn)化問題。
二、教師的導(dǎo)要能啟慧
如果教學(xué)只停留在教師講,學(xué)生聽,教師演練,學(xué)生模仿,這樣的教學(xué)要想達(dá)到較好的效果是有很大困難的。我們要盡量做到學(xué)生先學(xué)后教,這里的先學(xué)還不能僅僅是停留在簡(jiǎn)單記憶,而應(yīng)該有較充分和較深層次的思考。怎樣解決學(xué)生的思維障礙,做到循序漸進(jìn)層層推進(jìn)?我們要講智慧。
如在《機(jī)械能守恒定律》中我們可以這樣設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué):
1. 讓學(xué)生做一個(gè)滿足機(jī)械能守恒的小實(shí)驗(yàn),如滾擺,初步體會(huì)動(dòng)能勢(shì)能的轉(zhuǎn)化。
2. 舉幾個(gè)例子讓學(xué)生思考運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能和勢(shì)能的增減,引導(dǎo)有增有減時(shí)思考總量是否有可能不變。(建立守恒的意識(shí))
3. 選一個(gè)便于操作的實(shí)例思考怎樣去論證我們的結(jié)論。(培養(yǎng)科學(xué)意識(shí))
4. 舉幾個(gè)滿足機(jī)械能守恒的例子,思考他們的共性。(培養(yǎng)歸納總結(jié)能力)
5. 從只受重力過渡到只有重力做功。(培養(yǎng)思維的縝密性)
6. 如果有其他力做功會(huì)怎么樣?(建立批判的思想)
三、學(xué)生的學(xué)要能生慧
學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中要能感受到物理思維的精妙和樂趣,整個(gè)學(xué)習(xí)的過程就是他們明辨概念,熟悉原理,精通方法靈活應(yīng)用的過程。如果在知識(shí)方法的建立過程效果還不太明顯,則應(yīng)增加應(yīng)用幫助其提高認(rèn)識(shí)。
總之,在物理教學(xué)過程中我們的核心是物理思想、物理方法、物理技能、探索的精神,知識(shí)只是解決這些能力問題的載體,我們?cè)诮痰倪^程和學(xué)生在學(xué)的過程中,我們都應(yīng)著眼知識(shí)背后的能力培養(yǎng),讓學(xué)生在學(xué)的過程中增長(zhǎng)自己的智慧從而成就自己的智慧人生。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 陶昌宏. 高中物理教學(xué)理論與實(shí)踐[M]. 北京:北京師范大學(xué)出版社,2008.
一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的一些問題
(1)師生實(shí)驗(yàn)課重視不足。重視不足,既是說學(xué)生,也是說老師。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,部分學(xué)生把實(shí)驗(yàn)課當(dāng)成了娛樂課,一部分學(xué)生穿著白大褂來實(shí)驗(yàn)室玩手機(jī)、聊天。對(duì)于實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪@些學(xué)生是一問三不知,實(shí)驗(yàn)方法一問三不知,頂多就是對(duì)著實(shí)驗(yàn)步驟看一步做一步,完全不會(huì)去深思為何這么做,怎么才能做得更好。而有些老師也同樣對(duì)該實(shí)驗(yàn)課程重視不足,不提問,少指導(dǎo),不去多問學(xué)生幾個(gè)為什么,導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室中老師的定義就是做完實(shí)驗(yàn)的簽字者,老師沒能起到指導(dǎo)作用。
(2)學(xué)生缺乏團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)與技巧。在實(shí)際教學(xué)過程中,我們習(xí)慣性將學(xué)生進(jìn)行分組,目的是為了培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。而實(shí)際的情況,有時(shí)讓人哭笑不得:每個(gè)組中肯定會(huì)出現(xiàn)基礎(chǔ)好的一到兩個(gè)人,而這一到兩個(gè)人往往會(huì)獨(dú)自完成這個(gè)組的整個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù),其他的組員則在一邊旁觀。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生,有以下幾個(gè)因素:一是組員實(shí)驗(yàn)不積極,二是組中基礎(chǔ)較好者不習(xí)慣團(tuán)隊(duì)合作。此外,在實(shí)驗(yàn)過程中雖然一直強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)器材試劑從哪里來放哪里去,但還是有很多同學(xué)做不到這一點(diǎn),直接影響整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)效率。
(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有時(shí)虛假,一人寫完全班照抄。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的填寫過程中,最常見的情況就是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來由不熟知,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析處理方法掌握不到位,導(dǎo)致生搬硬套。更有甚者,為了取得一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,直接修改原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。另外一種情況就是實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重,同一實(shí)驗(yàn)組內(nèi)一般只有少數(shù)同學(xué)能認(rèn)真獨(dú)立地自己完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告填寫、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,其余同學(xué)多是借來直接抄襲。這種情況,導(dǎo)致有的學(xué)生思想懈怠,忽視實(shí)驗(yàn)教學(xué),學(xué)不到相關(guān)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)與技巧。
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題的解決辦法
(1)針對(duì)師生對(duì)實(shí)驗(yàn)課重視不足的問題,我們應(yīng)該加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課考查力度。要擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)課在總學(xué)分中所占比值,增加實(shí)驗(yàn)課思考分析抽答頻率與字?jǐn)?shù),增加期末實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)評(píng)。
(2)針對(duì)學(xué)生缺乏團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)與技巧的情況,靈活采取應(yīng)對(duì)方法。一是采取實(shí)驗(yàn)分組隨機(jī)化的方法,即每次實(shí)驗(yàn)前都進(jìn)行隨機(jī)分組。這樣,可以有效防止學(xué)生對(duì)班內(nèi)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)較好的同學(xué)存在依賴性。二是采取實(shí)驗(yàn)流程具體到人的組內(nèi)細(xì)分化的方法。每個(gè)實(shí)驗(yàn)組內(nèi)的同學(xué)需在自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告里寫上自己在該實(shí)驗(yàn)內(nèi)所做的任務(wù)與貢獻(xiàn)。三是采取計(jì)時(shí)加分化的方法,即對(duì)能提前完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容且實(shí)驗(yàn)結(jié)果很優(yōu)秀的小組予以考評(píng)加分。
(3)針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果虛假,一人寫完全班照抄的問題,我們老師要做好以下的事情。首先,要多設(shè)置實(shí)驗(yàn)分析題。爭(zhēng)取每?jī)傻饺齻€(gè)同學(xué)能分到一個(gè)分析題,而不是像傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析題那樣一個(gè)班只需要解決2個(gè)實(shí)驗(yàn)分析題。其次,要求實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分工明確化。每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的成員,必須在自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)寫上自己承擔(dān)的那部分實(shí)驗(yàn)詳細(xì)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理過程。
三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改進(jìn)
(1)多動(dòng)手多操作。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,我們要讓學(xué)生多動(dòng)手操作,多在操作中發(fā)現(xiàn)問題與解決問題。實(shí)驗(yàn)教學(xué)前,我們把實(shí)驗(yàn)操作整個(gè)流程的PPT發(fā)到每個(gè)學(xué)生手里,讓學(xué)生課前就對(duì)實(shí)驗(yàn)流程與操作要點(diǎn)有個(gè)熟練的了解。這樣就能讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,能最大限度地學(xué)到實(shí)驗(yàn)技能、操作技巧。