楊翠云

（桂林師范高等?？茖W校物理與工程技術系,廣西桂林 541001）

實驗教學在物理正負號教學中的作用

楊翠云

（桂林師范高等?？茖W校物理與工程技術系,廣西桂林 541001）

物理學中使用了很多需要使用正負號的物理量，在高職高專層次教學中，不少學生對正負號的使用感到困難，文章以光學課程中正負號的使用為例，介紹理論教學輔以實驗教學可以消除學生在使用正負號時模糊不清的做法，從而幫助他們建立正確使用正負號的信心和方法。

物理；正負號；實驗教學

正負號在物理學中具有非常的意義，遠比數(shù)學中表示正數(shù)和負數(shù)要復雜。物理量有矢量和標量，但不管是矢量還是標量，都廣泛使用正負號表示物理量所處的兩種具有相反（或?qū)αⅲ┮饬x的狀態(tài)、過程或物理量變化的方向等。如，在研究物體沿直線運動情況下，正負號可以表示位移，速度，加速度的方向；在研究電路時，正負號可以表示電流的兩種流向，電勢的升高和降低；在研究功和能時，正負號可以表示力作了正功還是負功，系統(tǒng)的能量是增加還是減少；正負號還表示帶電體不同的帶電狀態(tài)等等?？梢?，學會正確使用正負號，對物理概念和物理規(guī)律的掌握有非常重要的作用，同時也關乎學生能否正確解答物理習題。關于正負號的意義和使用已經(jīng)引起很多中學物理教師和大學物理教師的高度關注。[1-7]大部分教師關注了物理量正負號的意義和分類，以及在解答物理題時如何正確使用正負號，他們的教學也幾乎圍繞這些方面展開，如陳永平在文獻[5]中明確提出“正負號使用從正負號的意義、正負號的表達式和正負號的運用三個方面進行教學是有效的”。但是從實驗教學進行正負號的教學，未見有學者提及。因此，本文從正負號的實驗教學入手，嘗試從實驗的角度解決教學過程中“物理量的正負號”這一教學難點。

要掌握正負號的用法，對于基礎好的學生，不是困難的事情，但是對于處于高職高專層次的學生，盡管老師做了很多的示范，講了很多的例子，他們還是感覺很難。對于這部分學生，采用常規(guī)的課堂教學，收效甚微。由于高職院校的學生大部分理科基礎相對薄弱，如何讓他們掌握正負號的使用方法，是很多高職院校物理教師關注的話題。本文以光學課程為例提出采用實驗教學解決這一問題。學生通過在實驗室里做實驗，親自測量實驗數(shù)據(jù)，計算數(shù)據(jù)，體會到如果沒有給數(shù)據(jù)加上正確的正負號，計算結(jié)果與實際值根本不吻合，從而迫使他們給數(shù)據(jù)加上正負號。通過這樣的練習，使學生建立正確的正負號的概念，加深他們對正負號的理解，從而真正體會到給物理量規(guī)定正負的原則和方法和使用正負號的重要性。

一、使用正負號的條件

學生最早見到正負號是在數(shù)學課中介紹正數(shù)，負數(shù)時，認識到數(shù)有正，有負，正和負的分界點是零，數(shù)軸上正數(shù)和負數(shù)分居在零的兩側(cè)，他們具有對立或相反的性質(zhì)。在物理學里有很多物理量也具有對立的性質(zhì)或處于相反的兩種狀態(tài)，因此物理學中同樣是采用正負號標識物理量所處的兩種狀態(tài)。例如外力對系統(tǒng)做功，有正功和負功，對應的系統(tǒng)能量變化是相反的，外力做了正功表示系統(tǒng)能量的增加，外力做了負功表示系統(tǒng)能量的減少。

幾何光學里同樣有不少具有相反狀態(tài)的物理量，為使用正負號提供了很多“機會”。這樣的物理量有：橫向放大率，正負對應像的實和虛，正立和倒立，像方焦距正負對應凸透鏡和凹透鏡，曲率半徑正負對應凸球面和凹球面，物距和像距正負對應物或像是在光學系統(tǒng)的前方或后方（從光的行進方向看），角度正負對應的是從法線或主光軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)和順時針方向旋轉(zhuǎn)所成的角等。幾何光學里的公式各物理量都為代數(shù)量，因此在幾何光學里只有正確地使用正負號才能很好地理解光學系統(tǒng)的成像性質(zhì)和進行正確計算。

二、理論課和實驗課融合

目前高職類院校的實踐課時幾乎占到了全部課時的一半，學校很注重學生在實踐中通過動手操作，掌握今后工作中的必要的工作技能，強調(diào)理論知識夠用就好，所以作為教師要充分發(fā)揮實踐教學的優(yōu)勢。由于各高校理論課采用的教學法多為講授法，雖然教師花了不少的時間和精力做了大量的多媒體課件來輔助教學，希望學生對關鍵的物理知識能夠正確理解和掌握，但往往事與愿違，學生聽課的效率不高，即使再同時輔以相應的課堂練習，希望他們能夠鞏固提高，發(fā)現(xiàn)仍然效果不好。理論教學提不起學生的興趣，那就轉(zhuǎn)到實驗實訓教學，從實驗實訓教學中找到解決問題的突破口。雖然實踐課提倡的是學生的動手能力，把理論知識轉(zhuǎn)化為實踐的能力，但它反過來也會促進對理論的理解以及對理論學習提出更高的要求。下面以我校綜合理科的學生為例，談談實踐教學中如何實施正負號的教學。

14級綜合理科是我?；瘜W與藥學系的一個班，在大學二年級下學期時開設有基礎物理和基礎物理實驗課，這樣的課程設置使得實驗和理論課可以在同一學期進行，為理論課和實驗課教學可以互為補充提供了條件。

在該班的實驗課教學中，開設了測量薄透鏡的焦距這一基礎性實驗。薄透鏡是光學儀器中的基本元件，分為凸透鏡和凹透鏡兩種。透鏡的一個主要參數(shù)是焦距，常用的測量方法就有三種。在實驗里，要求學生使用以下兩種方法測量凸透鏡的焦距。[8]

方法1：物距，像距法

通過測量凸透鏡成像時的物距S和像距S'，如圖1，根據(jù)高斯公式

算出焦距。該公式使用的符號法則規(guī)定為：距離從透鏡光心量起，與光線行進方向一致時取正，反之取負。如圖1，S取負，S'取正，凸透鏡的像方聚焦取正，凹透鏡的像方焦距取負。

圖1 物距、像距法測凸透鏡的焦距

圖2 兩次成像法測凸透鏡的焦距

方法2：兩次成像法，如圖2。物和像屏（白屏）之間的距離D滿足D＞4f＇，并保持不變。凸透鏡置于物和白屏之間，移動透鏡可以得到兩次清晰的像——放大倒立實像和縮小倒立實像。分別記錄兩次成像時凸透鏡所在的位置1和位置2，測出凸透鏡兩次的位置之間的d以及物和白屏之間的距離D，就可以根據(jù)式（2）算出焦距f。

本實驗要求學生使用兩種方法測量同一凸透鏡的焦距。

在實驗課上，可以發(fā)現(xiàn)同學們在做實驗時都可以找得到凸透鏡成的倒立的實像，正確測量物體到凸透鏡的距離以及像到凸透鏡的距離，把它正確填入數(shù)據(jù)表。大部分同學，根據(jù)方法1測量，算出的凸透鏡的像方焦距為25.70厘米，根據(jù)方法2測量，算出凸透鏡的像方焦距為9.70厘米，結(jié)果差距很大。老師在檢查數(shù)據(jù)時通過檢查他們的計算過程，發(fā)現(xiàn)這部分同學都未能正確使用符號法則。這時老師再對符號法則進行詳細的講解，讓他們重新計算，就會得到與方法2相符合的結(jié)果。經(jīng)過這樣的學習過程，學生對正負號的使用就有親身的體驗，知道某些物理量是要代入正負號的，否則會導致錯誤的計算結(jié)果，這樣就加深了他們對正負號的感性認識，知道正負號在計算時一定要根據(jù)規(guī)則來寫。當學生在光學課上學習幾何光學時，再講到符號法則時，同學們已經(jīng)在實驗課中學習過，因此很快就能夠正確的在物理量前加上正確的正負號進行計算。課程結(jié)束時，在期末考試試卷我用了一題幾何光學題，計算過程中學生用對符號才可以算出正確的答案，結(jié)果這道題得分率相當高，說明大部分同學已經(jīng)掌握了光學中正負號的使用方法。

而作為對照的班級，物理教育專業(yè)的學生，光學課程和光學實驗是分別在不同的學期開設，即先開設理論課，再開設實驗課，雖然在上課時強調(diào)關于正負號的符號法則，但是不少同學仍然是忽視正號和負號的存在，不能正確使用正負號代入公式進行計算，這可能與學生在中學的習慣有關，也可能與學生在大學里對學業(yè)要求不高，學習積極性降低有關。因此在期末考試試卷上也有一道幾何光學題，但是他們的得分明顯沒有綜合理科班好。

三、結(jié)論

關于物理量正負號的教學一直是物理教學中的一個難點，正負號的含義是正確掌握物理知識、定律的基礎，有助于學生進一步理解物理概念和物理規(guī)律。在教學過程中，教師常發(fā)現(xiàn)不少學生存在“到底該用正號還是負號才會使計算結(jié)果正確”這類問題，作為教師大多數(shù)情況都是分析物理量的含義，正負號的意義，用法，及在例題中演示如何正確使用正負號進行計算，希望學生能夠掌握正負號的意義和使用法則，但由于這些操作都是學生和老師在理論課上完成，學生缺少直觀的認識，在部分學生中的教學效果不是很好。而本文嘗試用實驗教學來解決這一問題，收效明顯。通過在實踐中學習，學生不但學會了正確使用正負號，還學會了正確的實驗方法，提高了學生的動手能力和觀察能力，這樣的教學也符合高職高專院校實訓實踐課占到總教學學時接近一半的實際，充分發(fā)揮了教學優(yōu)勢。因此該教學方法有一定的借鑒意義。

[1]林中鋒.高中物理矢量和標量中的正負號含義[J].科技風, 2013（12）：96-97.

[2]李霞.試論物理學中正負號的含義及其處理[J].伊犁師范學院學報,2006（9）：61-62.

[3]王述發(fā).高中物理中的正負號問題[J].新課程學習(中), 2011（11）：97.

[4]張耀建.物理教學中物理量正負號的分類淺析[J].數(shù)理化解題研究(高中版),2013（1）：44.

[5]陳永平.高中物理正負號使用的教學實踐[J].中小學電教(下),2010（7）：92.

[6]馬鳳歧.正確認識中學物理中的正、負號[J].教師,2010（3）：118.

[7]馮艷.物理量的正負號及其處理方法[J].中學生數(shù)理化(教與學),2013（8）：77.

[8]覃以威主編.大學物理實驗(Ⅰ)[M].桂林:廣西師范大學出版社,2010.

The Role of Experimental Teaching in Positive and Negative Signs Teaching in Physics

Yang Cuiyun
(Department of Physics and Engineering Technology,Guilin Normal College,Guilin,Guangxi 541001,China)

Positive and negative signs are to be used in physical quantities.In vocational colleges,however,many students feel it difficult to use the positive and negative signs properly.In this paper,a method is introduced to solve this problem,that is,experimental teaching, which is used as an supplementary to theoretical teaching in the practice of positive and negative signs teaching in optics course,and it shows that this method can eliminate effectively the confusion of students in the practice of positive and negative signs,and help students to establish confidence in using them correctly.

physics;positive and negative signs;experimental teaching

041

A

1001-7070（2016）06-0120-03

（責任編輯：楊建香）

2016-09-25

桂林師范高等?？茖W校光學精品課程（項目編號:XJJP201409）。

楊翠云（1972-）,女,廣西桂林人,桂林師范高等?？茖W校物理與工程技術系講師,主要從事物理教學和理論物理的研究。