淺談在中學(xué)物理教學(xué)中科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)

1、 物理教學(xué)的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、邏輯性淺談在中學(xué)物理教學(xué)中科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng) 畢傳平在平時的聽課學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)，有很多教師甚至包括一些老教師，對物理教學(xué)的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、邏輯性不甚了解，或者是要求不夠嚴(yán)格，導(dǎo)致在教學(xué)中出現(xiàn)很多問題，如出現(xiàn)科學(xué)性錯誤、結(jié)論表述不夠嚴(yán)謹(jǐn)、過程分析思維混亂沒有邏輯性，學(xué)生越聽越亂，學(xué)習(xí)教學(xué)效率低下，長此以往導(dǎo)致學(xué)生養(yǎng)成脫離實(shí)際、浮躁不求甚解、生搬硬套的習(xí)慣，這對學(xué)生畢業(yè)以后走上工作崗位解決實(shí)際問題也是非常不利的、對學(xué)生的終生發(fā)展也是不利的。如果大多數(shù)教師在平時教學(xué)中不能認(rèn)真鉆研教材、認(rèn)真?zhèn)湔n、提供科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)邏輯性強(qiáng)的優(yōu)化方案，除了對學(xué)生個人的發(fā)展不利，也將影響整個國家的發(fā)展。因?yàn)?/p>

2、中學(xué)物理學(xué)科的特點(diǎn)，作為我們物理教師培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的責(zé)任尤其重大，我們應(yīng)當(dāng)擔(dān)當(dāng)起這個責(zé)任。下面就分別闡述物理教學(xué)的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、邏輯性，并結(jié)合具體事例分析。一、科學(xué)性是指表述的內(nèi)容是否符合客觀實(shí)際，是否反映出事物的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律，即概念、定義、論點(diǎn)是否正確，論據(jù)是否充分，實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否可靠等。物理學(xué)是一門自然科學(xué)，在進(jìn)行中學(xué)物理教學(xué)時，首先應(yīng)當(dāng)注重教學(xué)的科學(xué)性。無論是對物理現(xiàn)象、物理概念和物理規(guī)律的描述與表達(dá)，還是實(shí)驗(yàn)與習(xí)題的內(nèi)容、數(shù)據(jù)等，都應(yīng)當(dāng)正確無誤符合科學(xué)性。當(dāng)然,不是說要一次就把某個問題講深、講透、講全,而是要求不論在內(nèi)容上和方法中都不應(yīng)有科學(xué)性的錯誤。關(guān)于物理教

3、學(xué)中的科學(xué)性典型錯誤有很多，下面所舉的例題都很簡單但又是不經(jīng)意間常犯的錯誤?！纠?】、在一次公開課上，有一位老師分析下例：如圖1所示，在光滑的絕緣水平面上固定兩個同種正電荷P、Q，在PQ連線上的M點(diǎn)，由靜止釋放一帶正電滑塊，則滑塊由靜止開始一直向右運(yùn)動到PQ連線上的N點(diǎn)時速度為零。關(guān)于此過程中下列說法正確的是（ ）A滑塊受到的電場力一定是先減小后增大圖1PMQNB滑塊的電勢能一直減小CPM間距一定小于QN間距D滑塊此后將在MN間做往復(fù)簡諧運(yùn)動分析：根據(jù)等量同種電荷電場線的分布規(guī)律，可知在PQ連線的中點(diǎn)處場強(qiáng)為零，從P、Q到中點(diǎn)場強(qiáng)逐漸減小，故選項A正確；滑塊電勢能變化由電場力做功決定，可知選項

4、B錯誤；由滑塊的受力可知：滑塊先做加速度減小的加速運(yùn)動，到MN中點(diǎn)時加速度為零，速度最大，然后向右做加速度增大的減速運(yùn)動，到N點(diǎn)速度為零、加速度向左最大，再返回做對稱的運(yùn)動，因此可作出滑塊的速度時間圖像如圖2所示，與彈簧振子的運(yùn)動情況完全相似，所以滑塊也做簡諧運(yùn)動，如取MN連線中點(diǎn)為平衡位置O、向右為位移正方向，可作出滑塊的位移時間圖像如圖3所示。故選項AD正確。T圖2votT圖3xotA-A 【問題提出】物體是否做簡諧運(yùn)動如何判斷？能否象上題一樣通過圖像定性分析確定?【問題研究】根據(jù)簡諧運(yùn)動定義，如果物體做簡諧運(yùn)動，則其回復(fù)力和振動位移應(yīng)滿足下列兩個方程：F回= Kx；x=Asin(t+0)

5、證法一：對上題小滑塊受力分析可知，如其偏離平衡位置O正向位移為x，且令OP=OQ=L，正電荷P、Q帶電量為Q，滑塊帶電量為q ，則其回復(fù)力大小為：，所以小滑塊所受回復(fù)力大小與振動位移大小不成正比，故小滑塊不是做簡諧運(yùn)動。證法二： 先假設(shè)小滑塊是做簡諧運(yùn)動，則其振動位移應(yīng)滿足下式：，測量幾組數(shù)據(jù)代入上式，可以發(fā)現(xiàn)與上式不符，故小滑塊不是做簡諧運(yùn)動?！締栴}解決】物體是否做簡諧運(yùn)動的正確判斷方法是：用公式F回= Kx或x=Asin(t+0)定量計算證明，而不能通過定性分析后就想當(dāng)然的判斷，否則這種不求甚解的做法將會給學(xué)生的終身發(fā)展帶來不良影響。又如一位老師在講簡諧運(yùn)動中的能量隨時間變化的規(guī)律時，把能

6、量隨時間變化的圖像想當(dāng)然地畫成如圖4、圖5中虛線所示的，由一半一半的正弦圖像組成。T圖5xotEKT圖4xotEP事實(shí)上根據(jù)勢能和動能公式： ； ，可作出正確的E t圖像如圖6、圖7中虛線所示，其變化周期為振動位移周期的一半，雖然圖像也和正弦圖像相似，但實(shí)際并不是正弦圖像。T圖6xotEPT圖7xotEK當(dāng)然關(guān)于簡諧運(yùn)動動能和勢能的公式與圖像，對學(xué)生沒有必要講清楚，但是作為授課教師自已必須搞清楚，這樣才能更好地進(jìn)行物理教學(xué)。二、嚴(yán)謹(jǐn)性是物理教學(xué)的又一特點(diǎn)。它要求物理結(jié)論的敘述必須精練、準(zhǔn)確，而對結(jié)論的推理論證和系統(tǒng)安排都要求既嚴(yán)格，又周密。不過，對這些現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)有一個正確的分析。一方面應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到

7、，由于年齡特點(diǎn)，學(xué)生對嚴(yán)謹(jǐn)性要求確實(shí)有不適應(yīng)之處，而另一方面也必須看到，出現(xiàn)這些現(xiàn)象往往是教師教學(xué)中缺乏基本訓(xùn)練的結(jié)果。由于傳統(tǒng)的教材和教法側(cè)重于機(jī)械記憶加模仿，學(xué)生當(dāng)然會養(yǎng)成不求甚解、不問原由的習(xí)慣。大量實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過一定的訓(xùn)練以后，學(xué)生對嚴(yán)謹(jǐn)性的要求，是可以逐步適應(yīng)的。并且倘若要求合理，教法得當(dāng)，適應(yīng)過程可以大大縮短。如果不注意物理教學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性必然帶來科學(xué)性錯誤。請看下例分析：【例2】、如圖甲所示，一物塊放在粗糙斜面上，在平行斜面向上的外力F作用下斜面和物塊始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)F按圖乙所示規(guī)律變化時，物塊與斜面間的摩擦力大小變化規(guī)律可能是下圖中的  （）【分析比對】：甲老師作如下

8、分析：設(shè)F最大值為F0 則有:tFfO圖Emgsin（1）若F0 =，則t=0時Ff =0，（能抓住臨界點(diǎn)分析思路比較清晰。）在F從開始逐漸減小到零的過程，根據(jù)平衡方程F +Ff =得Ff 從零逐漸增加到后保持不變。所以摩擦力隨時間變化的圖像為“D”圖。tFfO圖G（2）若F0 ，則t=0時Ff = -F0，同上分析得摩擦力隨時間變化的圖像為“E”圖。（3）若F0 ，則t=0時Ff方向沿斜面向下，大小Ff = F0 -，在F從F0 開始逐漸減小到過程，根據(jù)平衡方程F =Ff +得：Ff 從(F0 -)逐漸減小到零。所以摩擦力隨時間變化的圖像為“G”圖。通過以上方分析本題只有“D”圖正確。tFf

9、O圖H乙老師其它分析和甲老師基本相同，但是在（3）中乙老師強(qiáng)調(diào)習(xí)題要求分析的是摩擦力大小隨時間變化的規(guī)律，所以應(yīng)將“G”圖變?yōu)椤癏”圖，由于一個學(xué)生提出F0 與的大小關(guān)系不確定，如F0 可能等于、也可能等于、，導(dǎo)致則t=0時Ff可能大于、可能等于、也可能小于，所以老師又把“H”圖變?yōu)椤癕”圖.丙老師其它分析和乙老師基本相同，但是在（3）中丙老師認(rèn)為摩擦力大小隨時間變化的規(guī)律的圖像為“N”圖。tFfO圖MmgsintFfO圖NmgsintFfO圖Pmgsin【點(diǎn)評】：從以上幾位老師的分析中我們可以看出，一些老師的物理教學(xué)是多么的隨意，多么的不嚴(yán)謹(jǐn)，帶來的后果是多么的嚴(yán)峻。其中甲老師畫的 “G”

10、圖不能正確反映摩擦力大小隨時間變化；乙老師畫的 “M” 圖把定值變?yōu)榭勺?；丙老師畫?“N” 圖又改變了Ft圖的斜率。這些都是犯了科學(xué)性錯誤的。實(shí)際上在F0 條件下摩擦力大小隨時間變化的正確圖像應(yīng)該是“P”圖。三、在物理教學(xué)中只注意科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)還不夠，還要發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力，這也是物理高考要求的能力之一。邏輯性思維是指在感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，運(yùn)用概念、判斷、推理等形式對客觀世界間接的、概括的反映?？茖W(xué)抽象、比較、分類和類比、分析和綜合、歸納和演繹。是最常見的一種科學(xué)方法。而邏輯性，就是從定義概念，到作出判斷，到推理出一結(jié)論的過程，整個過程像一條線，就是我們說所的條理。每

11、個人說話時都必須有邏輯性。說話有邏輯性，也是說話有條理，接收者才能很清晰的提煉出你所要傳達(dá)的幾點(diǎn)意思，便于交流，又不會產(chǎn)生誤解。物理教材中許多表達(dá)物理概念、定理、定律等的語言邏輯性都是很強(qiáng)的，常常是少一個字不行，多一個不好，前后顛倒也不行。例如光的反射定律中“反射光線在入射光線和法線所決定的平面內(nèi)；反射光線和入射光線在法線的兩側(cè)；反射角等于入射角?！?就不能將“所”漏掉，也無須在“平面”之前加什么修飾，不能把“反射光線”和“入射光線”位置互換，更不能說“入射角等于反射角”，特別是反射定律三句話的順序更不能亂，這是因?yàn)榈谝痪湓挻_定了“反射光線”在無限大空間里的哪一個平面內(nèi)、第二句話確定了“反射光

12、線”在這個平面內(nèi)哪一側(cè)，第三句話確定了“反射光線”在這個平面內(nèi)唯一確定的位置。從空間到平面、再從平面到具體的“線”位置，可以說反射定律的表述是物理語言嚴(yán)謹(jǐn)性和邏輯性較高要求的典范之一。作為物理教師更應(yīng)達(dá)到教學(xué)語言有條理、邏輯性強(qiáng)，否則同樣一個習(xí)題一位老師有條理地講了之后，學(xué)生很輕松地接受。而另一位老師思維混亂講了之后學(xué)生會一頭霧水，思維亂七八糟，只能死記硬背生搬硬套。通過對比兩位老師對“例3”題的分析過程，可以明顯看出?！纠?】、一輛長為L1=5m的汽車以V1=15m/s的速度在公路上勻速行駛，在離鐵路與公車交叉點(diǎn)S1=175m處，汽車司機(jī)突然發(fā)現(xiàn)離交叉點(diǎn)S2=200m處有一列長L2=300m

13、的列車以V2=20m/s的速度行駛過來，為避免交通事故，汽車司機(jī)立刻減速，讓火車通過交叉點(diǎn)，求汽車減速的加速度至少多大？（不計汽車司機(jī)的反應(yīng)時間）【分析比對】：甲老師作如下分析：對直線運(yùn)動中的追擊相遇問題，我們講過是如何處理的？學(xué)生答：利用“一圖三式” 找關(guān)系，列出方程求解。老師總結(jié)：回答的很好，“一圖”就是要畫出軌跡圖，“三式”就是找位移S、速度V、時間T之間的關(guān)系式。特別要注意臨界條件：速度相等時刻，二者間距離最大或者最小，也可判斷后者能否追上前者。本題中列車通過交叉點(diǎn)用時t =（L2+S2）/V2=25s若汽車在25 s內(nèi)位移 S1=175m則 ，解得a=0.64m/s2此時汽車速度V=

14、V1-at ，V= - 1 m/s，說明汽車又返回與火車相撞，不合題意。 所以要使汽車安全減速，必須在小于25s的時間內(nèi)汽車速度減少為零，這樣才能使它的位移小于175m,則有V12 =2aS1, a =9/14m/s2 =0.643m/s2  火車減速的加速度至少為0.643m/s2.（講臺下很多學(xué)生一臉茫然，無奈嘆息，想提出疑問又沒有勇氣，因?yàn)檫@和標(biāo)準(zhǔn)答案是一樣的，此時老師已開始評講下一題。）【點(diǎn)評】：這位老師先回顧了追擊相遇問題的處理方法，似乎在幫助學(xué)生溫故知新，構(gòu)建解題的模型，但是這些根本不適合本題情境，反而對學(xué)生解題的思維產(chǎn)生了負(fù)遷移。長期這樣強(qiáng)化會導(dǎo)致學(xué)生只能生搬

15、硬套，不能具體問題具體分析、不能靈活運(yùn)用物理規(guī)律解決實(shí)際問題，使學(xué)生的解題能力不僅不會提高反而會逐漸下降。差生是老師教出來的，有時候這個說法看來也是正確的。再看同年級另一位老師的分析。乙老師是這樣分析的：對于這類問題我們應(yīng)該先干什么？學(xué)生：先畫出右圖運(yùn)動軌跡，標(biāo)出相應(yīng)數(shù)據(jù)。老師畫出圖后又問下一步？學(xué)生:分析運(yùn)動過程，找運(yùn)動物理量關(guān)系，列方程。師：本題中汽車如果不減速能安全通過嗎？（學(xué)生算了之后否定。）師：汽車如果加速可以通過，但是風(fēng)險太大，實(shí)際生活中有人試過但是付出代價較高!為求保險還是減速。因?yàn)榱熊囃ㄟ^交叉點(diǎn)用時t =（L2+S2）/V2=25s，如果在25s內(nèi)汽車速度減為零不就可以了嗎？有一部分同學(xué)作業(yè)就是這樣做的，V1= a1 t ，得a1=0.6m/s2 為什么錯了？學(xué)生：因?yàn)楦鶕?jù)x=V12 /2a算出位移大于175m，會相撞。師：在25s內(nèi)汽車減速的位移小于等于多少就不相撞？學(xué)生根據(jù)提示列出，解得a2=0.64m/s2師：此時汽車速度多大？學(xué)生根據(jù)V=V1- a2t ，V= -1 m/s，師：V= -1 m/s說明汽車返回相撞了嗎?學(xué)生: 說明汽車已經(jīng)在25s前沖過了交叉點(diǎn)，發(fā)生了交通事故，不合題意。師：所以要使汽車安全減速，必須在小于25s的時間內(nèi)，當(dāng)汽車位移等于175m時,速度減少為零，則有V12 =2aS1, a