物理課程教學(xué)研究論文
一、在高中物理教學(xué)中加強方法教育十分必要
1．方法教育是物理教學(xué)中落實素質(zhì)教育的需要，是全面提高物理教學(xué)質(zhì)量的需要
目前素質(zhì)教育已成為教育系統(tǒng)的熱門話題，學(xué)科教學(xué)承擔著提高學(xué)生文化科學(xué)素質(zhì)的主要任務(wù)，加強高中物理方法教育，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，是物理學(xué)科教學(xué)變應(yīng)試教育為素質(zhì)教育的具體體現(xiàn)。方法教育在相當程度上涵蓋了物理學(xué)科德育教育的內(nèi)容和要求，是物理學(xué)科落實德育目標的具體體現(xiàn)。
相當多的物理教師認為自己的主要任務(wù)是學(xué)生掌握知識，即學(xué)會。其實對學(xué)生來說，學(xué)會一些基礎(chǔ)知識只是形成一種學(xué)習(xí)能力的基礎(chǔ)，更重要的是要會學(xué)，即掌握探索新領(lǐng)域、新知識的方法和能力，有這種會學(xué)的本事，才有可能實現(xiàn)終身教育的目標，才能進入創(chuàng)造開拓新領(lǐng)域的更高層次。
知識和方法始終是緊密結(jié)合在一起的，知識是在一定方法上形成的，而一定的方法又是知識發(fā)展的產(chǎn)物。
我們中學(xué)生學(xué)習(xí)的經(jīng)典物理學(xué)是諸自然學(xué)科中最成熟的學(xué)科，它所闡述的概念和規(guī)律是相當完整、系統(tǒng)、深刻的，充分體現(xiàn)了研究方法，思想方法的科學(xué)性。例如：運用實驗探索方法得出的重要規(guī)律就有：自由落體規(guī)律、氣體實驗三定律、歐姆定律、電阻定律、發(fā)現(xiàn)電子、中子、質(zhì)子等等。這里要特別指出的是法拉第對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的研究，歷經(jīng)十年，做了無數(shù)次實驗探索，終于使自己成為電磁學(xué)的創(chuàng)始人之一。1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了通電導(dǎo)線可以使其周圍的磁針轉(zhuǎn)動，法拉第的導(dǎo)師戴維用通電線圈使軟鐵磁化，說明電可以生磁。法拉弟根據(jù)力學(xué)中的作用與反作用的關(guān)系，做出了這樣的推測："既然電能生磁，那么磁就一定能生電。1821年他立下誓言一定要。由磁產(chǎn)生電"。他埋頭做了大量的探究實驗，不斷改變磁鐵與導(dǎo)線的相對位置，可連接導(dǎo)線的電流計指針巋然不動。但法拉弟不怕失敗，他堅信自己的科學(xué)推測是正確的，他不斷改進自己的實驗方案，終于在十年后的1831年10月他將磁鐵插入導(dǎo)線繞成的圓筒時，連在導(dǎo)線圓筒的電流計指針動了--感應(yīng)電流產(chǎn)生了，他乘勝追擊造出一第一臺小型感應(yīng)發(fā)電機。他分析總結(jié)實驗，得出了電動生磁，磁動生電的重要規(guī)律。
理想化實驗，也是物理學(xué)研究的重要方法。如：伽利略推翻禁錮人們思想二干多年亞里士多德的"力是維持物理運動的原因"的結(jié)論的斜面實驗是一個典型的理想實驗。他運用的方法就是將實驗條件理想化，設(shè)想青銅球與斜面之間無摩擦，若將對面傾斜的斜面水平放置時從斜面上滑下的青銅球?qū)⒂肋h運動下去，這種科學(xué)推理得出了令人信服的結(jié)論，物體運動不需要力來維持，力是改變運動狀態(tài)的原因。愛因斯坦曾高度評價這一工作："伽利略的發(fā)現(xiàn)及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學(xué)的真正開端。"牛頓第二定律、萬有引力定律、開普勒三定律、麥克斯韋的電磁理論及方程，又都是數(shù)理結(jié)合方法的重要體現(xiàn)。
在中學(xué)物理學(xué)中，加強方法教育，不僅要讓學(xué)生學(xué)會一些基礎(chǔ)知識，同時又要掌握取得知識的方法，要使學(xué)生在掌握科學(xué)方法上得到鍛煉，這是物理學(xué)本性決定的，也是當前提高學(xué)生物理學(xué)科能力的需要。
方法是通向能力的橋梁，能力既依賴于知識的掌握更依賴于方法，在某種意義上，方法本身就是能力的一部分�？茖W(xué)過程和知識的結(jié)合是中學(xué)物理教學(xué)的核心，而過程和方法是對應(yīng)的，能力的培養(yǎng)可以從強化方法教育入手。
近年來，《中學(xué)物理教學(xué)大綱》對物理教學(xué)的要求提得越來越明確，越來越全面，《大綱》中說："要培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實驗?zāi)芰Α⑺季S能力、分析和解決問題的能力。""要結(jié)合物理教學(xué)對學(xué)生進行抽象思維的訓(xùn)練，培養(yǎng)分析解決問題的能力，進行科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的教育。"
要全面落實教學(xué)大綱的要求，就必須重視加強高中物理教學(xué)中的方法教育。
2．目前中學(xué)物理教學(xué)的實際需要加強方法教育
高中物理難教、難學(xué)是師生的共識，為了提高學(xué)生物理成績，教師們想了許多辦法。無外乎是將物理知識講深、講細，然后再將大量的習(xí)題講深講細，然后是要學(xué)生按照教師的講解多做練習(xí)，記住簡單的結(jié)論，記住解題的路子。不斷的加課時、補課。只有少數(shù)教師注重學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中的科學(xué)方法的形成訓(xùn)練，注重學(xué)生探求知識過程中的思維能力，物理思想的形成的訓(xùn)練。
前一種做法注意的是結(jié)論的記憶，采用的是重復(fù)練習(xí)，"題海戰(zhàn)術(shù)"，這種教法不能說完全無效，否則不會至今仍被多數(shù)教師青睞，但它耗費了教師學(xué)生大量的精力時間，應(yīng)該說是一種費時、低效的教學(xué)模式，更重要的是這種做法扼殺了許多學(xué)生求知識欲望，壓抑了他們的創(chuàng)造意識，對學(xué)生未來的發(fā)展不利。
而注重方法教育，加強能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練會使學(xué)生學(xué)得主動、活潑、多動腦子、會動腦子、變得聰明起來，具有獨立處理分析解決問題的能力，不僅考試成績不會差，也為其未來的發(fā)展打下了堅實的知識、能力基礎(chǔ)。
為了推進素質(zhì)教育，國家教育部最近下發(fā)了調(diào)整高中物理、數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容的通知。高中物理減少調(diào)整了十五項內(nèi)容，高中教學(xué)計劃及教學(xué)大綱近年調(diào)整的總趨勢是減少必修課課時，減少教學(xué)內(nèi)容，降低教學(xué)要求，增設(shè)高中選修課。但對高中教學(xué)質(zhì)量的要求并沒有降低。面對"少內(nèi)容、低要求、高質(zhì)量"的矛盾，我們必須找到教改的新思路。
加強高中物理教學(xué)中的方法教育，研究方法教育的系統(tǒng)化，可操作化，是物理教學(xué)改革的新思路。
不可否認高中物理教學(xué)的一個重要任務(wù)是要讓學(xué)生在高考中取得滿意的成績，為高等學(xué)校輸送合格的新生，特別是重點中學(xué)這個任務(wù)更重。
由于高考是選拔性考試，為能將基礎(chǔ)好，能力強，具有學(xué)習(xí)潛能的學(xué)生挑選出來，高考肯定注重學(xué)生能力考查，將能力考核放在首位。近幾年的高考試題突出地體現(xiàn)了這一點。物理高考重點考核的五種能力為：理解能力、推理能力、分析綜合能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)處理問題能力和實驗?zāi)芰Α＿@五種能力中最基礎(chǔ)的能力是理解能力，理解物理概念和規(guī)律是學(xué)好高中物理的基礎(chǔ)。所謂理解就是弄明白，只有重視物理概念和規(guī)律的得出過程的剖析，重視過程中應(yīng)用的科學(xué)方法的教育，才能從根本上提高學(xué)生的理解力。
近年來的高考試題中，有不少題目就是為了考查學(xué)生的物理思想方法而設(shè)計的。例如：關(guān)于理想化方法，97年高考試題中的單選題第2題，質(zhì)量為m的鋼球以速率v．碰地豎直向上彈回，碰撞時間極短，離地速率為v：，求在碰撞過程中，地面對鋼球的沖量方向和大小。解答此題時需在碰撞過程中忽略重力的沖量，將地面對球的沖量視為合力的沖量，才能得出正確的答案：沖量的方向向上，大小為m(v，+v0。再如計算題25題，物塊與鋼板相碰后立刻與鋼板一起向下運動的過程忽略了重力和彈力在短時間內(nèi)的沖量，將其視為動量守恒過程。26題中，A、B兩板所加的電壓雖然是隨時間變化的，但當電子在極短時間內(nèi)通過A、B間的電場時可將電場視為恒定的。以上題目均要求學(xué)生忽略過程中的次要因素，會將過程做理想化處理。
再比如物理中最常用的等效思想的考核，在93年的選擇題第10題中，打開閥門后水從A流向B，將重力對水做功等效為A中斜線部分水的重力勢能改變?yōu)锽中打斜線部分的重力勢能，可見重力勢能減少，重力對斜線部分水做了功。由于整個裝置是絕熱的，重力對水做功轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，此題的正確答案為大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能增加。
我們就是為了使學(xué)生在高考中獲得更好的成績，也必須加強能力的培養(yǎng)和方法教育。
二、高中物理教學(xué)中方法教育的主要內(nèi)容
認真分析高中物理教材的方法教育因素，可以將高中物理教學(xué)中的方法教育內(nèi)容分為四類。
1．物理方法：物理方法集中體現(xiàn)了物理學(xué)科研究方法的特色，理應(yīng)做為高中物理方法教育的基本內(nèi)容。主要有：實驗方法(含觀察方法)、模型法、理想化法、等效方法、對稱方法、守恒方法、疊加方法、整體與隔離方法等。
2．數(shù)學(xué)方法：數(shù)學(xué)是物理研究的工具，是物理學(xué)形式化的語言，數(shù)理結(jié)合是物理學(xué)的最基本方法，在眾多的數(shù)學(xué)方法中常被高中物理教學(xué)采用的有：比例方法、比值定義法、圖象方法、極限方法、數(shù)列方法等等。
3．邏輯方法：邏輯方法指的是思維方法，主要有：比較、分類、類比、概括、分析與綜合、歸納與演繹、抽象與具體等。
4．哲學(xué)方法：高中物理教材中涉及較多的是對立統(tǒng)一、量變質(zhì)變、肯定否定、絕對相對、現(xiàn)象本質(zhì)、形式內(nèi)容、原因結(jié)果、偶然必然、部分整體等等。三、如何在高中物理教學(xué)中進行方法教育
方法教育的模式有兩類，一種是隱性的方法教育，即在教學(xué)中不點明方法的名稱，也不對方法本身進行解釋，而是滲透在教學(xué)設(shè)計中，隱蔽地發(fā)揮方法的指導(dǎo)作用，使學(xué)生潛移默化地受到方法和熏陶。另一種是顯性方法教育，即在教學(xué)中明確提出應(yīng)用某種方法，深淺適度地說明這種方法的內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生自覺地應(yīng)用這種方法，掌握這種方法。究竟采用哪種模式，應(yīng)從教材內(nèi)容和學(xué)生實際出發(fā)靈活確定。
具體操作中應(yīng)抓住方法教育內(nèi)容中最基本的物理方法，物理方法中主要以實驗方法(含觀察法)，理想化法、等效方法為基本內(nèi)容，而且主要以新課教學(xué)為主，在高一、高二年級的概念和規(guī)律教學(xué)中注重方法教育，能力培養(yǎng)。抓住教材中方法教育的因素，反復(fù)進行。在高三總復(fù)習(xí)階段，要以物理方法為專題進行集中訓(xùn)練提高。
1．認真挖掘教材中體現(xiàn)方法教育的內(nèi)容。在備課中將制定方法教育目標做為能力目標的
重要組成部分。
例如：在電場強度、電場線的教學(xué)中，將"理解理想化模型法是一種主要的物理方法；運用類比方法理解比值定義物理量的特點；領(lǐng)會運用假想曲線描述場的性質(zhì)的方法。"列入教學(xué)目的中的能力培養(yǎng)目標。
只要重視方法教育，認真去琢磨，每位教師都可能挖掘出教材中方法教育的因素，制訂出方法教育要達到的課堂教學(xué)目標。
2．在課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計中適當?shù)剡\用隱性與顯性模式設(shè)計方法教育的步驟。
一般來說隱性模式就是運用科學(xué)認識過程的科學(xué)方法，組織學(xué)生對概念規(guī)律的認識過程，使學(xué)生感受科學(xué)探究過程，達到領(lǐng)會、掌握科學(xué)方法教學(xué)的目的。這種課堂結(jié)構(gòu)的設(shè)計適用于一些物理規(guī)律的探究，例如：牛頓第二定律、波--馬定律、楞次定律等均可采用："提出研究課題一有根據(jù)的猜想一設(shè)計實驗方案(方案包含確定測量物理量、器材、選擇步驟、設(shè)計數(shù)據(jù)處理方法等)一實驗探索一歸納總結(jié)結(jié)論一理論證明或?qū)嶒烌炞C"的結(jié)構(gòu)，設(shè)計實驗研究課。
這種實驗研究課把更多的主動權(quán)交給了學(xué)生。有目的有計劃地對學(xué)生進行科學(xué)研究方法的訓(xùn)練，盡管學(xué)生的思維是發(fā)散地、活躍的，但研究方法都是嚴謹有序的。
另一種為顯性模式，即明確指出適用于理想化方法、模型法、等效方法、整體法與隔離法等方法的教學(xué)。
以理想化方法為例，從介紹理想化模型入手，進行理想化方法教育，高中學(xué)過的理想化模型可以歸類分為：
實體物理模型：質(zhì)點、質(zhì)點系、單擺、理想氣體、點電荷、試探電荷、勻強電場、磁場、薄透鏡、理想變壓器、點光源、光線等。
過程模型：勻速運動、勻變速運動、自由落體運動、勻速率圓運動、簡諧振動、等溫過程、等容過程、等壓過程、恒定電流等。
理想實驗有：伽利略的理想斜面實驗；反映電場力的性質(zhì)能的性質(zhì)的實驗，這類實驗的特點是純化實驗條件，塑造理想過程，進行邏輯推理，得出科學(xué)結(jié)論。
理想化模型和理想實驗的共同特點是以可靠的事實為基礎(chǔ)，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，從而更深刻地反映了事物或規(guī)律的本質(zhì)。這種方法是研究物理問題的重要思想方法，稱為理想化方法。
在涉及上述理想化模型及理想實驗的教學(xué)中注重模型的抽象過程分析，明確在所研究的問題中主要因素是什么?次要因素是什么?為什么可以將次要因素略去，抽象出的理想化模型的適用實體條件是什么?
如場強一課教學(xué)中，試探電荷之所以要電量小，是為了忽略對電場分布的影響。線度要小，是為了研究電場中各"點"的力的性質(zhì)需要。我們可以將電量很小，體積與場源帶電體相比很小的帶電體視為試探電荷。而研究試探電荷在電場中受力情況的實驗也是一個只能在頭腦中進行的理想實驗，是通過科學(xué)思維推理，得出正確的結(jié)論，從而引入場強的物理概念。
在指導(dǎo)學(xué)生運用理想化方法時，要特別注意掌握其適用的范圍和運用的條件。
同時要注意將理想化模型與科學(xué)假說模型區(qū)別開來。假說方法也是一種重要的物理方法，假說是以觀察與實驗作為自己的堅實基礎(chǔ)，假說應(yīng)能夠較好地解釋已經(jīng)觀察到的現(xiàn)象，并能預(yù)言尚未發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，假說必須經(jīng)受新現(xiàn)象和新理論的檢驗。
物理教材中的假說也有不少。如：安培分子電流假說、麥克斯韋電磁波假說、牛頓的光的微粒說、惠更斯的光波動說、愛因斯坦的光子說、湯姆遜的原子棗糕模型說、盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)說、波爾理論中的能級假說、軌道假說和躍遷假說；還有引入的假想模型，電場線、磁感線、電子云、光子等等。
等效方法是物理方法中又一應(yīng)用廣泛的重要方法，是科學(xué)研究中常用的一種思維方法。在效果等同的前提下，把實際的、復(fù)雜的物理過程變成理想的簡單的等效過程來處理，可使計算大為簡化，又可加深對物理概念、規(guī)律的理解。在高中物理教材中體現(xiàn)等效思想方法的有以下幾種：
效果等效：力的合成與分解，速度與加速度的合成與分解，功與能量變化的關(guān)系，交流電有效值的定義，電阻串、并聯(lián)計算，將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分等效為電源等。
過程等效：將變速直線運動通過平均速度等效為勻速直線運動，將變加速直線運動通過平均加速度等效為勻變速直線運動，拋體運動等效為兩個直線運動的合成等等。
至于數(shù)學(xué)方法在物理教材中的體現(xiàn)更是比比皆是，尤其是圖象的應(yīng)用，力學(xué)中有s-t圖、v-t圖、振動和波的圖象，熱學(xué)中P-T圖、P-V圖、V-T圖，電學(xué)中的U-I圖、I-R圖、U-R圖、P-R圖等等。''
列舉上述例子是想說明，方法教育的內(nèi)容就在我們的高中物理教材中，只要大家重視，人人都可發(fā)現(xiàn)，都可以操作，在平時的一章一節(jié)的教學(xué)中分散、反復(fù)的訓(xùn)練，貫徹始終，特別是在課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計上要改變教師一講到底的局面，一定要創(chuàng)造條件啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生在已有的知識的基礎(chǔ)上運用科學(xué)思維方法自己去思考、去研究得出結(jié)論。
3．在平時的考查測試中，編制一些考查方法的試題，檢測學(xué)生方法掌握情況，同時推動學(xué)生重視方法學(xué)習(xí)。
例1．關(guān)于質(zhì)點，下面哪幾句話是正確的?()
A．質(zhì)點就是數(shù)學(xué)中的"點"
B．質(zhì)點既無大小，又無質(zhì)量
c．只有體積很小的物體才能看做質(zhì)點
D．以上三點都是錯誤的
答案：D
例2．關(guān)于單擺，忽略了下列哪些次要因素?
A．擺線的質(zhì)量B擺線的伸縮c．擺球的大小D．擺球的質(zhì)量
答案A、B、c
以上兩個關(guān)于理想化模型的題目，就其考試水平來說都是屬于"識記"級的，學(xué)生只要記住有關(guān)內(nèi)容，即使不大理解，也可答對，得分率較高，例2中少數(shù)學(xué)生沒有選"c"。他們說：。測定重加加速度的實驗中，擺長等于線長加擺球半徑，說明擺球的大小是不能忽略的。"他們不明白單擺是實際擺的理想化，是"一根不能伸長、又沒有質(zhì)量的線的下端系一質(zhì)點"。而測定重力加速度實驗中用的是實際擺，為了使這個擺更接近于理想化的單擺，在測量擺長時下端才從球心算起。從這些學(xué)生的想法來看，他們對理想化模型還是一知半解的，即使死記硬背了一些結(jié)果，并沒有真正領(lǐng)會其意義。
例3、我們知道萬有引力定律的公式中的距離r是指兩個均勻球體球心間距離或相距很遠而可看作質(zhì)點的兩個物體之間的距離，地球與站在地面上的人(非球形且與地球貼近)之間的引力也可用該公式進行計算，這是因為()
A．地球可以視作密度均勻的球體，放質(zhì)量集中在球心
B．人與地球相比很小，可以不管他的形狀
c．人的長度與人到地心間的距離相比極小，故可以視作質(zhì)點
D．地球?qū)η蛲馕矬w的引力與質(zhì)量集中在球心時對球外物體的引力等效
答案：c、D
例4．下列各物理量中，用比值法定義的有：()A．密度B．磁感應(yīng)強度c．氣體壓強D．電流強度答案：AB
例5．在我們所知道的重大物理發(fā)現(xiàn)中，以。。假說一推理一實驗檢驗"方法研究獲得成功的有哪些?()
A．電磁場理論B．中子的發(fā)現(xiàn)C．慣性定律D．庫侖定律
答案：AC
例6．下列各組所述的兩個物理過程，可作等效變換的是()
A．"做功"與"熱傳遞"以改變物體的內(nèi)能
B·"線圈靜止在磁感應(yīng)強度按正弦規(guī)律變化的勻強磁場中"與"線圈在恒定的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動"以產(chǎn)生電流
c．小球在半徑很大弧長很小的弧形光滑軌道上往復(fù)運動與擺角很小擺球擺動
D．"用明線光譜"與"用吸收光譜"以鑒定物質(zhì)的化學(xué)成份
答案：ABc
例7·運用相似類比方法可以幫助我們利用已經(jīng)掌握或較易掌握的概念來理解與認識新概念．下面所列各組事物，哪些類比是合適的?
A．用單擺的振動規(guī)律對照電磁振蕩
B．以水位差比擬電位差
c．把電容器的電容與物理的熱容相比較
D．用帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)來模擬帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)
答案：ABC
4、在高三總復(fù)習(xí)階段，將方法的掌握訓(xùn)練納入專題復(fù)習(xí)計劃中。
特別是在最后一輪的復(fù)習(xí)中可以方法為專題進行。例如：理想化方法在過程分析中的作用。
等效方法在解決單擺周期、等效電路中的應(yīng)用。運用能量守恒解決問題的思路等等。
四、多年來重視方法教育的成果
由于多年來在教學(xué)中重視對學(xué)生方法教育，取得了明顯的教學(xué)效果。最大的好處就是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣濃厚。獨立分析解決問題的能力得到了培養(yǎng)和訓(xùn)練，許多學(xué)生的思路開闊，學(xué)得很活。
所教88、91、94、97、2000屆等多屆高三畢業(yè)學(xué)生物理高考成績優(yōu)異，人均分均居省內(nèi)前列。91年和97年，均有學(xué)生在高考中取得滿分的好成績，在歷次全國中學(xué)生的物理競賽中也有多名學(xué)生獲獎。更重要的是這些學(xué)生進入大學(xué)后普遍感到中學(xué)中得到的方法教育與訓(xùn)練比學(xué)得的知識重要得多，有用得多。許多學(xué)生在給教師的來信中感慨萬分，十分感謝教師給予他們終身受益的開啟知識大門的金鑰匙。
在高中物理教學(xué)中加強方法教育勢在必行，希望所有的高中物理教師均加入這一行列，改變物理教學(xué)現(xiàn)狀，使之更適應(yīng)素質(zhì)教育的要求。培養(yǎng)更多的掌握科學(xué)方法的創(chuàng)造型人才。
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