高三物理復習中學生物理素養的培養

劉維建

【摘 要】素養是指一個人的修養，與素質同義，《辭海》對素質一詞的定義有三個方面，其中之一就是完成某種活動所必需的基本條件。科學素養，即對于科學知識達到基本的了解程度；對科學的研究過程和方法達到基本的了解程度；對于科學技術對社會和個人所產生的影響達到基本的了解程度。物理學科的核心素養是指學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質，包括物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任。物理學是自然科學的基礎，這就決定了物理教學在培養學生科學素養中的重要作用，本文結合高三復習的實際，談談在物理復習中培養學生物理素養的想法和粗淺做法。

【關鍵詞】高三學生；物理素養

一、挖掘教材中的人文素材，引導學生樹立正確的科學態度與責任

常言道：榜樣的作用是無窮的，在高三物理復習中可以適時地將科學家的事跡介紹給學生，去感染學生。例如，在復習原子模型建立的過程，先從湯姆孫發現電子開始，發現原子還可以再分，同時提出他的棗糕模型。但是，他的學生盧瑟福在做α粒子散射實驗后，通過對實驗結果研究分析，否定了湯姆孫的棗糕模型， 并提出了自己的模型——原子核式結構模型。盧瑟福發現波爾具有非凡的理論才能，便建議波爾去從事理論研究，波爾從原子的穩定性與經典電磁理論的矛盾出發， 一開始就放棄在原子領域運用經典的電磁理論，而以光的量子學說作為探索的門徑。他想，既然hν表示光子能量， 就可以假設原子輻射光子的能量是用兩個差項表示的，兩項的差是否表示氫原子輻射光的時候，原子就從一個狀態躍遷到另一個狀態，或者可以想象電子就如太陽系中的某行星從一個較高的軌道縮小到較低的軌道呢？波爾正是根據這些推理想象結合氫原子光譜的特征，提出了關于氫原子模型的兩條假設的。這樣復習物理理論建立的過程，不僅使學生易于理解和掌握波爾的理論，而且學生會從波爾敢于第一次把量子論應用于原子領域的科學膽略和他那嚴謹的治學態度、嚴密的思維方法中受到教益，發展自己的推理能力和想象能力。

二、利用物理概念規律教學，培養物理科學思維方法

在物理概念和規律的教學過程中，不僅要讓學生掌握概念和規律本身，還要對規律的建立過程、研究問題的科學方法進行深入了解，更重要的是掌握如何應用這些科學方法去解決具體問題。在講勻變速直線運動位移規律時，教材是從勻變速直線運動的v-t圖像的“面積”表示位移著手的，一步一步推導出來的，至于為何梯形的“面積”就可以表示物體的位移，教材里實際上采用了微元的思想，在每一個微元里，速度認為是不變的，這實際上是化變量為恒量的思想。在復習功這一部分內容時，經常會遇到變力做功問題。例如：如圖1所示，擺球質量為m，懸線長度為L，把懸線拉到水平位置后放手。設在擺球從A點運動到B點的過程中空氣阻力的大小F阻不變，則下列說法正確的是（ ）

A.重力做功為mgL；B.懸線的拉力做功為0

C.空氣阻力做功為-mgL；D.空氣阻力做功為- F阻πL

將物體的位移分割成許多小段，因每一段很小，每一小段上作用在物體上的力可以視為恒力，這樣就將變力做功轉化為在無數多個位移上的恒力所做功的代數和。此法常用于求解大小不變、方向改變的變力做功問題。

三、通過物理實驗的復習，使學生了解實驗探究的一般步驟

在探究加速度跟力和質量的關系、探究合力做功與速度變化的關系，大部分學生都知道都要平衡摩擦力，但不知道為什么要平衡摩擦力；用圖像處理數據是常用的一種方法，學生熟悉的是驗證牛頓第二定律和測定電池電動勢和內電阻的實驗用圖像法來處理數據，但對于一些創新型的實驗就不會處理了。而物理實驗所考察的內容也并非教材中現有的實驗，是以所掌握的實驗原理、技能自行設計的實驗為主。例如：用如圖甲實驗裝置驗證m 、m 組成的系統機械能守恒。m 從高處由靜止開始下落，m 上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點進行測量，即可驗證機械能守恒定律。圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個點，每相鄰兩計數點間還有4個打下的點（圖中未標出），計數點間的距離如圖所示。已知m =50g，m =150g，則（計算結果保留兩位有效數字）

（1）在紙帶上打下計數點5時的速度v=______m/s。

（2）在計數點0～5過程中系統動能的增量ΔEk=______J。為了簡化計算，設g=9.8m/s ，則系統勢能的減少量ΔEp=________J。

（3）實驗結果顯示ΔEp>ΔEk，那么造成這一現象的主要原因是________________。

（4）在本實驗中，若某同學作出了 v -h圖像，如圖丙，h為從起點量起的長度，則據此得到當地的重力加速度g=________m/s 。

設計了這樣幾個小問題：1. 題中第一句話能得到什么信息（研究對象、實驗目的）；2.需要驗證的表達式（實驗原理）；3.如何驗證（實驗步驟）；4.圖像斜率的意義（圖像法處理數據）；5.ΔEp>ΔEk的主要原因（系統誤差、偶然誤差），這樣逐步讓學生體會實驗探究的一般步驟。在復習實驗時經常有意識的強化，學生會逐步掌握實驗探究的一般步驟。

四、通過一題多解，掌握動力學方法和功能關系方法在解題中的應用

例：如圖2所示，質量為m的小球，從離地面高H處由靜止開始釋放，落到地面后繼續陷入泥中h深度而停止，設小球受到空氣阻力為f，重力加速度為g，則下列說法正確的是

A.小球落地時動能等于mgH

B.小球陷入泥中的過程中克服泥的阻力所做的功小于剛落到地面時的動能

C.整個過程中小球克服阻力做的功等于mg（H+h）

D.小球在泥土中受到的平均阻力為mg（1+ ）

對于D選項，要求學生寫出小球在泥土中受到的平均阻力的解題過程。學生通常有以下兩種思路：1.小球的運動分兩個階段，第一個階段加速，求出第一個階段的末速度，也就是小球落到地面時的速度，第二個階段減速，就是小球在泥土里的運動，末速度為零，應用運動學公式可求出加速度，再對小球受力分析，利用牛頓第二定律，求出小球收到的平均阻力；2.分析得出小球在下落的過程中有重力做功、空氣阻力做功、泥土阻力做功，并且把各個力做功的表達式正確的表示出來，又分析整個過程動能變化為零，利用動能定理一個式子就搞定。兩種解題方法用第一種的人少些，用第二種的人多些。我把兩種解法投影出來，讓學生討論：兩解法有沒有問題；分別用的什么觀念處理的；哪一種方法好一些，為什么。最后總結：第一種解法用的是動力學觀念，第二種解法用的是能量觀念，都對，在不涉及時間、加速度的問題時，采用能量觀念處理問題要簡單些，因為不需要涉及中間狀態的分析，研究整個過程就可以了。經常進行對比分析，學生就可以熟練掌握處理力學問題的兩個途徑了，結合動量的觀念處理問題在現行的考試模式下對學生不做要求。

現行的高考模式決定了物理學科的地位，表現在課時上比語數外要少得多，而考試的內容不會減少，我們就會在課堂上會不自覺灌輸物理知識，從而忽視學生物理學科素養的培養，這對學生的終身發展產生不好的影響。只要教師充分認識到物理學科素養的重要性，在課堂上有意識的培養學生的物理學科素養，就一定能培養出具有良好的科學態度、科學情感、基本科學探究能力的學生。