中学物理力学的教学法讨

中学物理知识内容是物理学的初级层次.严格地讲,它的科学性、系统性都受到了一定的限制.它只是阐述了物理学中最基本、最基础的知识,并不是十分严谨的物理理论.其主要内容是经典物理学的基础知识,而以力学、电学为重点.本文就力学部分的教学法谈点看法.

一、从全局观点分析力学部分教材

1.力学教材的基本知识结构

牛顿运动定律是经典力学的基础,也是经典物理的基础之一.动能定理和动量定理及其守恒定律为经典力学的栋梁.现行教材的体系是先讲静力学,后讲运动学,最后讲动力学.把牛顿三定律按三、一、二的顺序安排,第三定律放在静力学中讲授.这种安排符合由易到难、循序渐进的原则.即学习静力学时,有牛顿第三定律作准备知识,学习牛顿第二定律时,有力的合成与分解作先行.通过静力学的教学,要求学生正确理解力的概念.物体受力分析是力学中的关键,几乎所有的力学问题都要涉及物体的受力分析,所以静力学教学是最重要的基础.

2.物理思维方式

思维是人脑对客观事物进行加工的过程,是人脑的功能,通过表象、概念判断和推理以及其它过程来反映客观现象的能动过程.物理思维就是运用思维的一般规律于物理学习、研究中所体现的具体的一种思维方式.

在教材分析中掌握物理思维结构,就是要掌握怎样运用思维的基本形式（概念、推理、论证等）和思维的基本方法（比较、分类、鉴别、分析、综合、归纳、证明、反驳等）以便能更好地、有目的地培养学生的思维能力.

第一章“力”要重点讲清三种力产生的条件及力的大小和方向,为物体受力分析做好准备.第二章“物体的运动”用了理想模型（过程模型）的方法.第三章“牛顿运动定律”用了经验归纳方法论.“振动与波”一章研究的主要方法是从一般到特殊的推理过程,运用了动力学和运动学的基本规律,导出满足机械能和机械振动规律的新结论.

3.数学是表达物理学规律最精确的语言

在教学过程中,只有将教材的教学方法、结构搞清楚,才能达到运用数学方法解决物理问题的目的.在“力”这一章中,重点解决什么是矢量和矢量的运算方法问题.对物理矢量必须透彻理解,掌握其数学运算法则——矢量的平行四边形法则.引导学生对“代数和”与“矢量和”进行对比,体会矢量的质的差别,从而自觉地运用矢量运算法则.在“物体的运动”这一章中,先提出质点这个理想化模型,并研究质点动力学中的几个基本概念、位移、速度、加速度等.从数学角度分析这些量之间的函数关系（包括文字叙述、数学公式、函数图象等）,再进行运动的合成与分解的矢量运算.

在“牛顿运动定律”这一章中,牛顿运动定律起着承上启下的作用,即能进一步加深对静力学、运动学知识的理解,又能为顺利学习机械能和动量铺平道路.牛顿第二定律的数学表达式,只有以地球和相对地球静止或做匀速直线运动的物体为参照系才是适用的.教材由分析物体只受一个力产生加速度与力的关系,过渡到分析物体受几个力产生加速度,以及加速度与力的关系,从而概括出能适合各种情况的牛顿第二定律的数学表达式ΣF→等于ma→.在公式中,力与加速度都是矢量,故此式是一个矢量式.牛顿第二定律概括了力的独立性原理（或力的叠加原理）,即几个力同时作用在一个物体上所产生的加速度,应等于每个力单独作用时所产生的加速度的叠加——矢量和.在解题中,运用了正交分解法等基础知识.

机械能和动量这两章是在运动学和动力学的基础上,讨论力的空间和时间积累效应,从而引出功和能、冲量和动量等概念.功和能将矢量运算变成了代数运算.教材从力对物体做功引出动能和动量定理,研究了重力、弹力做功的特点,引出势能的概念,得出在只有重力、弹力做功时,机械能守恒.最后,从一般的功能原理阐明功的本质是能量变化的量度作为本章的总结.能的转换和守恒揭示了物理学各部分的内在联系.在讨论动量定理时,应强调牛顿第二定律的关系式是一个瞬时关系,而动量定理则说明状态过程,应用它研究某一过程而不是研究某一瞬时,只有在t→0时,才是相等的.实验是讲述动量守恒定律的基础,教材这样处理是考虑到动量守恒定律的产生不是从牛顿运动定律推导得出的,而是一个独立的物理规律.而动量守恒定律的适用范围远远超出牛顿力学的适用范围.对动量守恒定律的数学表达式没有具体给出,目的是避免学生只是死记公式,注重培养学生学会运用物理规律对具体问题进行具体分析的能力.

二、物理教学即要发展学生的智力又要培养学生的能力

在中学物理教学中,贯穿力学的两条主线——动能定理和动量定理、机械能转换和守恒定律及动量守恒定律.这两个定理、两个定律来源于牛顿运动定律,与牛顿三定律一起构成质点动力学的基本规律,是力学部分的重点知识.围绕这两条主线,要深入分析牛顿运动定律,为这两个定理打好基础.动量定理、动能定理是在牛顿定律基础上派生出来的定理或推论,它们提供的表达式与牛顿运动定律等价,可代替牛顿二定律的矢量表达式中的某分量式,而不是什么新的表达式.但是动量守恒定律是自然界最普遍的规律之一,能量守恒和转换定律也是反映自然现象的最重要的规律之一.它们的作用远远超出了机械运动的范围.

要培养思想活跃,有创新精神和创造能力的人材,必须加强学生的实验能力和自学能力.物理实验是将自然界中各种物理现象在一定条件下,按照一定的物理规律创造一定的条件使它重现.做物理实验,必须满足于一定的条件才能获得预想的结果,如设计实验步骤、选择测量仪器、正确观察现象、完整的读取数据、严格的计算,是做好实验不可缺少的过程.让学生按照上述过程有目的的科学训练,自觉地掌握科学实验的规律,激发学生的学习积极性就能增强学生灵活运用物理知识解决实际问题的能力.

培养学生的自学能力是教师的一项重要工作任务.调动学生的学习积极性,就得改变由教师“一讲到底”的状况,避免由于教师教学方法的单调,而使学生产生厌烦情绪.

总之,以“学科体系的系统性”贯穿始终,使知识学习与智能训练融合于一体,形成一个系统的完整框架.所以系统化、结构化的教学,使学生头脑中形成力学体系的清晰图象,有益于培养学生的探索精神,从被动的学习转为主动的学习,才能用自己的智慧和力量去攻克学习难关,取得良好的学习效果.