[摘要]物理規(guī)律(包括定律、定理、原理和定則等)是物理現(xiàn)象、過程在一定的條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的必然趨勢及其本質(zhì)聯(lián)系的反映。它是中學(xué)物理基礎(chǔ)知識最重要的內(nèi)容,是物理知識結(jié)構(gòu)體系的樞紐。因此,規(guī)律教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的中心任務(wù)。
[關(guān)鍵詞]物理規(guī)律 物理教學(xué) 教學(xué)方法
一、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的方法有兩種:實驗歸納法和理論演繹法
1.實驗歸納法。采用這種方法發(fā)現(xiàn)的規(guī)律,一般是實驗規(guī)律,通常叫做定律。如牛頓運動定律、動量守恒定律。
2.理論演繹法。采用這種方法發(fā)現(xiàn)的規(guī)律,大部分是理論規(guī)律,通常叫做定理或原理。原理、定理這兩個術(shù)語表明,它們不再僅僅是對經(jīng)驗事實的概括,而是成為科學(xué)理論系統(tǒng)本身的出發(fā)點。這類規(guī)律是根據(jù)已知的規(guī)律,進行推理論證,然后進行內(nèi)涵外延,從而得到的規(guī)律,例如動量定理。
采用這種方法發(fā)現(xiàn)的規(guī)律,還有一部分是理想規(guī)律,這類規(guī)律是研究問題時避開次要因數(shù),抓住主要矛盾,準(zhǔn)確及時地探討事物的本質(zhì),從而揭示規(guī)律。如牛頓第一定律。
二、 從物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)方法,我們可以對物理規(guī)律進行分類
1.實驗規(guī)律。牛頓運動定律、動量守恒定律、機械能守恒定律、萬有引力定律、熱力學(xué)第一定律、庫侖定律、歐姆定律、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、光的反射定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、光的反射定律、光的折射定律等。
2.理論規(guī)律。動量定理、功的原理、波的疊加原理、光的可逆原理等。
3.理想規(guī)律。牛頓第一定律,理想氣體的狀態(tài)方程等。
三、針對不同類型的規(guī)律可以采取不同的教育教學(xué)方法
1.實驗規(guī)律的教學(xué)方法
(1)探索實驗法。如牛頓第二定律是先探究物體的質(zhì)量相同時,物體的加速度跟作用在物體上的力之間的關(guān)系,再探究在相同的力的作用下,物體的加速度跟物體的質(zhì)量之間關(guān)系,最后總結(jié)出物體所受到的力與物體的加速度以及物體的質(zhì)量之間的關(guān)系。
(2)驗證實驗法。如驗證機械能守恒定律,研究物體忽略空氣阻力,只受重力的作用時,物體自由下落,物體的機械能總守恒,即物體減少的重力勢能總等于物體增加的動能,若設(shè)質(zhì)量為m的物體,下落高度為h,速度為v,應(yīng)有mgh=1/2 mv2。
(3)演示實驗法:如牛頓第三定律,讓兩學(xué)生分別拿一彈簧秤A,B,在水平方向,兩彈簧秤聯(lián)接,改變其中一彈簧秤的拉力,發(fā)現(xiàn)兩彈簧秤的讀數(shù)總是大小相等,方向相反,在同一直線上。
2.理論規(guī)律的教學(xué)方法
如動量定律是根據(jù)牛頓第二定律F=ma和運動學(xué)公式Vt=V0+at,在設(shè)力是恒定的情況下推導(dǎo)出來的,再演繹到變力,體現(xiàn)出的是力對時間的積累效果。
3.理想規(guī)律的教學(xué)方法
如牛頓第一定律,在三個完全相同的斜面下端的水平面上,分別鋪上毛巾、木板、玻璃,讓小球從同一高度釋放,發(fā)現(xiàn)小球在毛巾上運動的最近,在木板上次之,在玻璃上最遠。進而經(jīng)過抽象思維,抓住主要因數(shù),忽略次要因數(shù),從而揭示了自然規(guī)律。
四、對物理規(guī)律的教學(xué),還要讓學(xué)生理解以下幾點
1.有關(guān)物理概念以及物理規(guī)律之間的聯(lián)系
首先,任何物理規(guī)律是有關(guān)物理概念之間的必然聯(lián)系。如歐姆定律,是由導(dǎo)體、電流、電壓、電阻等概念組成。研究對象是導(dǎo)體,電流、電壓、電阻是三個可以測量的物理量。它表明了研究對象(導(dǎo)體)的電流與研究對象(導(dǎo)體)的電阻和加在研究對象(導(dǎo)體)兩端的電壓的定量關(guān)系。
其次,有些物理規(guī)律之間是存在著相互關(guān)系的。如牛頓第一定律與牛頓第二定律,兩個定律是從不同的角度回答了力與運動的關(guān)系。
2.要深刻理解物理規(guī)律的物理意義
(1)從理論上解釋規(guī)律,做到從理論和實驗兩方面來充分認(rèn)識規(guī)律。
(2)要從物理意義上去理解物理規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式。如歐姆定律公式:R= U/I,通過導(dǎo)體的電壓與電流成正比,但不能理解為當(dāng)電壓為零時物體的電阻為零,因為,電阻是導(dǎo)體的固有屬性。
(3)要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)物理規(guī)律之間的相互關(guān)系,以便更深入的理解物理規(guī)律。
如牛頓第二定律公式:F=ma ,牛頓第一定律可以認(rèn)為是牛頓第二定律的一個特例:當(dāng)F=0時,a=0 。
(4)要充分認(rèn)識物理規(guī)律中各個物理量的物理意義。
如牛頓第二定律公式:F=ma ,其中,F(xiàn) 表示研究對象所受到的力,m表示研究對象的質(zhì)量,a表示研究對象的加速度。
3.物理規(guī)律的適用范圍
物理規(guī)律具有近似性。首先,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)下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;其次,由于物理學(xué)是實驗科學(xué),在觀察和實驗中,限于儀器的精密程度、操作技術(shù)的準(zhǔn)確程度,不可避免的出現(xiàn)測量誤差。另外,還有物理現(xiàn)象中的微觀量的漲落因數(shù),使許多宏觀可測物理量的值都是統(tǒng)計的結(jié)果,也不可避免地存在誤差和不準(zhǔn)確性。 因此,反映各物理量之間關(guān)系的物理規(guī)律,只能在一定精密范圍內(nèi)足夠真實但又是近似地反映客觀世界。
物理規(guī)律具有局限性。因為物理規(guī)律是在一定范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的,或在一定條件下推理得到的,又在有限領(lǐng)域內(nèi)檢驗的,所以規(guī)律還具有局限性,物理規(guī)律總是有它的適用范圍和適用條件。
這一點很容易被學(xué)生忽視,通常,他們一遇到具體問題,就亂套亂用物理規(guī)律,得出錯誤結(jié)論。因此,在物理規(guī)律教學(xué)中,要引導(dǎo)學(xué)生注意物理規(guī)律的適用范圍,使他們能正確使用物理規(guī)律解決實際問題。
4.對規(guī)律的應(yīng)用
物理規(guī)律的教學(xué),不但是使學(xué)生掌握物理規(guī)律,而且要使學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法,提高觀察、實驗?zāi)芰?、思維能力和運用規(guī)律分析問題、解決問題的能力。
(1)培養(yǎng)學(xué)生運用物理規(guī)律解決實際問題的能力,主要是通過例題。例題的作用就是示范性,通過對例題的分析,總結(jié)出解決問題的思路、方法與步驟,引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用物理規(guī)律解決實際問題。
(2)強化訓(xùn)練學(xué)生運用物理規(guī)律解決具體問題的能力,主要是通過習(xí)題。精心挑選練習(xí),讓學(xué)生通過適量訓(xùn)練,在實踐中總結(jié)運用規(guī)律解決實際問題的方法與技巧,從而達到提高運用物理規(guī)律解決物理問題的能力。但要注意,習(xí)題要精而少,不搞題海戰(zhàn)術(shù)。
(3)適時組織測驗,檢查學(xué)生運用物理規(guī)律解決實際問題的能力,主要是通過測試。適時、定期的組織物理測驗,是檢查規(guī)律教學(xué)的最有效的途徑。值得注意的是,在運用物理規(guī)律的過程中,要指導(dǎo)學(xué)生不斷的總結(jié)分析問題和解決問題的方法與技巧,能做到舉一反三。
總的來說,物理規(guī)律教學(xué)的一般程序是:
首先,使學(xué)生對發(fā)現(xiàn)或建立某一規(guī)律所采用的方法、途徑和具體的依據(jù)有較清晰的認(rèn)識。其次,使學(xué)生明白某一規(guī)律的物理意義,適用范圍和條件。最后,通過練習(xí)、運用,使學(xué)生掌握分析問題、解決問題的思路和方法。
綜上所述,我們對物理規(guī)律的教學(xué)進行了系統(tǒng)、全面、具體的研究,總結(jié)出了一般規(guī)律。但教學(xué)更是一門藝術(shù),只有在教學(xué)中不斷創(chuàng)新,勇于實驗,大膽改革,才能提高物理規(guī)律的教學(xué)藝術(shù)與水平。
(作者單位:湖北武漢市汽車應(yīng)用工程學(xué)校)