淺談在中學物理教學中科學素養(yǎng)的培養(yǎng)

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

2、中學物理學科的特點，作為我們物理教師培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的責任尤其重大，我們應當擔當起這個責任。下面就分別闡述物理教學的科學性、嚴謹性、邏輯性，并結(jié)合具體事例分析。一、科學性是指表述的內(nèi)容是否符合客觀實際，是否反映出事物的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律，即概念、定義、論點是否正確，論據(jù)是否充分，實驗材料、實驗數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果是否可靠等。物理學是一門自然科學，在進行中學物理教學時，首先應當注重教學的科學性。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，還是實驗與習題的內(nèi)容、數(shù)據(jù)等，都應當正確無誤符合科學性。當然,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有科學性的錯誤。關于物理教

3、學中的科學性典型錯誤有很多，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，由靜止釋放一帶正電滑塊，則滑塊由靜止開始一直向右運動到PQ連線上的N點時速度為零。關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間做往復簡諧運動分析：根據(jù)等量同種電荷電場線的分布規(guī)律，可知在PQ連線的中點處場強為零，從P、Q到中點場強逐漸減小，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動，到MN中點時加速度為零，速度最大，然后向右做加速度增大的減速運動，到N點速度為零、加速度向左最大，再返回做對稱的運動，因此可作出滑塊的速度時間圖像如圖2所示，與彈簧振子的運動情況完全相似，所以滑塊也做簡諧運動，如取MN連線中點為平衡位置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)簡諧運動定義，如果物體做簡諧運動，則其回復力和振動位移應滿足下列兩個方程：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 ，則其回復力大小為：，所以小滑塊所受回復力大小與振動位移大小不成正比，故小滑塊不是做簡諧運動。證法二： 先假設小滑塊是做簡諧運動，則其振動位移應滿足下式：，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動。【問題解決】物體是否做簡諧運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然的判斷，否則這種不求甚解的做法將會給學生的終身發(fā)展帶來不良影響。又如一位老師在講簡諧運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，但實際并不是正弦圖像。T圖6xotEPT圖7xotEK當然關于簡諧運動動能和勢能的公式與圖像，對學生沒有必要講清楚，但是作為授課教師自已必須搞清楚，這樣才能更好地進行物理教學。二、嚴謹性是物理教學的又一特點。它要求物理結(jié)論的敘述必須精練、準確，而對結(jié)論的推理論證和系統(tǒng)安排都要求既嚴格，又周密。不過，對這些現(xiàn)象應當有一個正確的分析。一方面應當認識到

7、，由于年齡特點，學生對嚴謹性要求確實有不適應之處，而另一方面也必須看到，出現(xiàn)這些現(xiàn)象往往是教師教學中缺乏基本訓練的結(jié)果。由于傳統(tǒng)的教材和教法側(cè)重于機械記憶加模仿，學生當然會養(yǎng)成不求甚解、不問原由的習慣。大量實驗證明，經(jīng)過一定的訓練以后，學生對嚴謹性的要求，是可以逐步適應的。并且倘若要求合理，教法得當，適應過程可以大大縮短。如果不注意物理教學的嚴謹性必然帶來科學性錯誤。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狀態(tài)，當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）中乙老師強調(diào)習題要求分析的是摩擦力大小隨時間變化的規(guī)律，所以應將“G”圖變?yōu)椤癏”圖，由于一個學生提出F0 與的大小關系不確定，如F0 可能等于、也可能等于、，導致則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是多么的隨意，多么的不嚴謹，帶來的后果是多么的嚴峻。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。這些都是犯了科學性錯誤的。實際上在F0 條件下摩擦力大小隨時間變化的正確圖像應該是“P”圖。三、在物理教學中只注意科學性、嚴謹性，對培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)還不夠，還要發(fā)展學生的邏輯思維能力，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識的基礎上，運用概念、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的幾點意思，便于交流，又不會產(chǎn)生誤解。物理教材中許多表達物理概念、定理、定律等的語言邏輯性都是很強的，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，這是因為第一句話確定了“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謹性和邏輯性較高要求的典范之一。作為物理教師更應達到教學語言有條理、邏輯性強，否則同樣一個習題一位老師有條理地講了之后，學生很輕松地接受。而另一位老師思維混亂講了之后學生會一頭霧水，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S1=175m處，汽車司機突然發(fā)現(xiàn)離交叉點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，汽車司機立刻減速，讓火車通過交叉點，求汽車減速的加速度至少多大？（不計汽車司機的反應時間）【分析比對】：甲老師作如下分析：對直線運動中的追擊相遇問題，我們講過是如何處理的？學生答：利用“一圖三式” 找關系，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.（講臺下很多學生一臉茫然，無奈嘆息，想提出疑問又沒有勇氣，因為這和標準答案是一樣的，此時老師已開始評講下一題。）【點評】：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，反而對學生解題的思維產(chǎn)生了負遷移。長期這樣強化會導致學生只能生搬

15、硬套，不能具體問題具體分析、不能靈活運用物理規(guī)律解決實際問題，使學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該先干什么？學生：先畫出右圖運動軌跡，標出相應數(shù)據(jù)。老師畫出圖后又問下一步？學生:分析運動過程，找運動物理量關系，列方程。師：本題中汽車如果不減速能安全通過嗎？（學生算了之后否定。）師：汽車如果加速可以通過，但是風險太大，實際生活中有人試過但是付出代價較高!為求保險還是減速。因為列車通過交叉點用時t =（L2+S2）/V2=25s，如果在25s內(nèi)汽車速度減為零不就可以了嗎？有一部分同學作業(yè)就是這樣做的，V1= a1 t ，得a1=0.6m/s2 為什么錯了？學生：因為根據(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？學生根據(jù)提示列出，解得a2=0.64m/s2師：此時汽車速度多大？學生根據(jù)V=V1- a2t ，V= -1 m/s，師：V= -1 m/s說明汽車返回相撞了嗎?學生: 說明汽車已經(jīng)在25s前沖過了交叉點，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)，當汽車位移等于175m時,速度減少為零，則有V12 =2aS1, a