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學生通過對日常生活現(xiàn)象的觀察,對“影響滑動摩擦力大小的因素”提出合理的猜想,鼓勵學生大膽說出自己的想法,通過“合理假設”、“設計實驗”、“實驗探究”、“合作交流”、“歸納整理”等教學流程培養(yǎng)學生主動思考并獲取知識的能力,通過實踐學生會更深刻地理解影響摩擦力大小的兩個重要因素———“壓力”和“接觸面粗糙程度”,從而形成深刻的記憶,增強其動手操作的能力,為接下來的物理學習與發(fā)展奠定良好的基礎。
2.規(guī)律的總結總是借助一定的實踐活動來完成,組織學生動手操作,是此次教學的重點
教師為學生實驗準備必要的器材,其中包括彈簧測力計、長方體木塊、正方體木塊、等質量等底面積的鐵快和銅塊、木板、玻璃板、毛巾、小木棍、實驗記錄表格。教具準備齊全后,學生分組實驗,由他們自行選擇他們認為應該用到的實驗器材,以便證明他們猜想的正確性。實踐活動開始前,教師應介紹此次活動的流程及注意事項,強調團隊合作精神,同時讓各個小組自行安排,做好組員任務分工,做好實驗記錄,共同完成此次實踐活動。實驗過程中,教師要注意觀察各個小組的操作流程,及時糾正他們的錯誤,指導學生順利完成實驗。
3.實驗結束后,各小組進行交流,分享實驗成果
此刻,對于各小組的實驗結果,無論他們正確與否都要給予鼓勵,肯定他們敢于猜想,大膽實踐的勇氣。小組交流結束后,教師要公布正確的實驗結果,強調在計算有關摩擦力的大小時,應先判斷該摩擦力是滑動摩擦力還是靜摩擦力。再根據(jù)通過實驗推算出的公式進行計算?;瑒幽Σ亮Φ拇笮∮嬎愎綖閒=μN,式中的μ叫動摩擦因數(shù),也叫滑動摩擦系數(shù),它只跟材料、接觸面粗糙程度有關,跟接觸面積大小無關。N為正壓力。經過總結,讓學生發(fā)現(xiàn)靜摩擦力與物體的平衡條件的相關關系。公布正確實驗結果以后,布置學生完成一項特殊的家庭作業(yè):觀察家里與摩擦力有關的現(xiàn)象并指出其屬于滑動摩擦力還是靜摩擦力,測量出摩擦力的大小。作業(yè)批改以后,給予表現(xiàn)優(yōu)異的學生特殊的獎勵。初中階段的物理教學是青少年進入物理知識殿堂的啟蒙培育,它主要是通過對周圍事物的觀察來獲取物理知識,訓練學生從生活中獲取知識的能力,而這個階段學習習慣、學習方法、自身綜合能力的養(yǎng)成等對于接下來的高中階段的物理學習起著至關重要的作用。
有人可能認為培養(yǎng)優(yōu)秀學生主要靠課外小組和個別輔導,與課堂教學關系不大,這種看法是片面的,實際上課堂教學也是至關重要的.本文著重從高中物理課堂教學這一側面來總結取得這些成果的經驗.
我們十多年來的課堂教學經驗可以總結成三句話:追根尋源真一點,實驗研究多一點,能力要求高一點,簡稱“三點”教學法,因此我們稱自己的教材為“三點”法教材.
我們的“三點”法教學完全是根據(jù)國家教委頒布的高中物理教學大綱編寫的.因為我們面對的是全班學生,不可能而且也不應該把課堂教學變成物理競賽輔導,我們確確實實通過課堂教學明顯提高了學生的素質和能力,為學生在高考和物理競賽中取得優(yōu)異成績打下了扎實的基礎.
一、追根尋源真一點
一個學生學習物理,首先接觸到的就是物理定律.因此,怎樣搞好物理定律教學,必然是每個物理教師首先要考慮的問題.
在進行某一物理定律教學時,我們有意識補充了大量的與這一定律的建立過程有關的內容,這就是所謂的“溯源”教學.任何一個重要物理定律的建立,都有一個艱辛而漫長的過程.探索定律的工作只所以能成功,這個定律最后只所以能夠確立起來,其中一定有很多科學的研究方法和正確的推理思維方式,這些內容毫無疑問是屬于物理學科中最重要的東西,是人類一筆寶貴的知識財富,也是我們物理教學的寶貴財富.
在講授牛頓萬有引力定律時,我們從第谷對行星進行幾十年的觀測積累的大量第一手資料講起,然后是開普勒在擁有這些數(shù)據(jù)的基礎上,通過大量計算總結出描寫天體運動的經驗規(guī)律(開普勒三定律),最后才是牛頓用定量的動力學原理對這些規(guī)律予以解釋,終于發(fā)現(xiàn)了對天上、地上的物體具有普遍意義的萬有引力定律.在學習牛頓萬有引力定律的過程中,我們還著重向學生介紹了“歸納法”、“理想化”和“間接驗證”三種科學研究的重要方法.
在學習庫侖定律的過程中,我們糾正了學生由于大多數(shù)教科書敘述籠統(tǒng)而形成的錯誤觀念,使他們明白:1.庫侖當年只用扭秤做了兩個同種電荷互相排斥的實驗,而未做兩個異種電荷互相吸引的實驗,因為在后一實驗中的平衡有可能是不穩(wěn)定的.庫侖是用電擺來完成后一實驗的;2.無論是扭秤還是電擺,精確度都是很有限的,根本無法確定兩電荷之間的作用力與距離的平方成反比,更不是和距離的1.98次方或2.02次方成反比.當年的庫侖(實際上還有更早的卡文迪許),以及后來的麥克斯韋、普林普頓等人都是用另一種實驗方法將指數(shù)的精度逐漸提高,直至今天的2±3×10-16,終于使庫侖定律成為當今物理學中最精確的定律之一.結合庫侖定律的建立過程,我們還向學生介紹了“類比”和“演繹驗證”的方法.
在學習歐姆定律的過程中,學生一開始都以為研究通過導體的電流和導體兩端的電壓之間的關系是不困難的,只要用電流表、電壓表再加電源和可變電阻器等組成電路即可.可是我告訴他們,在歐姆那個年代,非但沒有電流表、電壓表等儀器,連電壓、電流和電阻的定義和單位都沒有,歐姆所面臨的困難之大是可想而知的.他到底是怎樣得到這個電學中最重要的定律的呢?學生頓時產生了濃厚的興趣.在學習歐姆定律誕生過程的同時,我們還結合歐姆的實踐,介紹了用圖線探究新規(guī)律的方法.
此外,我們還結合牛頓運動定律介紹了“理想實驗”、“推理”、“實驗研究”等方法,結合氣體定律介紹了“分析法”,結合能量的轉化和守恒定律介紹了“綜合法”.使學生比較系統(tǒng)地掌握了一些重要的科學研究方法.有的同學深有體會地說:物理定律是寶貴的,但研究物理定律的科學方法更寶貴.誰掌握了這些方法,誰就能不斷地去探索大自然層出不窮的奧秘.
在物理定律的教學中,我們在課堂上經常采用設問的方法,不是直接告訴學生某個定律是怎樣建立起來的,而是不斷地提出問題讓學生去思考,擺出困難讓學生去克服,提出任務讓學生去完成,制定目標讓學生去實現(xiàn).這樣可以有效地發(fā)展學生的創(chuàng)造性思維和解決問題的能力.
我們要求學生在課外進行大量自學.早在公元前4世紀,古希臘蘇格拉底明確強調過:“好的、正確的教學不是傳遞,而是對學生的自學輔導”.我一貫強調學生要學會自學、討論、研究.我教的優(yōu)秀學生,學得的物理知識,最多只有一半是在課堂上聽我講的,其它一概由他們自學.到一定階段,我開始指定幾個學得比較好的學生輪流給其他學生上課.每次課分兩部分,前半部分由主講同學講,后半部分由全體同學提問、討論.像王泰然和任宇翔在高二階段就給其他同學作過二十幾次講座,楊亮、謝小林、陳匯鋼等同學也不例外.
我們這種自學討論式教學還延續(xù)到學生畢業(yè)以后.獲金牌或學有所成的學生進了大學甚至出國留學后,有機會還回來給小同學談自己的體會.例如1994年暑假任宇翔從美國回國探親一個月,來學校給95、96屆學生講了10次課.他向小學友介紹物理學中一些新進展、中美物理教學中的差異以及他們當年學習過程中曾激烈爭論過的問題,使聽課的學生大受裨益.1996年暑假,謝小林和陳匯鋼兩位金牌獲得者又為97、98屆同學講了十多天課.他們既講物理知識,又講國家集訓隊隊員奮發(fā)學習的感人事跡,使小同學們大開眼界.
這樣的訓練方法也得到了權威人士的肯定.1992年10月,在上海召開的全國物理特級教師會議上,原中國物理學會副理事長、現(xiàn)全國中學物理競賽委員會主任、北京大學沈克琦教授在他的題為“國際物理奧林匹克競賽與中學物理教學”的報告中說:“我聽到兩名得金牌的上海學生講他們的老師如何培養(yǎng)他們的情況,我認為這個經驗倒很值得推廣.他們說他們的老師不是采取灌輸?shù)霓k法,而是啟發(fā)引導,要求他們給同學講課,這對他們搞清概念原理和科學地進行表達都非常有幫助.我想這可能是提高優(yōu)秀學生能力的有效方法之一.”
那么自學為什么會對提高學生的能力起這么大的作用呢?從心理學角度來看,自學與聽課可能有以下兩點不同:
(1)人類的思維活動表現(xiàn)為分析、綜合、比較、抽象、概括等過程.一個學生在自學某一個新的物理內容時,少不了理解、思考、建立正確的物理模型等工作,這里面充滿了分析、綜合、比較等過程.因此相對聽課而言,自學對學生的思維活動提出了更高的要求,從而使他們得到更大的鍛煉.
(2)人們的注意可分為無意注意、有意注意和有意后注意三種.事先沒有預定的目標,也不需要作意志努力的注意叫做無意注意;有預定的目標,在必要時還需作一定的意志努力的注意叫做有意注意.一個學生在自學的時候,他的目的一定是十分明確的,而且需要一定的意志努力(否則難以堅持),因此學生在自學時,可保證在絕大多時間內都處于有意注意的狀態(tài),這一點對提高學習效率和學習能力都是很有好處的.有的學生在自學中往往會十分投入,進入一種旁若無人的境地,而相對來說,這種情況在聽課時就比較少.一個學生堅持自學一段時間之后,便能漸漸地從有意注意轉化到有意后注意,即不需要意志努力也能夠將自己的注意力長期保持在這項工作上.有意后注意是一種高級類型的注意,它既有明確的目的,又不需要用意志努力來維持,是人類從事創(chuàng)造性活動的必需條件.學生一旦進入這種狀態(tài),他們的物理學習效率就會大大提高,學習成績就會有明顯進步.
二、實驗研究多一點
物理學是一門實驗科學,物理學中的每一個概念、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和確立主要依賴于實驗.因此,在高中物理教學中加強學生實驗方面的訓練,無疑是提高物理教學質量的一條必由之路.
目前中學物理教學大綱中安排了相對數(shù)量的學生實驗和演示實驗,不難發(fā)現(xiàn),這些實驗存在著某些不足,主要表現(xiàn)在下面幾個方面:
第一,教材中幾乎所有實驗是為配合所學內容而安排的,目的是幫助學生加深對所學內容的理解,因此學生不易通過這些實驗掌握一些重要的實驗方法.
第二,課本中每個實驗的實驗原理及操作步驟都講得十分清楚,學生只需按部就班地完成實驗操作即可.這樣的實驗只能增加學生的感性認識,鍛煉學生的動手操作能力,而對學生創(chuàng)造性思維的訓練是不夠的,也無法培養(yǎng)學生解決問題的能力.
第三,目前課本中的實驗大多是驗證性實驗,學生只要學懂了書上的定律,一般都能輕而易舉地完成實驗.這種安排違反了教育應該走在學生智力發(fā)展前面的原則,對培養(yǎng)學生的能力是不利的.
針對以上不足,我們對實驗教學內容和教學方法進行了改革,使實驗教學為發(fā)展學生的智力,提高學生的素質服務.在實驗內容的改革方面,我們主要采取了以下三條措施:
(1)增加實驗數(shù)量.
不論是在課堂演示實驗,還是在學生實驗或小實驗方面,平均增加了60%的實驗.其中有一部分新實驗,學校沒有現(xiàn)成的儀器,安排學生自己制作,對學生有較高的要求.
(2)重視實驗誤差討論.
物理實驗離不開測量,測量是實驗科學最本質的東西.從某種意義上講,結果準確的實驗就是成功的實驗,反之就是不成功的實驗.因此在培養(yǎng)優(yōu)秀學生的過程中,應該讓他們掌握一些必要的實驗誤差的基本知識.在設計實驗方案時,要求學生們盡量消除實驗的系統(tǒng)誤差;在選擇實驗器材時要考慮它的精確程度;在處理實驗數(shù)據(jù)時,要采用盡量科學的方法.
(3)加強重要實驗方法教學.
在實驗領域中有一些重要的方法,比如減小實驗系統(tǒng)誤差的方法、減小實驗偶然誤差的方法、實驗探究規(guī)律的方法、迂回測量的方法等,這些方法不是在個別實驗中,而是在許多實驗中都有應用,因此具有一定的普遍意義,這些方法一定要讓學生很好地掌握.在必要時,我們甚至根據(jù)實驗方法來安排實驗內容,集中安排幾個某種方法體現(xiàn)比較典型的實驗,這樣便于學生深刻領會和熟練掌握某一種實驗方法.
在實驗教學方法改革方面,我們做了以下嘗試:
(1)在課堂上創(chuàng)設一些實驗問題讓學生研究.
在高中階段,每周至少有4節(jié)物理課,充分利用物理課中碰到的各種各樣問題,可設計一些供學生討論的實驗題目,并引導他們一步一步地探索、解決.
我在講功率一節(jié)時,設計了這樣一個實驗題目:要求測定一個人騎自行車的功率.在自行車由靜止啟動的過程中,人做的功除了增加人和車的動能之外,還要克服空氣阻力和地面的摩擦力,其中哪些因素是主要的,哪些因素是次要的?學生根據(jù)自己騎自行車的經驗,認為空氣阻力是很明顯的,不能忽略,而地面和車輪之間的滾動摩擦一般比較小,可以忽略.接下來的問題是怎樣測量人克服空氣阻力做的功?學生都有這樣的體會:頂風騎車時,騎得越快風的阻力越大,因此可以設風的阻力和車的速度成正比.車的速度怎樣測?風的阻力和車速成正比的比例因數(shù)是多少?問題一個接著一個地出現(xiàn),被大家一個又一個地解決,終于找到了一個大家都比較滿意的實驗方案.接著全班同學興高采烈地到操場上去做實驗,最后再回到教室里,師生一起處理實驗數(shù)據(jù),作出圖象,得出實驗結果.在整個實驗過程中,除了實驗題目是由老師提出的外,實驗方案和解決問題的途徑都是由學生討論研究出來的,因此他們都覺得很有意思,收獲很大.
(2)對課本中一些重要實驗進行深入研究.
物理課本中有大量現(xiàn)成的實驗,有時可以對這些實驗進行一些討論和改進.
在做直流電路的實驗時,我們讓學生對伏安法測量導體的電阻這個實驗進行了深入的研究.用簡單的伏安法電路,不論是采用電流表內接還是電流表外接,都有系統(tǒng)誤差.結合這個問題,我給學生介紹了補償?shù)乃枷?,然后由學生自己設計了電流補償和電壓補償兩種線路.補償法解決了由于實驗電路不完善帶來的系統(tǒng)誤差,但這個矛盾解決了,電流表和電壓表不夠準確的問題上升為主要矛盾.怎么辦?經過進一步研究改進,大家認為可以用準確度高得多的電阻箱來取代電壓表和電流表,再輔以靈敏度很高的電流表,便可以明顯提高實驗結果的準確度,這就是常用的惠斯通電橋.接下來學生分別用簡單伏安法、補償伏安法和惠斯通電橋測量了同一個標準電阻,比較測量結果,可以證實先前的想法.在歷史上,從伏安法到惠斯通電橋是有一個很長的過程的,而在我們這堂實驗課中,學生經歷了這么一個碰到問題、分析問題、解決問題的完整過程.這樣的實驗課對增強學生的能力是很有幫助的.
(1)和(2)實際上都是不斷地給學生提出新的目標,誘導他們提高實驗水平,我們有時稱之為“目的誘導法”.
(3)給特優(yōu)學生安排一些特殊實驗.
我校有一批進口物理儀器,性能比較好,涉及的實驗內容面也比較廣.這批儀器的說明書是英文或日文的,我指定一名學生準備某一個實驗,要求他先翻譯好說明書,準備好器材,然后帶領其他同學做實驗.這個主講的學生還要準備好一些討論題,在實驗后供同學們討論.學生對這樣的實驗非常感興趣.此類實驗雖然有時和高考、競賽沒有直接的關系,但是這種帶有研究性的實驗對優(yōu)秀學生很有好處.
三、能力要求高一點
物理習題教學是物理教學的重要組成部分.不論是教師還是學生,都在解習題上花費了大量的時間,因此,習題教學的改革是一個很重要的問題.
就本質來說,物理習題是人們編制的一些假想物理場景.毫無疑問,物理學家是不會去做物理習題的,而他們是在研究那些真實的、尚未發(fā)現(xiàn)的物理規(guī)律.同樣,發(fā)明家也是不會去做物理習題的,他們是在力圖應用已有的物理規(guī)律去解決一系列實際問題,那么我們?yōu)槭裁匆寣W生做那么多人為假想的物理習題?目的無非是要培養(yǎng)學生的理解、分析、推理等能力.所以物理習題教學應該圍繞這個目標來進行.
我們常用以下兩種方法來進行習題教學:
(1)按照解題方法組織習題教學
一般的習題都是按力、熱、電、光的順序來講授的,但我們比較傾向于按照解題方法來講解物理習題.例如理想化法、整體法和隔離法、等效替代法、小量分析法、疊加法、對稱法、圖象法等,這樣比較有利于學生掌握一些重要的解題方法.到學習的某一階段,集中將一批用解決方法相同的習題安排給學生練習,使他們由不會用到會用這種方法.在以后的學習中,每隔一定階段讓這種方法再出現(xiàn)一次,以加深這種解題方法在大腦中的印象,達到牢固掌握,應用自如的目的.
1.1研究對象的不同對于研究對象,中學物理一般只討論自然現(xiàn)象中的簡單問題如一維問題,而大學物理討論的是二維、三維甚至多維等復雜問題。比如對于力學內容,中學力學只研究加速度為恒矢量的質點的運動學和動力學問題,而大學力學則還要研究加速度變化時的質點的運動學和動力學問題,中學力學只研究質點的運動問題,而大學物理力學還要研究剛體的運動學、動力學問題,從研究對象上看更廣更趨于一般化。中學物理僅對宏觀簡單特殊規(guī)律作一般性的認識和了解就夠了,而大學物理則要進一步研究物質運動的理論本質,要運用數(shù)理統(tǒng)計的方法得出自然界一般性的普適規(guī)律,更上升了一個理論的高度。
1.2研究方法的不同中學物理因研究對象簡單,數(shù)學知識基礎少,所以研究方法基本是歸納法,討論的規(guī)律基本上是從物理現(xiàn)象出發(fā),通過簡單實驗總結出來的簡單規(guī)律,比如中學物理力學中得出動量定理、動能定理的時候都是實驗歸納法得出的,并且涉及的力基本是恒定的,只講恒力的沖量、恒力的功,平均沖力等,在電磁學中只介紹勻強磁場、勻強電場的規(guī)律等。而大學物理與自然實際就更接近了,要討論變力的沖量、變力所做的功、非均勻磁場、電場,而研究這些復雜問題所用工具主要是高等數(shù)學的微積分思想、矢量代數(shù),通過數(shù)學推導演繹的方法結合物理概念得出物理規(guī)律,即大學物理講的規(guī)律比中學物理的規(guī)律又上升了一個理論的高度。
1.3教學內容和教學進度的不同從教學內容來講,中學物理量少,概念、原理、規(guī)律簡單,對物理基本概念和基本定律只有初步淺層的認識,而大學物理涉及的知識量大,概念、原理多且相對復雜,對物理基本規(guī)律和物理基本定律要求更多的是掌握其本質和內涵。從教學進度上講,中學物理講的較慢,每個概念,每個公式,每個原理教師會進行全面詳細講解,每一個知識點教師都會講透講精,講課重點放在解題技巧的應試訓練上,教師會給學生總結題型,歸納方法,并督促學生為了高考不斷學習,學生的學多是跟著教師按部就班。而大學物理教學內容量大,而教學時數(shù)非常有限,進度快,教師講課一般都只著重把握知識整體框架,講清思路,注重理論性、系統(tǒng)性,不象中學那樣講得精細全面。對于解題方法有總結歸納,但習題課的次數(shù)較少,學生運用所學知識解決問題的能力較弱,對習慣于被安排、缺乏學習主動性的中學生,就很難在短時間內適應大學教學過程。
1.4學生學習方法的不同中學生一般課前不預習,課后也很少翻閱知識輔導書,只要課堂上跟著老師聽課,課余時間除了完成老師布置的作業(yè)外,就是作大量的習題,實行題海戰(zhàn)術,重復熟練程度高,認為學好物理的標準就是多做題,解難題,學生自主接受新知識的能力較差,不善于提問題,對教師的依賴性較強。而大學生必須做到課前預習,帶著問題去聽課,課堂上抓住重點、難點,做好課堂筆記,課后要翻閱大量課外資料,對所學知識要融會貫通,及時復結,做的題目不在多,而在精,要學會自學,善于提出問題,要有比較強的學習主體意識。中學物理由于數(shù)學知識的欠缺,很多物理概念、規(guī)律都是直接給出,沒有經過推導,這就決定了中學生接受物理知識的方式主要靠記憶,而大學由于有了高等數(shù)學、矢量代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計等工具,物理概念、物理規(guī)律大多可以做詳盡的推理,因而大學物理學習概念更注重概念的理解和掌握,物理過程的分析和論證。
2如何做好大學物理和中學物理教學的銜接
2.1循序漸進,適當放慢教學進度學生已習慣于中學教學慢節(jié)奏,少容量,講練結合的教學方法,若一開始就進行快節(jié)奏,大容量的教學,學生一下子不能適應,這不僅影響了大學物理的教學效果,同時也會挫傷學生學習物理的積極性。所以,我們在教學過程中最初應適當放慢教學進度,使學生逐漸適應,慢慢逐步進入正常的教學進度,從而達到讓學生適應大學的教學進度,學會大學的學習方法。
2.2通過物理緒論課灌輸大學物理的重要性大學教師應充分考慮大學物理和中學物理的區(qū)別,從一開始就讓學生明白大學物理和中學物理在研究對象、研究內容、學習方法等方面有許多的不同,讓學生知道大學物理不是中學物理的簡單重復。同時我們在緒論課中,應介紹物理學的發(fā)展歷史、物理學的發(fā)展現(xiàn)狀和物理學的發(fā)展的未來展望,從而引起學生學習物理學的興趣,另外對理工科學生來說,可以適當?shù)亟o他們介紹物理學和自己未來的專業(yè)的聯(lián)系,以提高他們學習物理的積極性,例如對我們紡織專業(yè)的學生,可適當介紹量子力學與紡織材料等、質點、剛體力學與紡織機械方面的關系。同時還應強調,大學物理的基礎學科性質,學學物理不僅僅服務于后續(xù)的專業(yè)知識,更重要的是學會一種思維的方法、學習方法以及研究問題的方法。
2.3從中學物理內容過渡導入大學物理課題在教學內容方面,很多大學物理知識是在中學物理內容基礎上的提高,教師在物理教學時應簡要復習中學教材內容,使學生對所學過的內容做一個簡單回憶,隨后指出中學物理知識的局限性或特殊性,從而比較自然地引入內容,使學生順利地從中學物理知識過渡到大學物理知識的學習。要做到這一點,必須了解和研究中學物理教材內容,比如直線運動,中學研究了勻加速或勻減速直線運動,但加速度變化時的直線運動該如何考慮呢?比如圓周運動,中學研究的是勻速圓周運動的規(guī)律,但當速率變化時,圓周運動的規(guī)律又是如何呢?恒力的沖量的定義式和恒力做功的公式中學里都學過,變力的沖量和變力所作的做功又如何計算呢?這樣中學內容過渡導入的話學生會很容易從已學過的知識比較順利地過渡到大學知識。
有人可能認為培養(yǎng)優(yōu)秀學生主要靠課外小組和個別輔導,與課堂教學關系不大,這種看法是片面的,實際上課堂教學也是至關重要的.本文著重從高中物理課堂教學這一側面來總結取得這些成果的經驗.
我們十多年來的課堂教學經驗可以總結成三句話:追根尋源真一點,實驗研究多一點,能力要求高一點,簡稱“三點”教學法,因此我們稱自己的教材為“三點”法教材.
我們的“三點”法教學完全是根據(jù)國家教委頒布的高中物理教學大綱編寫的.因為我們面對的是全班學生,不可能而且也不應該把課堂教學變成物理競賽輔導,我們確確實實通過課堂教學明顯提高了學生的素質和能力,為學生在高考和物理競賽中取得優(yōu)異成績打下了扎實的基礎.
一、追根尋源真一點
一個學生學習物理,首先接觸到的就是物理定律.因此,怎樣搞好物理定律教學,必然是每個物理教師首先要考慮的問題.
在進行某一物理定律教學時,我們有意識補充了大量的與這一定律的建立過程有關的內容,這就是所謂的“溯源”教學.任何一個重要物理定律的建立,都有一個艱辛而漫長的過程.探索定律的工作只所以能成功,這個定律最后只所以能夠確立起來,其中一定有很多科學的研究方法和正確的推理思維方式,這些內容毫無疑問是屬于物理學科中最重要的東西,是人類一筆寶貴的知識財富,也是我們物理教學的寶貴財富.
在講授牛頓萬有引力定律時,我們從第谷對行星進行幾十年的觀測積累的大量第一手資料講起,然后是開普勒在擁有這些數(shù)據(jù)的基礎上,通過大量計算總結出描寫天體運動的經驗規(guī)律(開普勒三定律),最后才是牛頓用定量的動力學原理對這些規(guī)律予以解釋,終于發(fā)現(xiàn)了對天上、地上的物體具有普遍意義的萬有引力定律.在學習牛頓萬有引力定律的過程中,我們還著重向學生介紹了“歸納法”、“理想化”和“間接驗證”三種科學研究的重要方法.
在學習庫侖定律的過程中,我們糾正了學生由于大多數(shù)教科書敘述籠統(tǒng)而形成的錯誤觀念,使他們明白:1.庫侖當年只用扭秤做了兩個同種電荷互相排斥的實驗,而未做兩個異種電荷互相吸引的實驗,因為在后一實驗中的平衡有可能是不穩(wěn)定的.庫侖是用電擺來完成后一實驗的;2.無論是扭秤還是電擺,精確度都是很有限的,根本無法確定兩電荷之間的作用力與距離的平方成反比,更不是和距離的1.98次方或2.02次方成反比.當年的庫侖(實際上還有更早的卡文迪許),以及后來的麥克斯韋、普林普頓等人都是用另一種實驗方法將指數(shù)的精度逐漸提高,直至今天的2±3×10-16,終于使庫侖定律成為當今物理學中最精確的定律之一.結合庫侖定律的建立過程,我們還向學生介紹了“類比”和“演繹驗證”的方法.
在學習歐姆定律的過程中,學生一開始都以為研究通過導體的電流和導體兩端的電壓之間的關系是不困難的,只要用電流表、電壓表再加電源和可變電阻器等組成電路即可.可是我告訴他們,在歐姆那個年代,非但沒有電流表、電壓表等儀器,連電壓、電流和電阻的定義和單位都沒有,歐姆所面臨的困難之大是可想而知的.他到底是怎樣得到這個電學中最重要的定律的呢?學生頓時產生了濃厚的興趣.在學習歐姆定律誕生過程的同時,我們還結合歐姆的實踐,介紹了用圖線探究新規(guī)律的方法.
此外,我們還結合牛頓運動定律介紹了“理想實驗”、“推理”、“實驗研究”等方法,結合氣體定律介紹了“分析法”,結合能量的轉化和守恒定律介紹了“綜合法”.使學生比較系統(tǒng)地掌握了一些重要的科學研究方法.有的同學深有體會地說:物理定律是寶貴的,但研究物理定律的科學方法更寶貴.誰掌握了這些方法,誰就能不斷地去探索大自然層出不窮的奧秘.
在物理定律的教學中,我們在課堂上經常采用設問的方法,不是直接告訴學生某個定律是怎樣建立起來的,而是不斷地提出問題讓學生去思考,擺出困難讓學生去克服,提出任務讓學生去完成,制定目標讓學生去實現(xiàn).這樣可以有效地發(fā)展學生的創(chuàng)造性思維和解決問題的能力.
我們要求學生在課外進行大量自學.早在公元前4世紀,古希臘蘇格拉底明確強調過:“好的、正確的教學不是傳遞,而是對學生的自學輔導”.我一貫強調學生要學會自學、討論、研究.我教的優(yōu)秀學生,學得的物理知識,最多只有一半是在課堂上聽我講的,其它一概由他們自學.到一定階段,我開始指定幾個學得比較好的學生輪流給其他學生上課.每次課分兩部分,前半部分由主講同學講,后半部分由全體同學提問、討論.像王泰然和任宇翔在高二階段就給其他同學作過二十幾次講座,楊亮、謝小林、陳匯鋼等同學也不例外.
我們這種自學討論式教學還延續(xù)到學生畢業(yè)以后.獲金牌或學有所成的學生進了大學甚至出國留學后,有機會還回來給小同學談自己的體會.例如1994年暑假任宇翔從美國回國探親一個月,來學校給95、96屆學生講了10次課.他向小學友介紹物理學中一些新進展、中美物理教學中的差異以及他們當年學習過程中曾激烈爭論過的問題,使聽課的學生大受裨益.1996年暑假,謝小林和陳匯鋼兩位金牌獲得者又為97、98屆同學講了十多天課.他們既講物理知識,又講國家集訓隊隊員奮發(fā)學習的感人事跡,使小同學們大開眼界.
這樣的訓練方法也得到了權威人士的肯定.1992年10月,在上海召開的全國物理特級教師會議上,原中國物理學會副理事長、現(xiàn)全國中學物理競賽委員會主任、北京大學沈克琦教授在他的題為“國際物理奧林匹克競賽與中學物理教學”的報告中說:“我聽到兩名得金牌的上海學生講他們的老師如何培養(yǎng)他們的情況,我認為這個經驗倒很值得推廣.他們說他們的老師不是采取灌輸?shù)霓k法,而是啟發(fā)引導,要求他們給同學講課,這對他們搞清概念原理和科學地進行表達都非常有幫助.我想這可能是提高優(yōu)秀學生能力的有效方法之一.”
那么自學為什么會對提高學生的能力起這么大的作用呢?從心理學角度來看,自學與聽課可能有以下兩點不同:
(1)人類的思維活動表現(xiàn)為分析、綜合、比較、抽象、概括等過程.一個學生在自學某一個新的物理內容時,少不了理解、思考、建立正確的物理模型等工作,這里面充滿了分析、綜合、比較等過程.因此相對聽課而言,自學對學生的思維活動提出了更高的要求,從而使他們得到更大的鍛煉.
(2)人們的注意可分為無意注意、有意注意和有意后注意三種.事先沒有預定的目標,也不需要作意志努力的注意叫做無意注意;有預定的目標,在必要時還需作一定的意志努力的注意叫做有意注意.一個學生在自學的時候,他的目的一定是十分明確的,而且需要一定的意志努力(否則難以堅持),因此學生在自學時,可保證在絕大多時間內都處于有意注意的狀態(tài),這一點對提高學習效率和學習能力都是很有好處的.有的學生在自學中往往會十分投入,進入一種旁若無人的境地,而相對來說,這種情況在聽課時就比較少.一個學生堅持自學一段時間之后,便能漸漸地從有意注意轉化到有意后注意,即不需要意志努力也能夠將自己的注意力長期保持在這項工作上.有意后注意是一種高級類型的注意,它既有明確的目的,又不需要用意志努力來維持,是人類從事創(chuàng)造性活動的必需條件.學生一旦進入這種狀態(tài),他們的物理學習效率就會大大提高,學習成績就會有明顯進步.
二、實驗研究多一點
物理學是一門實驗科學,物理學中的每一個概念、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和確立主要依賴于實驗.因此,在高中物理教學中加強學生實驗方面的訓練,無疑是提高物理教學質量的一條必由之路.
目前中學物理教學大綱中安排了相對數(shù)量的學生實驗和演示實驗,不難發(fā)現(xiàn),這些實驗存在著某些不足,主要表現(xiàn)在下面幾個方面:
第一,教材中幾乎所有實驗是為配合所學內容而安排的,目的是幫助學生加深對所學內容的理解,因此學生不易通過這些實驗掌握一些重要的實驗方法.
第二,課本中每個實驗的實驗原理及操作步驟都講得十分清楚,學生只需按部就班地完成實驗操作即可.這樣的實驗只能增加學生的感性認識,鍛煉學生的動手操作能力,而對學生創(chuàng)造性思維的訓練是不夠的,也無法培養(yǎng)學生解決問題的能力.
第三,目前課本中的實驗大多是驗證性實驗,學生只要學懂了書上的定律,一般都能輕而易舉地完成實驗.這種安排違反了教育應該走在學生智力發(fā)展前面的原則,對培養(yǎng)學生的能力是不利的.
針對以上不足,我們對實驗教學內容和教學方法進行了改革,使實驗教學為發(fā)展學生的智力,提高學生的素質服務.在實驗內容的改革方面,我們主要采取了以下三條措施:
(1)增加實驗數(shù)量.
不論是在課堂演示實驗,還是在學生實驗或小實驗方面,平均增加了60%的實驗.其中有一部分新實驗,學校沒有現(xiàn)成的儀器,安排學生自己制作,對學生有較高的要求.
(2)重視實驗誤差討論.
物理實驗離不開測量,測量是實驗科學最本質的東西.從某種意義上講,結果準確的實驗就是成功的實驗,反之就是不成功的實驗.因此在培養(yǎng)優(yōu)秀學生的過程中,應該讓他們掌握一些必要的實驗誤差的基本知識.在設計實驗方案時,要求學生們盡量消除實驗的系統(tǒng)誤差;在選擇實驗器材時要考慮它的精確程度;在處理實驗數(shù)據(jù)時,要采用盡量科學的方法.
(3)加強重要實驗方法教學.
在實驗領域中有一些重要的方法,比如減小實驗系統(tǒng)誤差的方法、減小實驗偶然誤差的方法、實驗探究規(guī)律的方法、迂回測量的方法等,這些方法不是在個別實驗中,而是在許多實驗中都有應用,因此具有一定的普遍意義,這些方法一定要讓學生很好地掌握.在必要時,我們甚至根據(jù)實驗方法來安排實驗內容,集中安排幾個某種方法體現(xiàn)比較典型的實驗,這樣便于學生深刻領會和熟練掌握某一種實驗方法.
在實驗教學方法改革方面,我們做了以下嘗試:
(1)在課堂上創(chuàng)設一些實驗問題讓學生研究.
在高中階段,每周至少有4節(jié)物理課,充分利用物理課中碰到的各種各樣問題,可設計一些供學生討論的實驗題目,并引導他們一步一步地探索、解決.
我在講功率一節(jié)時,設計了這樣一個實驗題目:要求測定一個人騎自行車的功率.在自行車由靜止啟動的過程中,人做的功除了增加人和車的動能之外,還要克服空氣阻力和地面的摩擦力,其中哪些因素是主要的,哪些因素是次要的?學生根據(jù)自己騎自行車的經驗,認為空氣阻力是很明顯的,不能忽略,而地面和車輪之間的滾動摩擦一般比較小,可以忽略.接下來的問題是怎樣測量人克服空氣阻力做的功?學生都有這樣的體會:頂風騎車時,騎得越快風的阻力越大,因此可以設風的阻力和車的速度成正比.車的速度怎樣測?風的阻力和車速成正比的比例因數(shù)是多少?問題一個接著一個地出現(xiàn),被大家一個又一個地解決,終于找到了一個大家都比較滿意的實驗方案.接著全班同學興高采烈地到操場上去做實驗,最后再回到教室里,師生一起處理實驗數(shù)據(jù),作出圖象,得出實驗結果.在整個實驗過程中,除了實驗題目是由老師提出的外,實驗方案和解決問題的途徑都是由學生討論研究出來的,因此他們都覺得很有意思,收獲很大.
(2)對課本中一些重要實驗進行深入研究.
物理課本中有大量現(xiàn)成的實驗,有時可以對這些實驗進行一些討論和改進.
在做直流電路的實驗時,我們讓學生對伏安法測量導體的電阻這個實驗進行了深入的研究.用簡單的伏安法電路,不論是采用電流表內接還是電流表外接,都有系統(tǒng)誤差.結合這個問題,我給學生介紹了補償?shù)乃枷?,然后由學生自己設計了電流補償和電壓補償兩種線路.補償法解決了由于實驗電路不完善帶來的系統(tǒng)誤差,但這個矛盾解決了,電流表和電壓表不夠準確的問題上升為主要矛盾.怎么辦?經過進一步研究改進,大家認為可以用準確度高得多的電阻箱來取代電壓表和電流表,再輔以靈敏度很高的電流表,便可以明顯提高實驗結果的準確度,這就是常用的惠斯通電橋.接下來學生分別用簡單伏安法、補償伏安法和惠斯通電橋測量了同一個標準電阻,比較測量結果,可以證實先前的想法.在歷史上,從伏安法到惠斯通電橋是有一個很長的過程的,而在我們這堂實驗課中,學生經歷了這么一個碰到問題、分析問題、解決問題的完整過程.這樣的實驗課對增強學生的能力是很有幫助的.
(1)和(2)實際上都是不斷地給學生提出新的目標,誘導他們提高實驗水平,我們有時稱之為“目的誘導法”.
(3)給特優(yōu)學生安排一些特殊實驗.
我校有一批進口物理儀器,性能比較好,涉及的實驗內容面也比較廣.這批儀器的說明書是英文或日文的,我指定一名學生準備某一個實驗,要求他先翻譯好說明書,準備好器材,然后帶領其他同學做實驗.這個主講的學生還要準備好一些討論題,在實驗后供同學們討論.學生對這樣的實驗非常感興趣.此類實驗雖然有時和高考、競賽沒有直接的關系,但是這種帶有研究性的實驗對優(yōu)秀學生很有好處.
三、能力要求高一點
物理習題教學是物理教學的重要組成部分.不論是教師還是學生,都在解習題上花費了大量的時間,因此,習題教學的改革是一個很重要的問題.
就本質來說,物理習題是人們編制的一些假想物理場景.毫無疑問,物理學家是不會去做物理習題的,而他們是在研究那些真實的、尚未發(fā)現(xiàn)的物理規(guī)律.同樣,發(fā)明家也是不會去做物理習題的,他們是在力圖應用已有的物理規(guī)律去解決一系列實際問題,那么我們?yōu)槭裁匆寣W生做那么多人為假想的物理習題?目的無非是要培養(yǎng)學生的理解、分析、推理等能力.所以物理習題教學應該圍繞這個目標來進行.
我們常用以下兩種方法來進行習題教學:
(1)按照解題方法組織習題教學
一般的習題都是按力、熱、電、光的順序來講授的,但我們比較傾向于按照解題方法來講解物理習題.例如理想化法、整體法和隔離法、等效替代法、小量分析法、疊加法、對稱法、圖象法等,這樣比較有利于學生掌握一些重要的解題方法.到學習的某一階段,集中將一批用解決方法相同的習題安排給學生練習,使他們由不會用到會用這種方法.在以后的學習中,每隔一定階段讓這種方法再出現(xiàn)一次,以加深這種解題方法在大腦中的印象,達到牢固掌握,應用自如的目的.
根據(jù)目前高中物理課程的設置情況和物理課的教學特點,遵循由淺入深、循序漸近、個個擊破的教學原則,整個高中物理能力培養(yǎng)可分為過渡階段、正常階段、提高階段、完善階段四個階段完成。
1過渡階段。學生由初中進入高中,由于知識臺階較大,加之一開始就遇到受力分析、力的矢量運算運動規(guī)律、動力學等問題,學生會感到困難重重,束手無策。因此,在高一第一學期的教學中,教師除按要求培養(yǎng)學生的識記、理解和簡單應用能力外,要著重在培養(yǎng)學生的學習興趣和良好的學習習慣上下功夫。剛上高一的同學,自學能力較差,課前預習和課后復習的任務難以落實,可根據(jù)課文,每節(jié)課給學生適量的閱讀時間,教師指導學生閱讀課文,以培養(yǎng)學生的閱讀理解能力;為減少課堂的單調呆板氣氛,可采用啟發(fā)、演示、討論等多種方法教學,以調動思維,活躍氣氛,激發(fā)興趣;可將主要概念、定律、定理等內容通過聽寫方式讓學生記錄,既控制了學生的注意力,又培養(yǎng)了學生的手腦并用和速記能力;可設置一些課堂作業(yè),讓學生在限定時間內完成,以培養(yǎng)學生的獨立思考和速算能力。
2正常階段。通過第一學期的教學,大部分學生都應適應高中物理的教學特點,達到正常學習狀態(tài)。這時,教師的重點要放在按教學大綱和會考大綱的要求實施教學方面來。吃透教材,把握重點、難點,在每節(jié)課中貫徹落實能力培養(yǎng)目標。通過第二學期和高二學年的教學,全面完成會考大綱中要求的能力培養(yǎng)目標任務,使學生達到會考的能力和水平要求,順利通過會考關。
3提高階段。會考是水平考試,高考是能力考試。進入高三后,由于理科學生要參加物理高考,而力學和電學部分又是高考的重點,所以,在選修課教學中,在重點提高力學和電學知識水平的同時,要著重開拓學生的智能,培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力以及獨立創(chuàng)新的能力。教師的精力應放在精選習題、優(yōu)化和組合試題上來,通過高質量的習題和試題,加強對學生的訓練,以提高學生的五大能力,使之接近高考的能力水平。
4完善階段。根據(jù)近年來物理高考試題考查知識點多、覆蓋面大、命題新穎、題型多樣化、智能性強等特點,在總復習教學中,教師要確定好復習目標,制定出教學策略,處理好教師與教材、教師和學生、學生和教材之間的矛盾,把握好以下的原則:重點知識結構化———抓各部分知識的中心點,將知識以此中心組織起來,形成知識網(wǎng)絡,找出各網(wǎng)絡間物理量的相互關系。
基礎知識系統(tǒng)化———打破原教材的排序結構,系統(tǒng)地劃分、歸類和排列基礎知識。難點
知識問題化———以問題解決難點,精編一些含有難點知識的習題,讓學生在解題過程中消化和理解知識,突破難點知識。
習題結構梯形化——基、中、難一起練,讓學生做適量的習題,提高思路,強化聯(lián)系,加深理解。
復習方法多樣化———在研究知識、研究學生、精選習題及教學方法等方面多下功夫。
二、確定各能力的培養(yǎng)措施
好的培養(yǎng)措施,既可達到培養(yǎng)目標,又可省時省力,起到事半功倍的作用。作為一個物理教師,應該因人、因材科學地確定每一能力的培養(yǎng)措施。如課堂以學生為主體,教師為主導,采用啟發(fā)、講解、指導、討論等措施,激發(fā)學習興趣,養(yǎng)成良好的學習習慣;恰當?shù)匕才帕曨},培養(yǎng)學生的解題能力;讓學生自己動手動腦做實驗,觀察自然現(xiàn)象,用所學知識進行分析研究,得出正確的結論,培養(yǎng)其觀察、實驗能力;組織學生進行必要的討論,發(fā)表自己的見解,通過對某一概念的形成、規(guī)律的得出、模型的建立、知識的應用的探討,培養(yǎng)學生的分析、概括、抽象、推理、想象、判斷等思維能力。
三、能力培養(yǎng)在教學中的具體落實
各種能力的培養(yǎng)是貫穿于整個高中物理教學中自始至終的任務,大到三年的教學,小到每節(jié)課,甚至再小到一個概念的建立、一道題的解答,都牽扯到能力培養(yǎng)問題。而每一環(huán)節(jié)中,又有具體的能力培養(yǎng)目標。因此,教師在教學中,要根據(jù)教材內容及大綱要求,明確每課時中能力培養(yǎng)目標,結合學生情況,認真?zhèn)湔n,確定完成方案,選用適當?shù)慕虒W方法,因人因材施教,完成培養(yǎng)方案。
四、檢驗能力培養(yǎng)結果,完善能力培養(yǎng)措施