◎張潔 魏俊梟

在新的標準中提出了物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任為物理學科核心素養(yǎng)。在物理教學中采用多種教學方式，激發(fā)學生獨立思考和創(chuàng)新的意識，切實提高教學質量。要讓學生經(jīng)歷感受、理解知識產(chǎn)生和發(fā)展的過程，培養(yǎng)學生的科學精神和思維創(chuàng)新習慣，重視提高學生收集處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達能力及團結協(xié)作和社會活動的能力。

物理學是研究自然界物質運動的一般規(guī)律和物質基本結構的科學，物理學中包含了豐富的哲學思想和科學方法，最能體現(xiàn)出對客觀世界的科學態(tài)度，也最能影響學生的思想品質、心理素質、良好個性。在物理學中起重要作用的物理公式，它的內容含蓋了重要的物理概念、基本原理。它使物理學成為結構嚴謹，可測性強的實用科學，它與數(shù)學知識的結合，對探索物理世界提供了廣闊的天地，所以，物理公式的教學也自然成為了物理學中的重中之重，深入發(fā)掘物理公式中的科學內涵，將成為提升學生的科學思維素養(yǎng)的重要途徑。

一、構建物理模型，體悟公式適用條件

物理公式是物理規(guī)律的簡潔表達形式，而物理規(guī)律的建立并不是針對一個實際問題，而是從實際問題中所抽象出來的物理模型。而在我們以往的教學中往往只注重公式本身的應用，而忽略了公式本身所適用的條件，導致學生對物理學習的認識就只有物理公式。因此在教學中應讓學生經(jīng)歷模型的構建過程，體悟公式的適用條件，以效提升學生科學思維素養(yǎng)。

例如，在學習理想變壓器規(guī)律U1/U2＝n1/n2時，不急于通過變壓器研究電壓和匝數(shù)的關系，而是現(xiàn)建立理想變壓器模型。

演示一：如圖所示，將變壓器的兩個線圈并排放置，觀察小燈泡亮度。

提出問題：不改變輸入電壓，怎么能讓燈泡更亮？

演示二：如圖所示，將變壓器的兩個線圈并排放置，觀察小燈泡亮度。

提出問題：不改變輸入電壓，能否讓燈泡更亮？

演示三：如圖所示，將變壓器的兩個線圈并排放置，觀察小燈泡亮度。

這樣逐步分析，建立理想變壓器模型，再進一步研究電壓與匝數(shù)的關系，體悟公式適用條件為理想變壓器。

二、經(jīng)歷公式形成，體驗科學推理

物理學作為自然科學的一門基礎理論，不僅在于它擁有廣闊的自然科學基礎知識，更重要的是它擁有豐富的科學方法?？茖W方法是人在認識和改造世界的實踐活動中總結出來的正確的思維方式和行為方式，掌握科學方法，并把它遷移到實際工作中解決具體問題，更使人終身受益。

物理公式確定了物理量間的定量關系。內容涉及到物理概念、規(guī)律以及物理的理論是表達物理內涵與聯(lián)系的最簡潔最有用的一種公式。物理公式的建立過程也和物理概念、規(guī)律形式過程一樣，都是人類寶貴的財富。都是通過觀察自然現(xiàn)象，以及典型的生活實例為基礎，提出研究的問題，設計針對性的實驗，再進行有控觀察，在觀察和實驗的基礎上進行科學假設，通過比較分析、綜合歸納，最終抽象出事物的本質屬性，以及各物理量間的本質聯(lián)系，用簡潔的科學語言——公式或方程表達出來。這就是物理公式形成過程的一般方式。例如“電場強度”的定義公式的建立過程。第一階段：通過現(xiàn)象觀察，提出研究問題，人們發(fā)現(xiàn)帶電的物體在電場中會受到電場力的作用，并且電場力F與電荷的電量q及電場中所在的位置有關。第二階段：有目的地進行實驗，作定量研究階段，在靜電場中某一位置放入試探電荷q1受到地電場力為F1；把q1移去，在該位置放入試探電荷q2受到的電場力為F2；不難發(fā)現(xiàn)，，于是在靜電場中某一點電荷所受電場力F與電荷量q的比值是一個定值。第三階段，由前兩個階段的研究表明，靜電場中某一位置存在一個能顯示電場力的屬性。這種屬性既能體現(xiàn)電場中同一位置電場力與電量的比值相同的特點，也能體現(xiàn)電場中不同位置電場力與電量比值不同的特點。抽象出電場強度的定義式。概而言之，從概念及物理公式的形成過程中突出表現(xiàn)了以下方法：

三、理解公式本質，提升分析能力

物理公式作為物理概念、物理規(guī)律的一種重要表現(xiàn)形式，在物理學中占有相當重要的地位，是其他表達形式（如文字表達，圖像等）不能代替的。正因為如此深刻理解物理公式是解決實際問題的關鍵，是應用數(shù)學知識于物理公式的基礎，同時也是提升學生分析能力的一種重要途徑。

首先，要能正確區(qū)分物理公式中物理量的可變性與不變性。所謂可變性，指某物理量的本質屬性是構成物理量的因素發(fā)生變化而引起的變化，如電阻定律中，導體的電阻由導體的長度L，橫截面積S及導體的電阻率ρ這三個因素決定，當其中的某個因素發(fā)生變化時，都會導致電阻R的變化。所謂不變性，指因存在某種性質而體現(xiàn)出的對有關方面進行限制，當被限制的方面變化時并不會改變該物理量的本質屬性。如對歐姆定律的變形式，是由于導體已經(jīng)存在電阻這種屬性而導致導體兩端加上電壓U時，電阻R對電流強度I的值進行限制，但U、I的變化并不能引起R的變化（忽略溫度變化對電阻的影響）。通常把前者稱為決定式，后者稱為量值式，正確理解不變性是靈活應用可變性的前提和基礎，只有把握好物理公式的可變性與不變性，才能更好地理解物理公式，提高學生的分析能力。以下是高中物理中常見的物理公式的量值式和決定式。

物理量 量值式 決定式加速度a a＝vt-v0 t a＝F合m電場強度E E＝ F q E＝kQ r 2（真空中點電荷產(chǎn)生的電場）電勢差Uab Uab＝Wab q Uab＝Ed（勻強電場中的電勢差）電容器的電容C C＝Q U C＝ εS 4πkd（平行板電容器的電容）電阻R R＝ U I R＝ρL S

其次，物理公式有絕對性和相對性，物理公式的內容涉及到物理概念和規(guī)律，而物理概念反映了物理現(xiàn)象的本質屬性，物理規(guī)律反映了物理量在靜態(tài)或動態(tài)過程中最普遍的相對關系，無論是物理概念和本質屬性還是物理量之間的聯(lián)系，都是客觀存在的，不以人的意志為轉移的。從這個意義上來說，物理公式有其絕對性。另一方面，由于人們觀察的現(xiàn)象是有限的，實驗過程是其一側面的，在思維加工上往往用理想化模型和理想化過程，因而得出的結論也只是在某一確定的條件下成立，這就導致了物理公式有一定的局限性，即在相對的時空下成立，這就是物理公式的局限性。如單擺的周期公式反映了單擺周期T、擺長l及當?shù)氐闹亓铀俣萭的必然聯(lián)系，這是內容上的絕對性，而單擺周期公式是在忽略空氣阻力和擺長形變的條件下推導出來的，與實際的單擺周期相比有一定的差異，僅對單擺模型適用，這是它的相對性。通過對物理公式的絕對性與相對性的認識，加深學生對物理公式的客觀性理解，提高學生的分析水平和能力。

四、應用物理公式，提升創(chuàng)新質疑能力

在正確理解公式的前提下，運用公式解決實際問題不僅可以加深學生對物理公式的理解，同時在應用的過程中進一步提升學生的創(chuàng)新質疑能力。

在應用公式計算結果的分析論證，判斷結論是否與實際相符合，提升學生質疑能力。在次過程中養(yǎng)成實事求是、一絲不茍、嚴肅認真的科學態(tài)度。在直線運動當中經(jīng)常會遇到這樣一類問題：

某水電站，用總電阻為2.5Ω的輸電線輸電給500km外的用戶，其輸出電功率是3×106kW?，F(xiàn)用500kV電壓輸電，則下列說法正確的是（ ）

A.輸電線上輸送的電流大小為2×105A

B.輸電線上由電阻造成的損失電壓為15kV

C.若改用5kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9108kW

D.輸電線上損失的功率為P＝U2/r，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻

在教學中，經(jīng)常自覺地分析驗證結論是否于實際符合，提升學生質疑能力，并創(chuàng)造實踐機會，讓學生去體驗理論和實踐相結合的必要性和必然性，自覺地運用理論去指導實踐，避免實踐的盲目性；用實踐去豐富理論，在實踐中檢驗理論，從而去完善理論。

總之，深入挖掘物理公式教育學生功能，重視對科學方法的運用，通過模型構建，加深對物理公式適用條件的認識，通過推理論證，領悟物理公式內涵，提升學生的科學思維素養(yǎng)。