蘇東龍

中學(xué)物理知識內(nèi)容是物理學(xué)的初級層次。嚴(yán)格地講，它的科學(xué)性、系統(tǒng)性都受到了一定的限制。它只是闡述了物理學(xué)中最基本、最基礎(chǔ)的知識，并不是十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢砝碚摗Ｆ渲饕獌?nèi)容是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)知識，其重點(diǎn)教材是力學(xué)和電學(xué)。今就力學(xué)部分，談些看法。

一、教材結(jié)構(gòu)的分析與學(xué)習(xí)

從全局觀點(diǎn)分析力學(xué)部分教材，揭示物理學(xué)的基本規(guī)律，有目的地提高學(xué)生的思維品質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的物理思維能力，對此應(yīng)從以下三個(gè)方面認(rèn)真分析教材。

1.力學(xué)教材的基本知識結(jié)構(gòu)

牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，也是經(jīng)典物理的基礎(chǔ)之一。動(dòng)能定理和動(dòng)量定理及其守恒定律為經(jīng)典力學(xué)的棟梁。現(xiàn)行教材的體系是先講靜力學(xué)，后講運(yùn)動(dòng)學(xué)，最后講動(dòng)力學(xué)。把牛頓三定律按三、一、二的順序安排，第三定律放在靜力學(xué)中講授。這種安排符合由易到難、循序漸進(jìn)的原則。學(xué)習(xí)牛頓第二定律時(shí)，有力的合成與分解作先行，通過靜力學(xué)的教學(xué)，要求學(xué)生正確理解力的概念。

物體受力分析是力學(xué)中的關(guān)鍵，幾乎所有的力學(xué)問題都要涉及物體的受力分析，所以靜力學(xué)教學(xué)是最重要的基礎(chǔ)。

“力”要重點(diǎn)講清三種力產(chǎn)生的條件及力的大小和方向，為物體受力分析做好準(zhǔn)備。力的三要素，在初中已經(jīng)講過，對質(zhì)點(diǎn)來說不會發(fā)生關(guān)于力的作用點(diǎn)的問題，而對剛體來說，力的作用效果除了跟力的大小和方向有關(guān)外，還跟力的作用點(diǎn)的位置有關(guān)。教材中雖然沒有明確提出剛體概念，但所說的物體都是指剛體，力的作用點(diǎn)可以沿力的作用線移到剛體內(nèi)任一點(diǎn)而不改變力的作用效果。因此，與其說力的作用點(diǎn)是一個(gè)要素，還不如說力的作用線是一個(gè)要素。物體的平衡，用了“平衡”和“固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體”等理想模型方法；“力的分解和合成”用了分析、綜合、等效的方法。

“物體的運(yùn)動(dòng)”用了理想模型(過程模型)的方法。高中教材以初中教材為基礎(chǔ)，先提出質(zhì)點(diǎn)這個(gè)理想化模型，在研究物體在一直線上的運(yùn)動(dòng)以后，立即研究物體在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的有關(guān)概念、規(guī)律和描述方法。運(yùn)動(dòng)學(xué)是力學(xué)的重要組成部分，是學(xué)習(xí)其它各章的必備知識。對平面運(yùn)動(dòng)的速度的合成與分解運(yùn)用了分析、綜合、等效的方法。

“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”用了經(jīng)驗(yàn)歸納方法論。雖然第一定律不能用實(shí)驗(yàn)直接證明，但由第一定律推導(dǎo)出的一切結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合，這就間接地證明了牛頓第一定律的正確性。牛頓第二定律是通過實(shí)驗(yàn)歸納得出的。在功和能，機(jī)械能守恒定律，動(dòng)量、動(dòng)量守恒這幾章中，主要是用了推理的方法。如教材中機(jī)械能守恒定律是借助于運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的知識推導(dǎo)出來的，但應(yīng)當(dāng)明確一點(diǎn)，這是一條實(shí)驗(yàn)規(guī)律，是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，是客觀規(guī)律的反映，這些規(guī)律能相互推導(dǎo)，這說明它們之間存在著內(nèi)在聯(lián)系。動(dòng)量定理出自于牛頓第二定律，又異于牛頓第二定律，牛頓第二定律是一個(gè)瞬時(shí)的關(guān)系，而動(dòng)量定理則說明狀態(tài)過程，它可以按過程始末狀態(tài)處理物體的動(dòng)量變化，而不必涉及過程的細(xì)節(jié)。如果只考慮兩個(gè)物體的孤立體系，把牛頓第三定律與牛頓第二定律結(jié)合起來，就得到作用前后的總動(dòng)量不變，我們可以用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，牛頓也正是用這個(gè)方法驗(yàn)證牛頓第三定律的。

“振動(dòng)與波”一章研究的主要方法是從一般到特殊的推理過程，運(yùn)用了動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本規(guī)律，導(dǎo)出機(jī)械波和機(jī)械振動(dòng)規(guī)律的新結(jié)論。

2.數(shù)學(xué)是表達(dá)物理規(guī)律最精確的語言

在教學(xué)過程中，只有將教材的結(jié)構(gòu)搞清楚，才能達(dá)到運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決物理問題的目的。在“力”這一章中，重點(diǎn)解決的是矢量和矢量的運(yùn)算方法問題。對物理矢量必須透徹理解，掌握其數(shù)學(xué)運(yùn)算法則——矢量的平行四邊形法則，引導(dǎo)學(xué)生對“代數(shù)和”與“矢量和”進(jìn)行對比，體會它們的差別，從而自覺地運(yùn)用矢量運(yùn)算法則。在“物體的運(yùn)動(dòng)”這一章中，先提出質(zhì)點(diǎn)這個(gè)理想化模型，并研究質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)中的幾個(gè)基本概念、位移、速度、加速度等。從數(shù)學(xué)角度分析這些量之間的函數(shù)關(guān)系(包括文字?jǐn)⑹觥?shù)學(xué)公式、函數(shù)圖象等)，再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的合成與分解的矢量運(yùn)算。

在“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”這一章中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律起著承上啟下的作用，即能進(jìn)一步加深對靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)知識的理解，又能為順利學(xué)習(xí)機(jī)械能和動(dòng)量鋪平道路。牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，只有以地球和相對地球靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體為參照系才是適用的。教材由分析物體只受一個(gè)力產(chǎn)生加速度與力的關(guān)系，過渡到分析物體受幾個(gè)力產(chǎn)生加速度，以及加速度與力的關(guān)系，從而概括出能適合各種情況的牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式∑F=ma在公式中，力與加速度都是矢量，故此式是一個(gè)矢量式。牛頓第二定律概括了力的獨(dú)立性原理(或力的疊加原理)，即幾個(gè)力同時(shí)作用在一個(gè)物體上所產(chǎn)生的加速度，應(yīng)等于每個(gè)力單獨(dú)作用時(shí)所產(chǎn)生的加速度的疊加——矢量和。在解題中，運(yùn)用了正交分解法等基礎(chǔ)知識。

機(jī)械能和動(dòng)量這兩章是在運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，討論力的空間和時(shí)間積累效應(yīng)，從而引出功和能、沖量和動(dòng)量等概念。功和能將矢量運(yùn)算變成了代數(shù)運(yùn)算。教材從力對物體做功引出動(dòng)能和動(dòng)量定理，研究了重力、彈力做功的特點(diǎn)，引出勢能的概念，得出在只有重力、彈力做功時(shí)，機(jī)械能守恒。最后，從一般的功能原理闡明功的本質(zhì)是能量變化的量度作為本章的總結(jié)。能的轉(zhuǎn)換和守恒揭示了物理學(xué)各部分的內(nèi)在聯(lián)系。在討論動(dòng)量定理時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)牛頓第二定律的關(guān)系式是一個(gè)瞬時(shí)關(guān)系，而動(dòng)量定理則說明狀態(tài)過程，應(yīng)用它研究某一過程而不是研究某一瞬時(shí)，只有在t→0時(shí)，才是相等的。實(shí)驗(yàn)是講述動(dòng)量守恒定律的基礎(chǔ)，教材這樣處理是考慮到動(dòng)量守恒定律的產(chǎn)生不是從牛頓運(yùn)動(dòng)定律推導(dǎo)得出的，而是一個(gè)獨(dú)立的物理規(guī)律，而動(dòng)量守恒定律的適用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出牛頓力學(xué)的適用范圍。對動(dòng)量守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式?jīng)]有具體給出，目的是避免學(xué)生只是死記公式，注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會運(yùn)用物理規(guī)律對具體問題進(jìn)行具體分析的能力。在應(yīng)用動(dòng)量守恒定律時(shí)，應(yīng)選用慣性系，物體的動(dòng)量mv、速度v的大小和方向也與參照系的選取有關(guān)，應(yīng)特別注意計(jì)算同一系統(tǒng)中各部分的動(dòng)量不能用不同的參照系。機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波是較復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，它需要力學(xué)、圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)圖象等知識作基礎(chǔ)。簡諧運(yùn)動(dòng)是最簡單、最基本的振動(dòng)。建立振動(dòng)和波的聯(lián)系與區(qū)別，是突破機(jī)械波教學(xué)難點(diǎn)的關(guān)鍵。

物理教學(xué)即要發(fā)展學(xué)生的智力，又要培養(yǎng)學(xué)生的能力，而后者較前者更為重要。從物理學(xué)本身來看，它研究的各種現(xiàn)象和規(guī)律是互相聯(lián)系的。教學(xué)職能即要從人類知識的總匯中挑選最精華的，運(yùn)用最科學(xué)的方法傳授給學(xué)生，又要使他們具有獨(dú)立獲取知識和駕馭知識的能力。要重視知識的傳授，離開知識的掌握，能力的發(fā)展就成為無源之水，無本之木。

3.系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的教學(xué)

在中學(xué)物理教學(xué)中，貫穿力學(xué)的兩條主線——?jiǎng)幽芏ɡ砗蛣?dòng)量定理、機(jī)械能轉(zhuǎn)換和守恒定律及動(dòng)量守恒定律。這兩個(gè)定理、兩個(gè)定律來源于牛頓運(yùn)動(dòng)定律，與牛頓三定律一起構(gòu)成質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基本規(guī)律，是力學(xué)部分的重點(diǎn)知識。圍繞這兩條主線，要深入分析牛頓運(yùn)定律，

為這兩個(gè)定理打好基礎(chǔ)。動(dòng)量定理、動(dòng)能定理是在牛頓定律基礎(chǔ)上派生出來的定理或推論，它們提供的表達(dá)式與牛頓運(yùn)動(dòng)定律等價(jià)，可代替牛頓二定律的矢量表達(dá)式中的的某分量式，而不是什么新的表達(dá)式。但是動(dòng)量守恒定律是自然界最普遍的規(guī)律之一，能量守恒和轉(zhuǎn)換定律也反映自然現(xiàn)象的最重要的規(guī)律之一。它們的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的范圍。

4.培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰妥詫W(xué)能力

要培養(yǎng)思想活躍，有創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的人才，必須加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰妥詫W(xué)能力。物理實(shí)驗(yàn)是將自然界中各種物理現(xiàn)象在一定條件下，按照一定的物理規(guī)律創(chuàng)造一定的條件使它重現(xiàn)。做物理實(shí)驗(yàn)，必須滿足于一定的條件才能獲得預(yù)想的結(jié)果，如設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、選擇測量儀器、正確觀察現(xiàn)象、完整的讀取數(shù)據(jù)、嚴(yán)格的計(jì)算，是做好實(shí)驗(yàn)不可缺少的過程，讓學(xué)生按照上述過程有目的的科學(xué)訓(xùn)練，自覺地掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性就能增強(qiáng)學(xué)生靈活運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。

培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力是教師的一項(xiàng)重要工作任務(wù)。調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，就得改變由教師“一講到底”的狀況，避免由于教師教學(xué)方法的單調(diào)，而使學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒。

二、解題思維訓(xùn)練

在重視力學(xué)概念、規(guī)律教學(xué)的同時(shí)，把重點(diǎn)放在力學(xué)解題的思維過程上，增強(qiáng)學(xué)生力學(xué)解題思維的自我調(diào)控意識。把學(xué)生解題過程看作是“獲取信息、思維啟動(dòng)、思維邏輯、思維深化”的過程。在指導(dǎo)學(xué)生解題上，抓以下四個(gè)方面：

1、認(rèn)真審題、明確對象、聯(lián)想圖景、啟動(dòng)思維

力學(xué)習(xí)題有的給出一個(gè)物體，有的給出兩個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的物體。從物理過程看，有的給出部分，有的給出全部。所有的力學(xué)解題開始應(yīng)對研究對象作必要的力圖，進(jìn)行受力分析，列出公式，代入運(yùn)算時(shí)統(tǒng)一用力學(xué)的國際單位制，解題結(jié)束應(yīng)對結(jié)果的合理性作出判斷。對題目給定的研究對象進(jìn)行抽象思維，形成一定條件下的清晰的物理圖景，有助于學(xué)生思維的正常啟動(dòng)。

2、弄清概念、策略認(rèn)知、分配注意、發(fā)散思維

物理概念是物理知識的重要組成部分。物理概念有嚴(yán)格的科學(xué)界定。同一物理概念在不同的物理學(xué)識水平階段嚴(yán)密的程度不同。一些能力較差的學(xué)生對物理概念的界定模糊不清，思維混亂，無法解題。為了解決這個(gè)問題，我引導(dǎo)學(xué)生強(qiáng)化以下兩方面意識：(1)強(qiáng)化物理概念的物質(zhì)意識。每引入一個(gè)力學(xué)概念，應(yīng)充分利用實(shí)驗(yàn)或?qū)W生生活積累的已有經(jīng)驗(yàn)，把物理概念建立在充實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)上。

(2)強(qiáng)化物理概念的界定意識。速度與加速度二者僅一字之差，都是力學(xué)中的重要物理量。一些認(rèn)知策略較差的學(xué)生把速度與加速度歸結(jié)在一個(gè)“光環(huán)”上，認(rèn)為速度為零，加速度必為零。應(yīng)區(qū)別物體運(yùn)動(dòng)快慢與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化快慢是速度與加速度的界定。速度和速率、功和功率、動(dòng)能和動(dòng)量、重量和質(zhì)量等也是一字之差，它們的物理意義卻不相同。功和能的單位相同，前者是過程量，后者是狀態(tài)量，它們也有嚴(yán)格的界定。

學(xué)生樹立界定意識可養(yǎng)成良好的科學(xué)素質(zhì)，有利于增強(qiáng)解題思維的自我調(diào)控意識。

3、運(yùn)用規(guī)律、感知范圍、網(wǎng)絡(luò)信息、邏輯思維

中學(xué)的力學(xué)內(nèi)容主要有：牛頓運(yùn)動(dòng)三定律、萬有引力定律、機(jī)械能守恒定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律等。一些能力中下的學(xué)生把物理規(guī)律成立的條件及適用范圍置于思維盲區(qū)，需要對已建立的解題信息加以選擇。

(1)根據(jù)物理過程選擇規(guī)律。

(2)從已知條件選擇物理規(guī)律。

(3)從解題結(jié)果檢驗(yàn)物理規(guī)律選擇的合理性。

4、設(shè)疑開拓、點(diǎn)撥解惑、觸類旁通、深化思維

課本上的力學(xué)習(xí)題是教學(xué)大綱的最低要求，一些能力較強(qiáng)的學(xué)生從中獲取了探求知識的方法，思維敏捷。一些能力較差的學(xué)生解題一旦受阻，思維停滯，需要點(diǎn)撥才能展開。通過設(shè)疑→點(diǎn)撥→探究→解惑，學(xué)生思維進(jìn)入新的層次。點(diǎn)撥的方式有：

指導(dǎo)點(diǎn)撥，資料點(diǎn)撥，情境點(diǎn)撥，交流點(diǎn)撥，一題多解點(diǎn)撥。

在力學(xué)解題中增強(qiáng)解題思維的自我調(diào)控意識是發(fā)展智力、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)的必要條件。在力學(xué)解題全過程中有計(jì)劃、有目標(biāo)、由簡到繁、循序漸進(jìn)、反復(fù)多次地引導(dǎo)學(xué)生自己實(shí)踐，是提高力學(xué)解題效益的充分條件，對中學(xué)生感到力學(xué)習(xí)題難的心理障礙可以逐漸排除。

總之，以“學(xué)科體系的系統(tǒng)性”貫穿始終，使知識學(xué)習(xí)與智能訓(xùn)練融合于一體，可形成一個(gè)系統(tǒng)的完整框架。所以系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的教學(xué)，使學(xué)生頭腦中形成力學(xué)體系的清晰圖象，有益于培養(yǎng)學(xué)生的探索精神，從被動(dòng)的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)的學(xué)習(xí)，才能用自己的智慧和力量去攻克學(xué)習(xí)難關(guān)，取得良好的學(xué)習(xí)效果。