黃 堅(jiān)

相對(duì)論以深?yuàn)W難懂著稱(chēng),高中物理選修3-4模塊中《相對(duì)論簡(jiǎn)介》也正是學(xué)生最難理解的一部分.很多教師怕耽誤教學(xué)進(jìn)度,在實(shí)際教學(xué)中,沿用老式套路:灌輸基本概念,強(qiáng)記重要結(jié)論,套用公式做習(xí)題,一兩課就能解決掉本章內(nèi)容.如果沿用這樣的處理,學(xué)生很快會(huì)遺忘所學(xué)內(nèi)容,起不到任何效果.

怎樣對(duì)這一章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行更為合理的安排?筆者在教學(xué)實(shí)踐中,從以下幾個(gè)方面進(jìn)行.

一、結(jié)合物理學(xué)史,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)相對(duì)論的建立以及發(fā)展過(guò)程

作為近代物理最為卓越的成就,相對(duì)論的建立在科學(xué)發(fā)展史上具有十分重要的意義.新課程安排這些內(nèi)容,目的是加強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)方法、科學(xué)思想的認(rèn)識(shí),這也正符合新課標(biāo)中有關(guān)“情感態(tài)度價(jià)值觀”的教學(xué)要求.

以往的教學(xué)給學(xué)生灌輸了這樣一個(gè)有關(guān)認(rèn)知世界的步驟:把“大量”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)歸納起來(lái),就是科學(xué)定律.事實(shí)上多數(shù)科學(xué)規(guī)律不能簡(jiǎn)單歸納,正如相對(duì)論的發(fā)現(xiàn)一樣,愛(ài)因斯坦在已有知識(shí)背景和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,大膽猜想提出兩個(gè)基本假設(shè):狹義相對(duì)性原理和光速不變?cè)?然后以此為出發(fā)點(diǎn),推導(dǎo)出一系列的結(jié)論.也就是說(shuō),科學(xué)的猜想,或者說(shuō)非邏輯的思維對(duì)認(rèn)知世界的過(guò)程起到了非常重要的作用.牛頓就曾說(shuō)過(guò):“沒(méi)有大膽的猜想,就沒(méi)有偉大的發(fā)現(xiàn).”

當(dāng)然,猜想也不是無(wú)的放矢的胡思亂想,科學(xué)的猜想離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)這一基礎(chǔ).相對(duì)論發(fā)現(xiàn)的時(shí)代背景在于,經(jīng)典物理絕對(duì)時(shí)空觀無(wú)法解釋邁克爾孫—莫雷實(shí)驗(yàn)、菲索實(shí)驗(yàn)等一些實(shí)驗(yàn),而且相對(duì)論的進(jìn)一步發(fā)展,更是在于有兩個(gè)基本假設(shè)得到的一些推論不斷得到實(shí)驗(yàn)證實(shí).

二、以基本的相對(duì)論問(wèn)題訓(xùn)練學(xué)生的思維能力

雖然新課標(biāo)對(duì)相對(duì)論的要求只要達(dá)到“知道”、“了解”的程度,但是筆者認(rèn)為運(yùn)用最基本的原理處理相對(duì)論基本問(wèn)題,這還是需要的.教師要深入到學(xué)生中去,及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生解題時(shí)出現(xiàn)的每一個(gè)問(wèn)題,適時(shí)點(diǎn)明要點(diǎn),指明發(fā)生差錯(cuò)的原因.

比如,人教版教材在第二節(jié)內(nèi)容后,配了這樣一道習(xí)題.

地面上的人認(rèn)為A、B兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生.對(duì)于坐在火箭中沿兩個(gè)事件發(fā)生地點(diǎn)連線(xiàn)飛行的人來(lái)說(shuō)(B點(diǎn)在A點(diǎn)的前方),哪個(gè)事件先發(fā)生?

筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn),班級(jí)超過(guò)60%的學(xué)生這樣分析本題:A、B兩位置同時(shí)發(fā)出閃光,因?yàn)榛鸺cB位置距離較遠(yuǎn),結(jié)合光速不變?cè)?B位置出發(fā)的光會(huì)需要更長(zhǎng)的時(shí)間到達(dá)火箭,結(jié)論:火箭中的人認(rèn)為,A事件先發(fā)生.

上述分析看似很容易理解,也很符合學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu),但卻有著致命的邏輯錯(cuò)誤:以地面為參考系描述的兩個(gè)事件是A、B兩位置發(fā)光;以火箭為參考系對(duì)比的是,兩道閃光到達(dá)火箭這兩個(gè)事件的先后.這樣的結(jié)論顯然是錯(cuò)誤的.

正確的解題思路如下:設(shè)在AB連線(xiàn)中點(diǎn)的光源發(fā)出一個(gè)閃光,以地面為參考系,閃光到達(dá)A、B兩地為“同時(shí)”發(fā)生的兩個(gè)事件,以火箭為參考系,根據(jù)狹義相對(duì)論的假設(shè),兩個(gè)方向光的速度不變,A、B具有向左的速度,則可以說(shuō)明B在“迎接”閃光,而A在“躲避”閃光(一個(gè)追及的問(wèn)題).結(jié)論:火箭中的人認(rèn)為,B事件先發(fā)生.物理的思維必須是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?教師要提醒學(xué)生在具體問(wèn)題的處理中切實(shí)做到這一點(diǎn).

三、引導(dǎo)學(xué)生品味物理的和諧之美,讓學(xué)生領(lǐng)略奇妙的相對(duì)論世界

限于學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),本章節(jié)的很多內(nèi)容都是定性分析,但是推理的嚴(yán)謹(jǐn)程度沒(méi)有絲毫的弱化,如“時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證”中提到的“μ子壽命的檢驗(yàn)”.教科書(shū)以相對(duì)論基本原理和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),經(jīng)過(guò)邏輯推理演繹,讓學(xué)生理解和發(fā)現(xiàn),進(jìn)而得到那些如此簡(jiǎn)潔、和諧的神奇結(jié)論,并為實(shí)驗(yàn)觀測(cè)所證實(shí)是正確的.這些內(nèi)容都蘊(yùn)含著物理的美學(xué)思想.

物理學(xué)的理論具有抽象和概括的特點(diǎn),若不以美的眼光看待它,給人的感覺(jué)將是枯燥和艱澀.物理學(xué)的美是潛在的,只要引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)它,這種潛在的美就會(huì)變成一種實(shí)踐力量被運(yùn)用到學(xué)習(xí)當(dāng)中,物理學(xué)習(xí)也就變成了審美活動(dòng),學(xué)生將發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)物理是一種美的享受和對(duì)美的追求.

此外,畏難心理會(huì)讓學(xué)生對(duì)疑難問(wèn)題產(chǎn)生排斥情緒,故此很有必要適當(dāng)拓展,增加一些能夠激發(fā)學(xué)生興趣的內(nèi)容.

在相對(duì)論發(fā)展過(guò)程中,曾經(jīng)有過(guò)很多針對(duì)佯謬的討論,諸如“雙生子佯謬”、“殺父佯謬”等等,這些都有很強(qiáng)的趣味性.此外,時(shí)空旅行也是容易引起學(xué)生共鳴的話(huà)題.教師引導(dǎo)學(xué)生去探討這些問(wèn)題的目的不在于討論清楚每一個(gè)問(wèn)題,而在于給學(xué)生展示一個(gè)更為奇妙的物理世界,促使他們向更為深入的領(lǐng)域自主探究.

綜上所述,本章內(nèi)容的重心,在于方法論的學(xué)習(xí),在于思維能力的訓(xùn)練,在于學(xué)習(xí)興趣的激發(fā).盡管在這過(guò)程中,師生都需要付出更多的艱辛,但當(dāng)理清思路后,大家都會(huì)發(fā)現(xiàn)收獲頗多.正所謂“曲徑通幽處,禪房花木深”.

(責(zé)任編輯:易志毅)