層次教學(xué)在中學(xué)物理力學(xué)中的教學(xué)探索

萬久長

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，而以力學(xué)、電學(xué)為重點(diǎn)。本文就力學(xué)部分的教學(xué)法談點(diǎn)看法。

一、從全局觀點(diǎn)分析力學(xué)部分教材

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。動能定理和動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)動學(xué)，最后講動力學(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。即學(xué)習(xí)靜力學(xué)時，有牛頓第三定律做準(zhǔn)備知識，學(xué)習(xí)牛頓第二定律時，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)。

2.物理思維方式

思維是人腦對客觀事物進(jìn)行加工的過程，是人腦的功能，通過表象、概念判斷和推理以及其它過程來反映客觀現(xiàn)象的能動過程。物理思維就是運(yùn)用思維的一般規(guī)律于物理學(xué)習(xí)、研究中所體現(xiàn)的具體的一種思維方式。在教材分析中掌握物理思維結(jié)構(gòu)，就是要掌握怎樣運(yùn)用思維的基本形式（概念、推理、論證等）和思維的基本方法（比較、分類、鑒別、分析、綜合、歸納、證明、反駁等）以便能更好地、有目的地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。第一章“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)是一個要素，還不如說力的作用線是一個要素。物體的平衡，用了“平衡”和“固定轉(zhuǎn)動軸的物體”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。第二章“物體的運(yùn)動”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)這個理想化模型，在研究物體在一直線上的運(yùn)動以后，立即研究物體在一個平面內(nèi)運(yùn)動的有關(guān)概念、規(guī)律和描述方法。運(yùn)動學(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)動的速度的合成與分解運(yùn)用了分析、綜合、等效的方法。第三章“牛頓運(yùn)動定律”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。當(dāng)今的實(shí)驗(yàn)已能近似地驗(yàn)證這個定律，例如用氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)，運(yùn)動物體——滑塊在水平方向可以近似地認(rèn)為不受力，因而它近似地做水平勻速直線運(yùn)動。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，牛頓第一定律有可能得到更加嚴(yán)密的證明。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，動量、動量守恒這幾章中，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)動學(xué)和動力學(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。這此規(guī)律能夠相互推導(dǎo)，這說明它們之間存在著內(nèi)在聯(lián)系。動量定理出自于牛頓第二定律，又異于牛頓第二定律。

3.數(shù)學(xué)是表達(dá)物理學(xué)規(guī)律最精確的語言

在教學(xué)過程中，只有將教材的教學(xué)方法、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)解決什么是矢量和矢量的運(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，體會矢量的質(zhì)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”這一章中，先提出質(zhì)點(diǎn)這個理想化模型，并研究質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)中的幾個基本概念、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)動的合成與分解的矢量運(yùn)算。

二、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

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。在中學(xué)物理教學(xué)中，貫穿力學(xué)的兩條主線——動能定理和動量定理、機(jī)械能轉(zhuǎn)換和守恒定律及動量守恒定律。這兩個定理、兩個定律來源于牛頓運(yùn)動定律，與牛頓三定律一起構(gòu)成質(zhì)點(diǎn)動力學(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)動定律，為這兩個定理打好基礎(chǔ)。動量定理、動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)動定律等價，可代替牛頓二定律的矢量表達(dá)式中的某分量式，而不是什么新的表達(dá)式。但是動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)換定律也是反映自然現(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)動的范圍。