在普通大眾心目中,對高中物理學習形成了一些“偏見”。例如物理學得好的學生數(shù)學一定學得好,但數(shù)學好的物理不一定好。高中物理是最難學的一門課,物理學習男生要好于女生,學物理對智力水平要求高,等等?,F(xiàn)行人教版教材把“運動學”放到高中物理的最前面,意圖或許是為了降低學習的難度,讓高一學生更好地適應高中物理的學習,但“難學”的問題依然十分嚴重。筆者以為,我們應當從一線教學實踐出發(fā)分析物理“難學”的原因,進而找到對應的解決辦法。
在筆者看來,高中物理的學習對學生來說是有很大的挑戰(zhàn)的,學習難度不可避免地客觀存在。從客觀上來說主要因素有,初、高中學習內(nèi)容跨度大,高中對學生的學習要求明顯提高,對學生的建模能力、理解能力、分析能力、解決實際問題的能力要求與初中相比顯著提高。從主觀上來說也有高中要分科,部分學生缺少學習熱情,學生過早地放棄物理學習等原因。由此梳理造成困難的內(nèi)在原因,依據(jù)學生的身心發(fā)展規(guī)律及認知規(guī)律,采取科學的應對策略可以有效降低學習的難度,提振學生學習物理的熱情,從而改變學生對物理學科學習的態(tài)度,讓更多的學生樹立“盡管物理有難度但我仍然喜歡,我會自覺地努力學習物理”的觀念。以下結(jié)合物理必修一第一章“運動的描述”做具體剖析。
初中學習中已經(jīng)涉及的不少物理思想方法,到高中階段有了更高的要求,使得部分學生覺得難以掌握。我們以“理想模型”為例。將具體復雜問題簡單化,摒棄次要條件,抓住主要因素,對實際問題進行理想化處理,構(gòu)建理想化的物理模型,這是一種重要的物理思想。初中階段的“光線”,就是一種理想模型。高中階段對理想模型要求更高,對理想模型有了抽象表達,這種表達對學生極具挑戰(zhàn)性。在建立起理想模型的基礎上,有時為了更加形象地描述所要研究的物理現(xiàn)象、物理問題,還需要引入一些虛擬的內(nèi)容,借此來形象、直觀地表述物理情景。什么是次要條件、主要因素?對實際問題為什么能進行理想化處理?這些對高一學生來說都是極具難度的。
高中生最先遇到的物理理想模型是“質(zhì)點”。學生對簡單具體的問題還可以進行正確的判斷,但對于諸如“平動的汽車能否看成質(zhì)點”等與實際結(jié)合的問題或間接表達的問題,學生卻難以把握。為幫助學生克服這一難點,教師一方面要對比初、高中階段對同一思想方法的不同要求,另一方面則要將學術表達轉(zhuǎn)化為易于學生理解的表達,要引導學生從概念的定義和法則出發(fā),去進行具體問題的具體分析。
相較于初中物理,高中階段的物理增加了不少新的思想方法,重點有“微元法”和“極限思想”等。
“微元法”是指在處理問題時,從對事物的極小部分(微元)分析入手,達到解決事物整體目的的方法。它在解決物理學問題時很常用,思想就是“化整為零”,先分析“微元”,再通過“微元”分析整體。把變化的物理量通過無限細分后,轉(zhuǎn)化為便于計算的恒量,從而解決問題。
“極限思想”是微積分的基本思想,數(shù)學分析中的一系列重要概念,如函數(shù)的連續(xù)性、導數(shù)以及定積分,等等,都是借助于極限來定義的。極限思想本是高等數(shù)學中的知識,在高中階段不可能也不需要把具體知識體系教給學生,但作為思想方法,它的重要性反而更高。雖然對問題的分析都是定性的,卻反映了思維的質(zhì)量和深度。在處理勻變速直線運動的位移、瞬時速度、變力做功等問題時都會涉及。
以“瞬時速度”學習為例,在測量瞬時速度時采取的策略是:用平均速度來代替瞬時速度,選擇研究點的前后相鄰點間的距離作為位移,時間則通過打點計時器來測量,前后相鄰點離研究點越近則平均速度越接近研究點的瞬時速度。筆者課后在與學生交流時多數(shù)學生表示:“由于計算平均速度研究的是過程,對應的是時間,瞬時速度對應的是時刻,心里總覺得平均速度跟瞬時速度總歸有一點差異,我只能當作結(jié)論來記住了?!庇纱丝磥韺W生還是沒有真正接受與理解這樣的實驗做法。為更好地幫助學生掌握瞬時速度的概念,教學時可以通過對一個具體問題進行深入研究,如對紙帶上某點瞬時速度測量,以此點為基點,從較大的相鄰兩點間距離開始,逐步減小兩點間的距離,通過測量、計算,把得到的速度和通過其他方法得到的瞬時速度進行比對,通過增強事實的直觀性提升說服力,強化學生對概念的認可度,也使得學生更加理解相關思想方法。
生活經(jīng)驗對學習有時具有負面的影響,例如亞里士多德關于重量和運動關系的描述來源于生活觀察,但它是不科學的,并且影響了人類兩千多年,直到伽利略出現(xiàn),他利用邏輯的力量推翻了這一錯誤認識。由此可見,生活經(jīng)驗對人類認識世界的影響之大。從初中到高中學生要經(jīng)歷從經(jīng)驗思維到科學思維的跨越。
初中物理的學習更多地停留在較為理想的情境,對問題的處理比較單一,思維的要求不高,再加上應試教育在一定程度上加劇了對物理現(xiàn)象的片面認識,形成了一些固化的經(jīng)驗認知,即物理“前概念”。生活經(jīng)驗及初中形成的思維對學習高一物理產(chǎn)生影響的典型“前概念”有:運動快就是速度大,負的速度比正的速度小,速度由增大變?yōu)闇p小方向變了;速度由正變?yōu)樨摚铀俣茸兞?;加速度為負,速度一定減??;第2秒末在時間軸上對應的是第3秒等。為解決這一問題,對教學概念的要求要發(fā)生變化:概念的定義是簡潔的,但學生對概念內(nèi)涵的理解應該是豐富的,對概念外延要認知清晰;要引導學生不僅關注常規(guī)性現(xiàn)象,還要關注非常規(guī)性現(xiàn)象并且進行比較,形成一個完整意義上的概念的理解。
初中生更多的是憑經(jīng)驗解題,進入高中一個階段學習強化后,學生又更傾向公式的邏輯推理,這也導致學生容易脫離生活實際去空想。這在解決相遇問題中特別明顯。因此教師要及時教會學生結(jié)合實際構(gòu)建運動情境,繪制運動過程的簡圖,描繪相關運動圖象,如v-t圖等。
曾有個典型的情境讓筆者觸動很深。在學習了“自由落體運動”后,筆者讓學生做了一道練習:甲、乙兩物體在同一地點分別從4h和h高處開始做自由落體運動,若甲的質(zhì)量是乙的4倍,則下列說法中正確的是( )
A.甲乙兩物體落地時速度相等;
B.落地時甲的速度是乙的兩倍;
C.甲乙兩物體同時落地;
D.甲在空中運動的時間是乙的兩倍
筆者以為此題很簡單,因而讓學生稍作思考后就進行回答。結(jié)果一名學生居然說答案是A,理由是后經(jīng)深入交流發(fā)現(xiàn),他沒有完全讀懂題目的意思,認為同一地點就是同一高度,然后就直接套用公式。
為更好地解決這一不足,我們在教學時要關注學生解題的量的同時還要關注質(zhì),更加強調(diào)學生解題過程中審題、表達、檢查等習慣的養(yǎng)成。
在高中物理學科的數(shù)形結(jié)合部分,學生多容易混淆圖象與圖形的區(qū)別。從計算機學來說,圖形是矢量文件,由一組組數(shù)據(jù)構(gòu)成,隨著圖象的放大縮小圖形不會變形或清晰度降低。而圖象是點陣圖,由像素填充。此外,圖形是指在一個二維空間中可以用輪廓劃分出若干的空間形狀,它是空間的一部分,不具有空間的延展性,是局限的、可識別的形狀。
我們要在教學中逐漸讓學生明晰,對物理學而言,當用精確的數(shù)學描述、表達物理概念的聯(lián)系時,物理圖象的構(gòu)建就開始了。要作出一個確定的物理圖象,需要得到相關的函數(shù)關系式。在把物理量之間的關系式轉(zhuǎn)化為圖象時,最重要的就是要明確公式中的哪個量是自變量,哪些是常量;關系式描述的是哪兩個物理量之間的函數(shù)關系,這兩個物理量就是物理圖象中的兩個坐標軸。只有從高一開始培養(yǎng)學生這樣的意識,才能使他們順利跨越對圖形圖象的模糊認識。
除了區(qū)分圖形與圖象,高中生在物理學習中還常對物理情境與圖象的轉(zhuǎn)化感到棘手。為此,教師有必要選取典型例題與習題,在每個單元的教學結(jié)束后有意識地進行講解與滲透。
結(jié)合物理要求,科學認識數(shù)學圖象的物理特定意義,能收到事半功倍的效果。為此在教學中,教師可以有針對性地向?qū)W生講解,以提升學生理解數(shù)學圖象的能力。筆者梳理出常見“點、線、面”的含義如下——
點:圖線上每一個點對應研究對象的一個狀態(tài)。
線:表示研究對象的變化過程和規(guī)律。物理學圖象中的“斜率”(注意與數(shù)學上斜率的區(qū)別)在直線中表示橫、縱坐標上兩物理量的比值,在曲線中表示該點橫、縱坐標微小變化量的比值。一個物理量與“斜率”對應,用于求解定量計算中對應物理量的大小或定性分析變化的規(guī)律。如在線性變化圖象中,x-t圖象的“斜率”表示速度大小,v-t圖象的“斜率”表示加速度大小。
面:在物理圖象中,“面積”的意義可以分為兩大類。一類是圖線與坐標軸所圍的“面積”,它表示相關的過程,如v-t圖象中,圖線與坐標軸所圍“面積”表示位移;a-t圖象中,圖線與坐標軸所圍“面積”表示速度的變化;F-t圖象中,圖線與坐標軸所圍“面積”表示力F的沖量;I-t圖象中,圖線與坐標軸所圍“面積”表示流過導體的電荷量等。另一類是圖線上某一點的坐標與坐標軸所圍的“面積”表示相關的狀態(tài)量,如U-I圖象中,圖線上任一點到坐標軸的垂線與坐標軸所圍的“面積”等于對應狀態(tài)的電功率。
綜上,學生感到高中物理“難學”有其客觀原因,教師應“對癥下藥”,讓學生逐漸地沖破“難學”的道道關卡,從而更好地完成高中物理的學習。