淺談高中物理學習方法

李博

[摘? ?要]簡要回顧物理學的發(fā)展歷程，對比天津2017級高一新生的選課走班情況，提出新課改下的一種學習方法——將邏輯化、抽象化的物理思維滲透到理想化的物理模型中，展現清晰的物理情境，運用靈活多變的物理方法幫助學生有效掌握科學的學習規(guī)律，打造開啟物理知識寶庫的金鑰匙。

[關鍵詞]新課改; 物理模型; 物理思維; 分析方法

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）20-0046-02

一、引言

近代物理學建立之初，牛頓總結前人經驗，發(fā)現了牛頓運動定律和萬有引力定律，從而揭示了天上地下物體的普遍運動規(guī)律，進而引發(fā)了第一次工業(yè)革命。隨著物理學理論的逐步成熟，麥克斯韋經過深入研究，最終把電、磁、光統(tǒng)一起來，建立了經典電磁理論，預言了電磁波的存在，直接引發(fā)了電氣及無線電技術領域的革命。20世紀初，由愛因斯坦等科學家創(chuàng)立的相對論與量子力學體系將人類帶入信息時代，極大地豐富了人類文明。

隨著科技的迅猛發(fā)展，高中物理學習顯得尤為重要。天津市2017年開始實施高中新課改以來，對物理教學內容進行了同步改革。但從首屆高一選科情況來看，許多學生對物理學習的積極性并沒有明顯提高，教師都力求通過各種途徑激發(fā)學生的學習興趣，幫助學生掌握科學的物理學習方法。本文圍繞物理模型、物理思維、物理分析方法在高中物理學習中的應用展開討論。

二、構建物理模型，提煉物理本質

在中學物理學習中，常常會涉及一些非理想化的情況，如飛機，在我們實際生活中，其大小和形狀是不可以忽略的，如果以傳統(tǒng)的思維方式分析飛機的運動問題，勢必會增加問題的復雜性，這就需要借助一定的物理方法，保留研究對象的主要特征“質量”，而忽略那些大小、形狀等次要因素，這樣飛機就被簡化成了質點模型[1];而在研究單擺、彈簧振子等物理問題時，需要考慮相關環(huán)境對研究對象所施加的物理條件，不再考慮“空氣和摩擦阻力”等次要因素，只將其視為“物體只受重力和繩子拉力”的物理模型，從而大大降低了問題的復雜程度;嚴格地說，生活中只受重力或完全不受重力的物體是不存在的，但在處理中學物理問題時為了分析和計算簡便，常常在研究物體運動的過程中進行理想化處理，這就演繹出了自由落體運動、帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動等一系列理想化的物理模型。

三、滲透物理思維，創(chuàng)設物理情境

物理學家勞厄認為，學習物理課程最重要的不是獲得知識，而是發(fā)展思維能力。

以極限思想為例，伽利略理想斜面實驗中，將小球由左側某一高度無初速釋放，若不計斜面摩擦，小球將上升到右側斜面同一高度處，如果不斷減小右側斜面傾角，小球上升到同一高度所經歷的距離不斷增大，繼續(xù)減小這個傾角直至為0，此時小球再也無法到達原來高度，它將以這一恒定速度沿著水平面一直運動下去。基于極限思想發(fā)展出的這一結論，為學生理解牛頓第一定律及慣性的物理本質，建立了有效的思維通道。

極限思想的核心是“極限”，即單個時間、空間長度無限逼近（但不等于）某一數值。將勻變速直線運動的速度—時間圖像無限劃分，當每一條形區(qū)域的時間很短時，這一極短的運動過程便可簡化為勻速直線運動，再通過計算圖像面積得出位移隨時間變化的規(guī)律。將以上思想運用于求彈簧彈力做功，很輕松地得到了彈簧彈力做的功與其形變量之間的函數關系。除經典力學領域外，這種極限思想在求圓環(huán)狀帶電平面產生的靜電場、電路中的動態(tài)過程等電學問題時，均有廣泛的運用。

德國物理學家、諾貝爾獎獲得者勞厄曾說：“物理學的任務是發(fā)現普遍的自然規(guī)律。因為這樣的規(guī)律的形式之一表現為某種物理量的不變性，所以對于守恒量的尋求不僅是合理的，而且也是極為重要的研究方向。”守恒量思想在解決中學物理問題的過程中發(fā)揮著重要的作用，例如能量和動量的概念之所以重要正是因為它們是守恒的，從任意狀態(tài)中如何找到特殊的幾個位置，再從特殊到一般體會守恒的思想就顯得至關重要了。如計算系統(tǒng)機械能守恒時，任一時刻的動能（勢能），只需知道某一時刻系統(tǒng)的機械能總量及其所具有的勢能（動能），而無須關心整個過程中各種形式的能量如何變化;如果將一運動的帶電小球置于電磁場中，它的機械能可能發(fā)生變化，但總能量保持不變，運用能量守恒分析帶電體在復合場中的物理過程，往往會事半功倍。總動量不變，指物體在發(fā)生相互作用的過程中，任何狀態(tài)下系統(tǒng)的總動量都相等（大小相等方向相同）。“任意狀態(tài)”下系統(tǒng)總動量都相等體現了守恒的核心要義，將動量守恒和能量守恒結合使用，更為復雜的碰撞、反沖、爆炸類問題將迎刃而解。在實際應用中，“任意狀態(tài)”是由一些“特殊狀態(tài)”組成的，這是解決問題的突破點;進而體會任意狀態(tài)下總動量或總能量保持不變，這才是守恒的核心內涵。

四、掌握物理分析方法，提升物理綜合素質

清晰的物理概念和較強的思維能力有助于學生打開通往物理知識寶庫之門，但物理分析方法才是開啟這扇門的金鑰匙，這類方法主要表現為代數和幾何兩種形式，本文著重對最基礎的微積分和函數圖像法進行分析。

微積分法：代數法是將隱含的物理過程顯化的最佳途徑，其優(yōu)點是將物理問題簡化為數學語言，其中微積分在這一環(huán)節(jié)中起到了至關重要的作用。如果借助代數工具推導勻變速直線運動的位移—時間函數關系式，微積分無疑是便捷的途徑。取某一微元作為研究對象，先表示出這一微小時間內物體發(fā)生的位移，再將所有微元累加求和，通過積分最終導出相應條件下的位移時間關系式。同樣，可借助微積分解決非勻變速直線運動的位移、變力做功、交變電流有效值的計算、電容器充放電過程中電荷量隨時間的動態(tài)變化規(guī)律等問題。

函數圖像法：幾何法為解決歷史上重大物理問題做出了不可磨滅的貢獻，而以函數圖像法最具代表性，其直觀、形象的特點備受學生的推崇。在勻變速直線運動的v-t圖像中，基于極限思想將每一極短時間內的位移用條形區(qū)域的面積表示，當[?t]→0 時，鋸齒狀區(qū)域消失，將全部區(qū)域合并，進而通過計算梯形區(qū)域的面積得到了相應過程的位移時間關系。對未知規(guī)律的變加速直線運動，通過分析其v-t圖像的斜率變化，得出加速度的變化規(guī)律，再比較速度和加速度的方向關系就可以判斷物體在相應時段的運動狀態(tài)，計算圖像與坐標軸圍成的面積便可快速得到位移大小。相較公式法，函數圖像法極大地減少了運算量，而且在“探究加速度與力、質量的關系”和“測定電池的電動勢和內阻”等實驗教學中得到了廣泛的應用。

在實施普通高中新課改的早期階段，高中物理課程改革，給學生的物理學習帶來了一些不適應性，這就要求學生在腦海中時刻呈現出逼真的物理情境。基于理想的物理模型，借助富含邏輯、抽象的物理思維展現清晰的物理情境，最后運用基本物理分析方法——微積分法和函數圖像法將物理問題簡化為數學問題來處理，將復雜問題簡單化，大大降低了學生學習物理的難度，提升了學生學習的積極性。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 岳耀京.高中物理教學中滲透物理思想方法的研究[J].中國培訓，2017（331），276.

[2]? 人民教育出版社.普通高中課程標準實驗教科書·物理（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2010.

[3]? 賴南燕，陳婧婷，張毓敏.數學思想在中學物理教學中的滲透與應用[J].學周刊，2017（29）：106-108.

[4]? 中華人民共和國教育部制定.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[5]? 陳勛.中學物理中的微積分解題思路研究[J].中學物理教學參考，2017（8）：54-55.

[6]? 段紀斌.高中物理學習中結合生活中物理現象的重要性與學習方法[J].教育現代化，2018（2）：170-171.

（責任編輯 易志毅）