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時(shí)間:2023-08-20 14:47:01
導(dǎo)言:作為寫(xiě)作愛(ài)好者,不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇初中物理模型法,它們將為您的寫(xiě)作提供全新的視角,我們衷心期待您的閱讀,并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。
每一個(gè)物理過(guò)程的處理,物理模型的建立,都離不開(kāi)對(duì)物理問(wèn)題的分析。教學(xué)中,通過(guò)對(duì)物理模型的設(shè)計(jì)思想及分析思路的教學(xué),能培養(yǎng)學(xué)生對(duì)較復(fù)雜的物理問(wèn)題進(jìn)行具體分析,區(qū)分主要因素和次要因素,抓住問(wèn)題的本質(zhì)特征,正確運(yùn)用科學(xué)抽象思維的方法去處理物理問(wèn)題的能力,有助于學(xué)生思維品質(zhì)的提高,有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。這是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的主渠道。
建模過(guò)程中,要充分利用抽象思維和比較思維,區(qū)分主要因素、次要因素和無(wú)關(guān)因素,抓住本質(zhì)的東西加以概括,建立物理模型,在教學(xué)中要注意建模過(guò)程的教學(xué)。如在連通器的教學(xué)中,可以讓學(xué)生觀察茶壺、鍋爐水位計(jì)、乳牛自動(dòng)喂水器等,設(shè)計(jì)表格:
引導(dǎo)學(xué)生分析、比較這些物體間的差異和共同點(diǎn),找出它們的共性:上端開(kāi)口、下部相連通,進(jìn)一步抽象建立起連通器的物理模型。在研究簡(jiǎn)單機(jī)械時(shí),可以舉出多種生活中的工具或器械,如撬杠,核桃鉗,鑷子,啟瓶器等,讓學(xué)生使用這些工具體會(huì)分析比較它們?cè)谑褂眠^(guò)程中的共同特點(diǎn),就不難發(fā)現(xiàn)它們都具有共同的特征:1.堅(jiān)硬,使用不變形,是一根硬棒;2.在力的作用下能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng);3.在長(zhǎng)短、粗細(xì)、彎直等形狀上沒(méi)有一定要求。這樣就抽象出“杠桿”這一物理模型。
使用物理模型解決問(wèn)題時(shí)可以起到很多作用:
1.可使物理教學(xué)簡(jiǎn)單化
很多實(shí)際問(wèn)題是復(fù)雜的很難研究的,如能將其轉(zhuǎn)化成物理模型可使物理教學(xué)簡(jiǎn)單化,如做力的示意圖時(shí)就找到力的作用點(diǎn),沿力的方向畫(huà)一條帶箭頭的線段來(lái)表示這個(gè)力,力的示意圖就是典型的模型。分析物體受力時(shí),可根據(jù)問(wèn)題的需要忽略物體的形狀和大小,把物體看做一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn),把這個(gè)點(diǎn)作為物體所受的所有力的作用點(diǎn),從中較為方便地得出物體受力情況。
2.可以使教學(xué)形象直觀
有些物理問(wèn)題現(xiàn)象過(guò)程非常抽象,運(yùn)用物理模型法可將問(wèn)題變得直觀形象。在研究磁場(chǎng)時(shí)為了描述磁體周?chē)拇艌?chǎng)強(qiáng)弱和磁場(chǎng)特點(diǎn)我們就用磁感線這一模型來(lái)描述磁場(chǎng),通過(guò)磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。
初中物理學(xué)科已經(jīng)顯示出它的抽象性,學(xué)生接受起來(lái)未免有些吃力,利用模型的形象直觀的特點(diǎn),可破解物理難題,開(kāi)啟智慧之門(mén)。構(gòu)建初中物理教學(xué)中的物理模型,要遵循由易到難、由淺入深、由表象到實(shí)質(zhì)的人類(lèi)認(rèn)識(shí)規(guī)律,將一個(gè)復(fù)雜的科學(xué)理論轉(zhuǎn)化為直觀的事物,展現(xiàn)在學(xué)生面前,從而幫助學(xué)生理解消化物理知識(shí),取得更好的學(xué)習(xí)效果。
一、物理模型的分類(lèi)
構(gòu)建物理模型是初中物理教學(xué)的重要組成部分,它的目的是幫助學(xué)生理解物理概念和物理規(guī)律,進(jìn)而做到將所學(xué)到的理論用于解決實(shí)際問(wèn)題。其分類(lèi)有:
1.物理對(duì)象模型――直接將具體研究對(duì)象的某些次要因素忽略掉而建立的物理模型。這種模型應(yīng)用最為廣泛,在初中物理教材中有許多很好的例子。例如:質(zhì)點(diǎn)、薄透鏡、光線、彈簧振子、理想電流表、理想電壓表、理想電源和分子模型。
2.物理?xiàng)l件模型――忽略研究對(duì)象所處條件的某些次要因素而形成的物理模型。在初中物理中有:光滑面、輕質(zhì)桿、輕質(zhì)滑輪、輕繩、輕質(zhì)球、絕熱容器、勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)等。我們以輕質(zhì)桿為例加以分析。比如簡(jiǎn)單機(jī)械里的杠桿,在初中階段問(wèn)題往往歸結(jié)到力矩的平衡上來(lái)。
3.物理過(guò)程模型――忽略物理過(guò)程中的某些次要因素建立的物理模型。在初中物理中有:勻速直線運(yùn)動(dòng)、穩(wěn)恒電流等。這些物理模型都是把物理過(guò)程中的某個(gè)物理量的微小變化忽略掉,把這個(gè)物理量看成是恒定的。因?yàn)檫@些量的變化量與物理量本身相比太小了,以至于可以略去不計(jì)。這樣不用考慮過(guò)程中物理量的復(fù)雜變化情況而只考慮恒定過(guò)程,分析問(wèn)題就容易多了。
4.理想化實(shí)驗(yàn)――在大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)邏輯推理,忽略次要因素,抓住主要特征,得到在理想條件下的物理現(xiàn)象和規(guī)律的科學(xué)研究方法就是理想實(shí)驗(yàn)。理想化方法是物理科學(xué)研究和物理學(xué)習(xí)中最基本、應(yīng)用最廣泛的方法。初中物理中就有一個(gè)非常著名的理想化實(shí)驗(yàn):伽利略斜面實(shí)驗(yàn)。
5.數(shù)學(xué)模型――由數(shù)字、字母或其它數(shù)學(xué)符號(hào)組成的、描述現(xiàn)實(shí)對(duì)象數(shù)量規(guī)律的數(shù)學(xué)公式、圖形或算法。初中物理中的數(shù)學(xué)模型主要有磁感線和電場(chǎng)線。磁感線(電場(chǎng)線)是形象的描述磁感應(yīng)強(qiáng)度(電場(chǎng)強(qiáng)度)空間分布的幾何線,是一種數(shù)學(xué)符號(hào)。而磁場(chǎng)和電場(chǎng)本身的性質(zhì)對(duì)這些幾何線做了一些規(guī)定,例如空間各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度是唯一的規(guī)定了電場(chǎng)線不相交。這樣就使它們成為形象、簡(jiǎn)練而準(zhǔn)確的描述磁場(chǎng)和電場(chǎng)的數(shù)學(xué)符號(hào)。
二、在教學(xué)中如何構(gòu)建物理模型
要想讓學(xué)生熟練地運(yùn)用模型解決實(shí)際問(wèn)題,這就要求學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)中,在頭腦中建立一定數(shù)量的準(zhǔn)確清晰的物理模型。在初中物理教學(xué)中,絕大部分知識(shí)內(nèi)容都可以物理模型為基礎(chǔ)向?qū)W生傳授。
1.用類(lèi)比法建立物理模型。有些物理現(xiàn)象、規(guī)律,我們無(wú)法直接展示給學(xué)生,這時(shí)若能用學(xué)生頭腦中已有的物理模型來(lái)類(lèi)比,則可幫助學(xué)生建立新的合理的物理模型。例如,電壓和電流,對(duì)學(xué)生而言很陌生,也無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)展示研究,但水壓和水流學(xué)生是比較熟悉的,教學(xué)時(shí),可用水壓水流來(lái)類(lèi)比,幫助學(xué)生建立電壓、電流的物理模型。
2.用虛擬法建立物理模型。有些模型在實(shí)際中是根本不存在的,但為了研究方便,可以形象地引入一個(gè)虛擬的物質(zhì)結(jié)構(gòu)或過(guò)程。例如,為了便于描述光的傳播,引入了光線;為了便于描述磁場(chǎng),引入了磁感線。
3.重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。物理是一門(mén)以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,要讓學(xué)生多觀察、多實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)為物理概念和規(guī)律的建立奠定了表象基礎(chǔ),在學(xué)生的腦海中形成了一個(gè)個(gè)具體的物理模型。有些物理概念和規(guī)律,學(xué)生在生活中很少感知,那么在主體和認(rèn)識(shí)客體間就缺少必要的中介物。例如,在講電和磁的關(guān)系時(shí),只有做好實(shí)驗(yàn),學(xué)生才能發(fā)現(xiàn)、理解電生磁、磁生電、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用等物理現(xiàn)象,并形成清晰的物理模型。
4.注重實(shí)物、圖片、活動(dòng)掛圖等的展示。人們對(duì)事物的認(rèn)識(shí)過(guò)程,總是從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)。心理學(xué)研究表明,人腦對(duì)事物的認(rèn)識(shí)是從表象開(kāi)始的。這就要求教師在教學(xué)中,要盡可能多地將實(shí)物、圖片等展示給學(xué)生,以形成表象基礎(chǔ)。
三、初中物理模型的構(gòu)建程序
構(gòu)建初中物理教學(xué)中的物理模型,要遵循由易到難、由淺入深、由表象到實(shí)質(zhì)的人類(lèi)認(rèn)識(shí)規(guī)律,將一個(gè)復(fù)雜的科學(xué)理論轉(zhuǎn)化為直觀的事物,展現(xiàn)在學(xué)生面前,從而幫助學(xué)生理解消化物理知識(shí),取得更好的學(xué)習(xí)效果。
1.分析研究對(duì)象原型特征。物理研究中對(duì)于模型的建立首要要求就是提取出正確的事物本質(zhì)特征,能夠做出合理的抽象是成功的第一步。對(duì)實(shí)際問(wèn)題的解決,建立相應(yīng)的模型是一種非常明智的選擇。例如要建構(gòu)“質(zhì)點(diǎn)”這個(gè)模型,需要在開(kāi)始之前就充分的認(rèn)識(shí)到,質(zhì)點(diǎn)在研究總具有何種意義,如何情況下可以使用這種簡(jiǎn)化。
2.確定影響研究對(duì)象的主、次因素。對(duì)于主要矛盾的把握,是建立模型進(jìn)行研究的根本性要求,對(duì)于次要問(wèn)題的忽略,可以有效的凸顯出關(guān)乎事物發(fā)展的規(guī)律,從而更好的指導(dǎo)人們解決實(shí)際問(wèn)題。如果建模過(guò)程中,對(duì)于主要矛盾和次要矛盾的把握不到位,那么不僅僅不會(huì)得出正確的結(jié)論,反而會(huì)把人帶入誤區(qū)。因此,對(duì)于事物發(fā)展過(guò)程中的主要因素和次要因素等方面的重視,是成功研究出問(wèn)題的基本要求。這樣,對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新思維的養(yǎng)成可以起到一個(gè)很好的推動(dòng)作用,同時(shí)對(duì)于教師對(duì)于課堂內(nèi)容和課堂節(jié)奏的把握都能夠提供必要的幫助。
3.把握住研究對(duì)象本質(zhì)特征并做出合理抽象。通過(guò)上文的分析,我們可以清楚的認(rèn)識(shí)到,本質(zhì)和主要影響因素對(duì)于研究事物發(fā)展規(guī)律的重要性。從中,物理模型對(duì)于物理研究的重要性就不言而喻了。為了更好的解決實(shí)際問(wèn)題,有必要要求物理研究表現(xiàn)出物理現(xiàn)象的本質(zhì),對(duì)于事物的本質(zhì)和現(xiàn)象之間的聯(lián)系的揭示,是物理研究的重要內(nèi)容。
模型在我們?nèi)粘I睢⒐こ碳夹g(shù)和科學(xué)研究中經(jīng)常見(jiàn)到,對(duì)我們的生產(chǎn)生活有很大幫助。物理學(xué)研究具有復(fù)雜性。怎樣發(fā)現(xiàn)復(fù)雜多變的客觀現(xiàn)象背后的基本規(guī)律呢?又如何簡(jiǎn)單的表達(dá)它們呢?人們有幸在漫長(zhǎng)地實(shí)踐活動(dòng)中找到一些有效的方法,其中一個(gè)就是:在具體情況下忽略研究對(duì)象或過(guò)程的次要因素,抓住其本質(zhì)特征,把復(fù)雜的研究對(duì)象或現(xiàn)象簡(jiǎn)化為較為理想化的模型,從而發(fā)現(xiàn)和表達(dá)物理規(guī)律。
既然物理模型是物理學(xué)研究的重要方法和手段,物理教育和教學(xué)中對(duì)物理模型的講述和講授就必不可少。建立物理模型就要忽略次要因素以簡(jiǎn)化客觀對(duì)象,合理簡(jiǎn)化客觀對(duì)象的過(guò)程就是建立物理模型的過(guò)程。根據(jù)簡(jiǎn)化過(guò)程和角度的不同,將物理模型分為以下五類(lèi):物理對(duì)象模型、物理?xiàng)l件模型、物理過(guò)程模型、理想化實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型?!?】下面我們逐個(gè)加以說(shuō)明。
(一)物理對(duì)象模型——直接將具體研究對(duì)象的某些次要因素忽略掉而建立的物理模型。這種模型應(yīng)用最為廣泛,在初中物理教材中有許多很好的例子。例如:質(zhì)點(diǎn)、薄透鏡、光線、彈簧振子、理想電流表、理想電壓表、理想電源和分子模型。作為例子,我們?cè)敿?xì)分析質(zhì)點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn),就是忽略運(yùn)動(dòng)物體的大小和形狀而把它看成的一個(gè)有質(zhì)量的幾何點(diǎn)。其條件是在所研究的問(wèn)題中,實(shí)際物體的大小和形狀對(duì)本問(wèn)題的研究的影響小到可以忽略。這樣以來(lái),很多類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)的描述就得到化簡(jiǎn)。比如所有做直線運(yùn)動(dòng)的物體都可以看成質(zhì)點(diǎn)。因?yàn)樽髦本€運(yùn)動(dòng)的物體的每一個(gè)部分每時(shí)每刻都做同樣的運(yùn)動(dòng),所以就可以忽略其大小和形狀,而只找這個(gè)物體上的一個(gè)點(diǎn)作為概括,當(dāng)然這個(gè)點(diǎn)的質(zhì)量等于物體本身的質(zhì)量。這樣,直線運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡就是一條直線,很容易想象、理解和刻畫(huà)。很多具體例子都可以這么做,例如以最大速度行駛在筆直鐵軌上的火車(chē),沿著航空路線飛行的客機(jī),從比薩斜塔上下落的鐵球,等等。
(二)物理?xiàng)l件模型——忽略研究對(duì)象所處條件的某些次要因素而形成的物理模型。在初中物理中有:光滑面、輕質(zhì)桿、輕質(zhì)滑輪、輕繩、輕質(zhì)球、絕熱容器、勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)等。我們以輕質(zhì)桿為例加以分析。比如簡(jiǎn)單機(jī)械里的杠桿,在初中階段問(wèn)題往往歸結(jié)到力矩的平衡上來(lái)。即:動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂。動(dòng)力和阻力都包括桿以外的物體對(duì)杠桿的作用力,還包括桿本身的重力。而桿重力的力臂在桿上的每一點(diǎn)都不同,這樣除了桿的形狀是幾何規(guī)則的少數(shù)例子以外的絕大部分杠桿問(wèn)題在初中階段就沒(méi)法解決。而輕質(zhì)桿的引入正好解決了這一問(wèn)題。輕質(zhì)桿是忽略了自身重力的彈性桿。當(dāng)外界物體對(duì)杠桿的力矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于桿自身重力的力矩或者桿自身重力的力矩相互抵消時(shí),就可以把桿當(dāng)成輕質(zhì)桿,杠桿受到的力矩只有外力矩,這樣所有杠桿平衡問(wèn)題都可以迎刃而解。
(三)物理過(guò)程模型——忽略物理過(guò)程中的某些次要因素建立的物理模型。在初中物理中有:勻速直線運(yùn)動(dòng)、穩(wěn)恒電流等。這些物理模型都是把物理過(guò)程中的某個(gè)物理量的微小變化忽略掉,把這個(gè)物理量看成是恒定的。因?yàn)檫@些量的變化量與物理量本身相比太小了,以至于可以略去不計(jì)。這樣不用考慮過(guò)程中物理量的復(fù)雜變化情況而只考慮恒定過(guò)程,分析問(wèn)題就容易多了。
(四)理想化實(shí)驗(yàn)——在大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)邏輯推理,忽略次要因素,抓住主要特征,得到在理想條件下的物理現(xiàn)象和規(guī)律的科學(xué)研究方法就是理想實(shí)驗(yàn)。理想化方法是物理科學(xué)研究和物理學(xué)習(xí)中最基本、應(yīng)用最廣泛的方法【2】。初中物理中就有一個(gè)非常著名的理想化實(shí)驗(yàn):伽利略斜面實(shí)驗(yàn)。伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)有許多,現(xiàn)在舉其中的一個(gè)例子,同樣的小球從同種材料同樣高度的斜面上滑下來(lái),在摩擦力依次減小的水平面上沿直線運(yùn)動(dòng)的路程依次增大。伽利略由此推知:小球在沒(méi)有摩擦的水平面上永遠(yuǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng)(在理想條件下的物理現(xiàn)象)。牛頓又在此基礎(chǔ)上建立了牛頓第一定律。無(wú)需多論,也足以見(jiàn)得理想實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)大力量。
(五)數(shù)學(xué)模型——由數(shù)字、字母或其它數(shù)學(xué)符號(hào)組成的、描述現(xiàn)實(shí)對(duì)象數(shù)量規(guī)律的數(shù)學(xué)公式、圖形或算法?!?】初中物理中的數(shù)學(xué)模型主要有磁感線和電場(chǎng)線。磁感線(電場(chǎng)線)是形象的描述磁感應(yīng)強(qiáng)度(電場(chǎng)強(qiáng)度)空間分布的幾何線,是一種數(shù)學(xué)符號(hào)。而磁場(chǎng)和電場(chǎng)本身的性質(zhì)對(duì)這些幾何線做了一些規(guī)定,例如空間各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度是唯一的規(guī)定了電場(chǎng)線不相交。這樣就使它們成為形象、簡(jiǎn)練而準(zhǔn)確的描述磁場(chǎng)和電場(chǎng)的數(shù)學(xué)符號(hào)。
物理模型在初中物理教育與教學(xué)中起到舉足輕重的作用,因此,在教學(xué)中我們就要重視對(duì)物理模型概念和具體模型(例如上文分析的模型)的講述,重視對(duì)建立物理模型方法的講授,重視對(duì)學(xué)生建立和應(yīng)用物理模型意識(shí)的增強(qiáng),重視對(duì)學(xué)生建立和應(yīng)用物理模型能力的培養(yǎng),讓學(xué)生體驗(yàn)到成功建立和應(yīng)用物理模型解決實(shí)際問(wèn)題的快樂(lè)。
參考文獻(xiàn)
模型在我們?nèi)粘I?、工程技術(shù)和科學(xué)研究中經(jīng)常見(jiàn)到,對(duì)我們的生產(chǎn)生活有很大幫助。物理學(xué)研究具有復(fù)雜性。怎樣發(fā)現(xiàn)復(fù)雜多變的客觀現(xiàn)象背后的基本規(guī)律呢?又如何簡(jiǎn)單的表達(dá)它們呢?人們有幸在漫長(zhǎng)地實(shí)踐活動(dòng)中找到一些有效的方法,其中一個(gè)就是:在具體情況下忽略研究對(duì)象或過(guò)程的次要因素,抓住其本質(zhì)特征,把復(fù)雜的研究對(duì)象或現(xiàn)象簡(jiǎn)化為較為理想化的模型,從而發(fā)現(xiàn)和表達(dá)物理規(guī)律。
既然物理模型是物理學(xué)研究的重要方法和手段,物理教育和教學(xué)中對(duì)物理模型的講述和講授就必不可少。建立物理模型就要忽略次要因素以簡(jiǎn)化客觀對(duì)象,合理簡(jiǎn)化客觀對(duì)象的過(guò)程就是建立物理模型的過(guò)程。根據(jù)簡(jiǎn)化過(guò)程和角度的不同,將物理模型分為以下五類(lèi):物理對(duì)象模型、物理?xiàng)l件模型、物理過(guò)程模型、理想化實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型。下面我們逐個(gè)加以說(shuō)明。
1. 物理對(duì)象模型――直接將具體研究對(duì)象的某些次要因素忽略掉而建立的物理模型 這種模型應(yīng)用最為廣泛,在初中物理教材中有許多很好的例子。例如:質(zhì)點(diǎn)、薄透鏡、光線、彈簧振子、理想電流表、理想電壓表、理想電源和分子模型。作為例子,我們?cè)敿?xì)分析質(zhì)點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn),就是忽略運(yùn)動(dòng)物體的大小和形狀而把它看成的一個(gè)有質(zhì)量的幾何點(diǎn)。其條件是在所研究的問(wèn)題中,實(shí)際物體的大小和形狀對(duì)本問(wèn)題的研究的影響小到可以忽略。這樣以來(lái),很多類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)的描述就得到化簡(jiǎn)。比如所有做直線運(yùn)動(dòng)的物體都可以看成質(zhì)點(diǎn)。因?yàn)樽髦本€運(yùn)動(dòng)的物體的每一個(gè)部分每時(shí)每刻都做同樣的運(yùn)動(dòng),所以就可以忽略其大小和形狀,而只找這個(gè)物體上的一個(gè)點(diǎn)作為概括,當(dāng)然這個(gè)點(diǎn)的質(zhì)量等于物體本身的質(zhì)量。這樣,直線運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡就是一條直線,很容易想象、理解和刻畫(huà)。很多具體例子都可以這么做,例如以最大速度行駛在筆直鐵軌上的火車(chē),沿著航空路線飛行的客機(jī),從比薩斜塔上下落的鐵球,等等。
2. 物理?xiàng)l件模型――忽略研究對(duì)象所處條件的某些次要因素而形成的物理模型 在初中物理中有:光滑面、輕質(zhì)桿、輕質(zhì)滑輪、輕繩、輕質(zhì)球、絕熱容器、勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)等。我們以輕質(zhì)桿為例加以分析。比如簡(jiǎn)單機(jī)械里的杠桿,在初中階段問(wèn)題往往歸結(jié)到力矩的平衡上來(lái)。即:動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂。動(dòng)力和阻力都包括桿以外的物體對(duì)杠桿的作用力,還包括桿本身的重力。而桿重力的力臂在桿上的每一點(diǎn)都不同,這樣除了桿的形狀是幾何規(guī)則的少數(shù)例子以外的絕大部分杠桿問(wèn)題在初中階段就沒(méi)法解決。而輕質(zhì)桿的引入正好解決了這一問(wèn)題。輕質(zhì)桿是忽略了自身重力的彈性桿。當(dāng)外界物體對(duì)杠桿的力矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于桿自身重力的力矩或者桿自身重力的力矩相互抵消時(shí),就可以把桿當(dāng)成輕質(zhì)桿,杠桿受到的力矩只有外力矩,這樣所有杠桿平衡問(wèn)題都可以迎刃而解。
3. 物理過(guò)程模型――忽略物理過(guò)程中的某些次要因素建立的物理模型 在初中物理中有:勻速直線運(yùn)動(dòng)、穩(wěn)恒電流等。這些物理模型都是把物理過(guò)程中的某個(gè)物理量的微小變化忽略掉,把這個(gè)物理量看成是恒定的。因?yàn)檫@些量的變化量與物理量本身相比太小了,以至于可以略去不計(jì)。這樣不用考慮過(guò)程中物理量的復(fù)雜變化情況而只考慮恒定過(guò)程,分析問(wèn)題就容易多了。
4. 理想化實(shí)驗(yàn)――在大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)邏輯推理,忽略次要因素,抓住主要特征,得到在理想條件下的物理現(xiàn)象和規(guī)律的科學(xué)研究方法就是理想實(shí)驗(yàn) 理想化方法是物理科學(xué)研究和物理學(xué)習(xí)中最基本、應(yīng)用最廣泛的方法。初中物理中就有一個(gè)非常著名的理想化實(shí)驗(yàn):伽利略斜面實(shí)驗(yàn)。伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)有許多,現(xiàn)在舉其中的一個(gè)例子,同樣的小球從同種材料同樣高度的斜面上滑下來(lái),在摩擦力依次減小的水平面上沿直線運(yùn)動(dòng)的路程依次增大。伽利略由此推知:小球在沒(méi)有摩擦的水平面上永遠(yuǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng)(在理想條件下的物理現(xiàn)象)。牛頓又在此基礎(chǔ)上建立了牛頓第一定律。無(wú)需多論,也足以見(jiàn)得理想實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)大力量。
一、高中物理與初中物理的差異
1.學(xué)習(xí)內(nèi)容的差異
初中物理教學(xué)是以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),使學(xué)生了解力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和原子物理學(xué)的初步知識(shí)以及實(shí)際應(yīng)用;高中物理教學(xué)則是采用觀察實(shí)驗(yàn)、抽象思維和數(shù)學(xué)方法相結(jié)合,對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行模型抽象和數(shù)學(xué)化描述,要求通過(guò)抽象概括、想象假說(shuō)、邏輯推理揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)和變化規(guī)律。初中物理教學(xué)以直觀教學(xué)為主,在學(xué)生的思維活動(dòng)中呈現(xiàn)的是一個(gè)個(gè)具體的物理模型和現(xiàn)象,因此初中學(xué)生物理知識(shí)的獲得是建立在形象思維的基礎(chǔ)之上;而高中較多地是在抽象的基礎(chǔ)上進(jìn)行概括,在學(xué)生的思維活動(dòng)中呈現(xiàn)的是經(jīng)過(guò)抽象概括的物理模型。
2.學(xué)習(xí)方法的差異
初中以形象思維為主、通常從熟悉、具體、直觀的自然現(xiàn)象和演示入手建立物理概念和規(guī)律。高中從理想模型代替直觀現(xiàn)象客體入手,通過(guò)邏輯判斷和抽象思維建立概念和規(guī)律,這種由具體形象思維到抽象邏輯思維的過(guò)渡必然使得學(xué)生要改進(jìn)原來(lái)的學(xué)習(xí)方法,才能達(dá)到新的要求。學(xué)習(xí)上產(chǎn)生困難,往往并非學(xué)生思維水平或智力的問(wèn)題,而是學(xué)生不知道該怎樣去學(xué)。由于初中物理內(nèi)容少,問(wèn)題簡(jiǎn)單,講解例題和練習(xí)多,課后學(xué)生只要背背概念、公式,考試就很容易了。而高中物理內(nèi)容多而且難度大,各部分知識(shí)間相互聯(lián)系,有的學(xué)生仍采用初中的那一套方法學(xué)習(xí)高中的物理,結(jié)果是學(xué)了一大堆公式,雖然背得很熟,但一用起來(lái)就不知從何下手,學(xué)生感到物理深?yuàn)W難懂,從而心理上產(chǎn)生恐懼。如勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式常用的就有10個(gè)之多,每個(gè)公式涉及4個(gè)物理量,其中3個(gè)為矢量,并且各公式有不同的適用范圍,學(xué)生在解題常常感到無(wú)所適從。
3.解題方法的差異
初中物理重在表面的定性研究,所研究的現(xiàn)象具有較強(qiáng)的直觀性,而且多數(shù)是單一的、靜態(tài)的,教學(xué)要求以識(shí)記為主;高中物理所研究的現(xiàn)象比較復(fù)雜、抽象,多數(shù)要用定量的方法進(jìn)行分析、推理和論證,教學(xué)要求重在運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析、討論和解決實(shí)際問(wèn)題。例如高一物理的運(yùn)算迅速地從單純的算術(shù)、代數(shù)運(yùn)算過(guò)渡到函數(shù)、圖像、向量、極值等運(yùn)算。這就要求學(xué)生具有較強(qiáng)的分析、概括、推理、想象等思維能力,應(yīng)用數(shù)學(xué)能力以及與之對(duì)應(yīng)的優(yōu)化方法、學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維質(zhì)量,這對(duì)于剛上高中只有形象思維或具有一定的抽象思維能力但尚處于經(jīng)驗(yàn)型階段的高一學(xué)生來(lái)說(shuō),無(wú)疑是一個(gè)解題方式中質(zhì)的飛躍。
二、如何搞好初中、高中物理教學(xué)的銜接
1.要重視教材與教法研究
高中物理教師不單是研究高中的物理教材,還要研究初中物理教材,了解初中物理教學(xué)方法和教材結(jié)構(gòu),知道初中學(xué)生學(xué)過(guò)哪些知識(shí),掌握到什么水平以及獲取這些知識(shí)的途徑,在此基礎(chǔ)上根據(jù)高中物理教材和學(xué)生狀況分析、研究高中教學(xué)難點(diǎn),設(shè)置合理的教學(xué)層次、實(shí)施適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法,降低“階差”,保護(hù)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的積極性,使學(xué)生樹(shù)立起學(xué)好物理的信心。
2.教學(xué)過(guò)程要注意以下幾點(diǎn)
(1)堅(jiān)持循序漸進(jìn)的原則
高中物理教學(xué)大綱指出教學(xué)中應(yīng)注意循序漸進(jìn),知識(shí)要逐步擴(kuò)展和加深,能力要逐步提高。高中教學(xué)應(yīng)以初中知識(shí)為教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)逐步擴(kuò)展和加深,教材的呈現(xiàn)要難易適當(dāng)。要根據(jù)學(xué)生知識(shí)的逐漸積累和能力的不斷提高,讓教學(xué)內(nèi)容在不同階段重復(fù)出現(xiàn),逐漸擴(kuò)大范圍和增加難度。例題教學(xué)中側(cè)重開(kāi)拓思路、選擇例題和練習(xí)題應(yīng)該有代表性,能達(dá)到舉一反三的效果;有針對(duì)性,能針對(duì)知識(shí)的重點(diǎn)、關(guān)鍵和學(xué)生的水平;有啟發(fā)性,能激發(fā)學(xué)生思維。
透析物理概念和規(guī)律使學(xué)生掌握完整的基礎(chǔ)知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生物理思維能力,能力是在獲得和運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程中逐步培養(yǎng)起來(lái)的。首先要加強(qiáng)基本概念和基本規(guī)律的教學(xué),要重視概念和規(guī)律的建立過(guò)程,讓學(xué)生知道它們的由來(lái)。高中階段的很多感念是相通的。其次弄清每一個(gè)概念的內(nèi)涵和外延及來(lái)龍去脈,要使學(xué)生掌握物理規(guī)律的表達(dá)形式的同時(shí),明確公式中各物理量的意義和單位,規(guī)律的適用條件及注意事項(xiàng)。特別是高一階段中物理量有標(biāo)量和矢量之分,導(dǎo)致公式上的應(yīng)用時(shí)數(shù)據(jù)的代入要求有方向,既規(guī)定正方向然后用正負(fù)號(hào)代表方向,這一點(diǎn)是學(xué)生剛由初中升入高中不適應(yīng)的地方。
(2)物理模型的建立
高中物理教學(xué)中常用的研究方法是確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行建立物理模型,在一定范圍內(nèi)研究物理模型,分析總結(jié)得出規(guī)律,討論規(guī)律的適用范圍及條件。物理模型建立的重要途徑是物理習(xí)題講解,習(xí)題講解要注意解題思路和解題方法的指導(dǎo),有計(jì)劃地逐步提高學(xué)生分析解決物理問(wèn)題的能力。講解習(xí)題時(shí),要把重點(diǎn)放在物理過(guò)程的分析,并把物理過(guò)程圖景化,讓學(xué)生建立正確的物理模型,形成清晰的物理過(guò)程。物理習(xí)題做示意圖是將抽象變形象、抽象變具體,建立物理模型的重要手段,要求學(xué)生審題時(shí)一邊讀題一邊畫(huà)圖,特別是在高一剛開(kāi)始做功過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)和受力分析更要強(qiáng)調(diào)物理模型和過(guò)程簡(jiǎn)圖。解題過(guò)程中,要培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解答物理問(wèn)題的能力,學(xué)生解題時(shí)的難點(diǎn)是把物理過(guò)程轉(zhuǎn)化為抽象的數(shù)學(xué)問(wèn)題,再回到物理問(wèn)題中來(lái),教學(xué)中要幫助學(xué)生闖過(guò)這一難關(guān)。
3.要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)科情感,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)情商
進(jìn)入高中的學(xué)習(xí)生活之后,學(xué)生普遍認(rèn)為高一物理難學(xué),原因就是學(xué)生能力與高中物理教學(xué)要求的差距大。高一物理是高中物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),因此高中物理教師必須認(rèn)真研究新課程標(biāo)準(zhǔn)、新教材和學(xué)生情況,掌握初、高中物理教學(xué)的梯度,把握住初、高中物理教學(xué)的銜接,才能提高高中物理教學(xué)質(zhì)量,才能讓學(xué)生完成由初中到高中的過(guò)渡,進(jìn)入高中的物理學(xué)習(xí)。
一、高中與初中物理教學(xué)的梯度
初中物理教學(xué)是以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),使學(xué)生了解力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和原子物理學(xué)的初步知識(shí)以及實(shí)際應(yīng)用;高中物理教學(xué)則是采用觀察實(shí)驗(yàn)、抽象思維和數(shù)學(xué)方法相結(jié)合,對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行模型抽象和數(shù)學(xué)化描述,要求通過(guò)抽象概括、想象假說(shuō)、邏輯推理來(lái)揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)和變化規(guī)律。初中物理教學(xué)以直觀教學(xué)為主,在學(xué)生的思維活動(dòng)中呈現(xiàn)的是一個(gè)個(gè)具體的物理形象和現(xiàn)象,所以初中學(xué)生物理知識(shí)的獲得是建立在形象思維的基礎(chǔ)之上;而高中較多地是在抽象的基礎(chǔ)上進(jìn)行概括,在學(xué)生的思維活動(dòng)中呈現(xiàn)的是經(jīng)過(guò)抽象概括的物理模型。
由于初中物理內(nèi)容少,問(wèn)題簡(jiǎn)單,講解例題和練習(xí)多,課后學(xué)生只要背背概念、公式,考試就很容易了。而高中物理內(nèi)容多而且難度大,各部分知識(shí)相互聯(lián)系,有的學(xué)生仍采用初中的那一套方法對(duì)待高中的物理學(xué)習(xí),結(jié)果是學(xué)了一大堆公式,雖然背得很熟,但一用起來(lái)就不知從何下手,學(xué)生感到物理深?yuàn)W難懂,從而心理上造成對(duì)物理的恐懼。高中物理對(duì)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)分析解決物理問(wèn)題的能力提出了較高要求,在教學(xué)內(nèi)容上更多的涉及到數(shù)學(xué)知識(shí),物理規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式明顯加多加深,例如:勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式常用的就有10個(gè)之多,每個(gè)公式涉及到四個(gè)物理量,其中三個(gè)為矢量,并且各公式有不同的適用范圍,學(xué)生解題常常感到無(wú)所適從;解題方法有基本公式法、平均速度法、推論法、逆向思維法、比例法等。一些物理思想的培養(yǎng)也滲透其中。開(kāi)始用圖像表達(dá)物理規(guī)律,描述物理過(guò)程;矢量進(jìn)入物理規(guī)律的表達(dá)式。
二、如何搞好初、高中物理教學(xué)的銜接
1.重視教材與教法研究。高中物理教師不單是研究高中的物理教材,還要研究初中物理教材,了解初中物理教學(xué)方法和教材結(jié)構(gòu),知道初中學(xué)生學(xué)過(guò)哪些知識(shí),掌握到什么水平以及獲取這些知識(shí)的途徑,在此基礎(chǔ)上根據(jù)高中物理教材和學(xué)生狀況分析、研究高中教學(xué)難點(diǎn),設(shè)置合理的教學(xué)層次、實(shí)施適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法,從生活中事例出發(fā),保護(hù)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的積極性,使學(xué)生樹(shù)立起學(xué)好物理的信心。
2.堅(jiān)持循序漸進(jìn)原則。高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出,教學(xué)中應(yīng)注意循序漸進(jìn),知識(shí)要逐步擴(kuò)展和加深,能力要逐步提高。
高中教學(xué)應(yīng)以初中知識(shí)為教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)逐步擴(kuò)展和加深;教材的呈現(xiàn)要難易適當(dāng),多舉實(shí)例,要根據(jù)學(xué)生知識(shí)的逐漸積累和能力的不斷提高,讓教學(xué)內(nèi)容在不同階段重復(fù)出現(xiàn),逐漸擴(kuò)大范圍和增加難度。
3.透析物理概念和規(guī)律。使學(xué)生掌握完整的基礎(chǔ)知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生物理思維能力,能力是在獲得和運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程中逐步培養(yǎng)起來(lái)的。
首先要加強(qiáng)基本概念和基本規(guī)律的教學(xué),要重視概念和規(guī)律的建立過(guò)程,讓學(xué)生知道它們的由來(lái);其次弄清每一個(gè)概念的內(nèi)涵和外延及來(lái)龍去脈,要使學(xué)生掌握物理規(guī)律的表達(dá)形式的同時(shí),明確公式中各物理量的意義和單位,規(guī)律的適用條件及注意事項(xiàng)。
4.物理模型的建立。高中物理教學(xué)中常用的研究方法是確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行簡(jiǎn)化建立物理模型,在一定范圍內(nèi)研究物理模型,分析總結(jié)得出規(guī)律,討論規(guī)律的適用范圍及條件。
建立物理模型是培養(yǎng)抽象思維能力、建立形象思維的重要途徑,要通過(guò)對(duì)物理概念和規(guī)律建立過(guò)程的講解,使學(xué)生領(lǐng)會(huì)這種研究物理問(wèn)題的方法;通過(guò)規(guī)律的應(yīng)用培養(yǎng)學(xué)生建立和應(yīng)用物理模型的能力,以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。
物理模型建立的重要途徑是物理習(xí)題講解。講解習(xí)題時(shí),要把重點(diǎn)放在物理過(guò)程的分析,并把物理過(guò)程圖景化,讓學(xué)生建立正確的物理模型,形成清晰的物理過(guò)程。物理習(xí)題做示意圖是將抽象變形象、抽象變具體,建立物理模型的重要手段,要求學(xué)生審題時(shí)一邊讀題一邊畫(huà)圖,養(yǎng)成良好的習(xí)慣。解題過(guò)程中,要培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解答物理問(wèn)題的能力,學(xué)生解題時(shí)的難點(diǎn)是把物理過(guò)程轉(zhuǎn)化為抽象的數(shù)學(xué)問(wèn)題,再回到物理問(wèn)題中來(lái)。
為了提高學(xué)生的閱讀興趣與效果,教師可以根據(jù)教材重點(diǎn)設(shè)計(jì)思考題,使學(xué)生有目的地帶著問(wèn)題去讀書(shū),設(shè)計(jì)些對(duì)重點(diǎn)的、關(guān)鍵性的內(nèi)容能激起思維矛盾的思考題,引起學(xué)生的思維興趣和思維活動(dòng),同時(shí)還可以充分利用電腦動(dòng)畫(huà)再現(xiàn)物理情景。
總之,物理教師應(yīng)該熟練駕馭教材,在教給學(xué)生知識(shí)的同時(shí),注意培養(yǎng)學(xué)生的各種能力,讓學(xué)生學(xué)會(huì)獨(dú)立思考,建立正確的物理模型,養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,適應(yīng)高中物理教學(xué)的要求,進(jìn)入高中物理的學(xué)習(xí)。
參考文獻(xiàn)
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科學(xué)方法是連接知識(shí)和能力的紐帶。“掌握一種科學(xué)方法勝過(guò)解答十個(gè)問(wèn)題。”對(duì)研究方法的學(xué)習(xí)和考查體現(xiàn)著一種新的教學(xué)理念,同學(xué)們只有真正掌握了研究方法,才能有效解決實(shí)際問(wèn)題,真正提高自己的創(chuàng)新意識(shí)和能力。
《新課程標(biāo)準(zhǔn)》要求,在突出科學(xué)探究?jī)?nèi)容的同時(shí),重視研究方法的指導(dǎo),使學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)探究、學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過(guò)程中,逐漸拓寬視野,初步領(lǐng)悟到科學(xué)研究方法的真諦。因此初中物理論文初中物理論文,考查研究物理問(wèn)題的方法,成為當(dāng)前和今后中考的熱點(diǎn)。
初中物理常用的研究方法有:控制變量法、等效替代法、轉(zhuǎn)換法、推理法、模型法、類(lèi)比法等。
一、控制變量法
所謂控制變量法,就是在研究和解決問(wèn)題的過(guò)程中,對(duì)影響事物變化規(guī)律的因素和條件加以人為控制,只改變某個(gè)變量的大小,而保證其它的變量不變,最終解決所研究的問(wèn)題??刂谱兞糠ㄊ侵袑W(xué)物理中最常用的方法,也是中考出題最多的方法。
在初中物理課本中,應(yīng)用這種方法的實(shí)驗(yàn)有:
理想斜面實(shí)驗(yàn)、探究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系、探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素、探究影響壓力的作用效果的因素、探究影響液體壓強(qiáng)大小的因素、探究影響浮力大小的因素、蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關(guān)、探究影響滑輪組的機(jī)械效率的因素、探究影響動(dòng)能大小的因素、探究影響重力勢(shì)能大小的因素、探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素、驗(yàn)證歐姆定律、探究影響電流做功多少的因素、探究影響電流的熱效應(yīng)的因素、探究影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素、比熱容概念的引入等
二、等效替代法
在物理實(shí)驗(yàn)中有許多物理特征、過(guò)程和物理量要想直接觀察和測(cè)量很困難,這時(shí)往往把所需觀測(cè)的變量換成其它間接的可觀察和測(cè)量的變量進(jìn)行研究,這種研究方法就是等效法。
等效替代法是常用的科學(xué)思維方法。等效是指不同的物理現(xiàn)象、模型、過(guò)程等在物理意義、作用效果或物理規(guī)律方面是相同的。它們之間可以相互替代,而保證結(jié)論不變。等效的方法是指面對(duì)一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題,提出一個(gè)簡(jiǎn)單的方案或設(shè)想,而使它們的效果完全相同,從而將問(wèn)題化難為易,求得解決。
初中物理課本中應(yīng)用這種方法的有:
1、探究平面鏡成像特點(diǎn)時(shí)用另一支蠟燭在玻璃板后面去等效像2、等效電路 3、串并聯(lián)總電阻 4、多個(gè)分力與合力等效 5、物體的重心等論文參考文獻(xiàn)格式。
三、轉(zhuǎn)換法
對(duì)于不易研究或不好直接研究的物理問(wèn)題,而是通過(guò)研究其表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象、效應(yīng)、作用效果間接研究問(wèn)題的方法叫轉(zhuǎn)換法。
初中物理中應(yīng)用了這種方法的有:
1.研究物體內(nèi)能與溫度的關(guān)系(我們無(wú)法直接感知內(nèi)能的變化,只能轉(zhuǎn)換成測(cè)出溫度的改變來(lái)說(shuō)明內(nèi)能的變化);
2.在研究電熱與電流、電阻的關(guān)系時(shí),將電熱的多少轉(zhuǎn)換成溫度計(jì)液柱上升的高度;
3.我們?cè)谘芯侩姽εc什么因素有關(guān)的時(shí)候,將電功轉(zhuǎn)換成砝碼上升的高度;
4.在我們回答動(dòng)能與什么因素有關(guān)時(shí),我們將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為小木塊在平面上被推動(dòng)的距離,距離越遠(yuǎn)則動(dòng)能越大。
5.證明聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的,敲擊音叉后放入水中,水花四濺。
注意:等效法與轉(zhuǎn)換法很相似,它們的區(qū)別是“等效替代法” 中相互替代的兩個(gè)量種類(lèi)相同,大小相等 ,而“轉(zhuǎn)換法”中的兩個(gè)物理量有因果關(guān)系,并且性質(zhì)往往發(fā)生了改變?nèi)?/p>
轉(zhuǎn)換法: 電流大小用燈泡亮度體現(xiàn); 磁場(chǎng)的強(qiáng)弱用小磁針偏轉(zhuǎn)的幅度體現(xiàn)
等效替代法: 分力相疊加是合力 ;小石塊體積用排開(kāi)水的體積代替
四、理想模型法
實(shí)際現(xiàn)象和過(guò)程一般都十分復(fù)雜,涉及到眾多因素,采用模型方法可起到簡(jiǎn)化和純化的作用.忽略次要因素,從復(fù)雜事物中抽象出理想模型,合理近似的反應(yīng)所研究事物的本質(zhì)特征,這種研究問(wèn)題的方法叫理想模型法.
在初中物理課本中,應(yīng)用這種方法的有
1.光線(光線是看不見(jiàn)的,我們使用一條看得見(jiàn)的實(shí)線來(lái)表示,就將問(wèn)題簡(jiǎn)化利用了理想化模型)
2.磁感線
3.電路圖是實(shí)物電路的模型
4.力的示意圖或力的圖示是實(shí)際物體和作用力的模型。
5.實(shí)驗(yàn)室常用手搖交流發(fā)電機(jī)及掛圖來(lái)研究交流發(fā)電機(jī)的原理和工作過(guò)程
6.研究連通器原理時(shí)用到液片模型。
7.研究肉眼觀察不到的原子結(jié)構(gòu)時(shí)建立原子核式結(jié)構(gòu)模研究肉眼觀察不到的原子結(jié)構(gòu)時(shí)建立原子核式結(jié)構(gòu)模型。
五、科學(xué)推理法
推理法是根據(jù)已知物理現(xiàn)象和規(guī)律,通過(guò)想象和推理對(duì)未知的現(xiàn)象做出科學(xué)的推理和預(yù)見(jiàn).推理法是在觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,忽略次要因素初中物理論文初中物理論文,進(jìn)行合理的推理,得出結(jié)論,達(dá)到認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的目的。理想實(shí)驗(yàn)是研究物理規(guī)律的一種重要的思想方法,它以大量的可靠的事實(shí)為基礎(chǔ),以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)為原形,通過(guò)合理的推理得出物理規(guī)律.
在初中物理課本中,應(yīng)用這種方法的有
1、聲音不能在真空中傳播用推理法得出
2、研究物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與力的關(guān)系時(shí),推理得出慣性定律。
六.類(lèi)比法
類(lèi)比法是指將兩個(gè)相似的事物做對(duì)比,從已知對(duì)象具有的某種性質(zhì)推出未知對(duì)象具有相應(yīng)性質(zhì)的方法.類(lèi)比法在物理中有廣泛的應(yīng)用。所謂類(lèi)比,實(shí)際上是一種從特殊到特殊或從一般到一般的推理。它是根據(jù)兩個(gè)(或兩類(lèi))對(duì)象之間在某些方面的相同或相似而推出它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗤蛳嗨频囊环N邏輯思維。在物理教學(xué)中,類(lèi)比方法可以幫助理解較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)和較難的物理知識(shí)。
在初中物理課本中,應(yīng)用這種方法的有
1、用水流類(lèi)比電流 2、用水壓類(lèi)比電壓 3、用水波類(lèi)比聲波 4、用太陽(yáng)系的結(jié)構(gòu)類(lèi)比原子的結(jié)構(gòu)。
力學(xué)是物理學(xué)的基礎(chǔ),以牛頓三大運(yùn)動(dòng)定律為核心構(gòu)建起了經(jīng)典力學(xué)的主體。浙教版《科學(xué)》七年級(jí)下冊(cè)第三章《運(yùn)動(dòng)和力》是初中階段力學(xué)的主要內(nèi)容,內(nèi)容雖然不多,但難度對(duì)于初中學(xué)生來(lái)說(shuō)是較大的,特別是一些深層次的問(wèn)題。如何才能有效地學(xué)好力學(xué)內(nèi)容,一個(gè)重要的方法就是利用好物理模型。力學(xué)中物理模型在初中教材中并未提及,但是經(jīng)常用到,下面就對(duì)初中階段力學(xué)中用到的物理模型做一介紹并在應(yīng)用中討論分析,以便對(duì)其有一個(gè)深入全面的了解。
一、物理模型的概念
在面對(duì)復(fù)雜多變的物理現(xiàn)象時(shí),人們總是遵循一條重要的原則,即從簡(jiǎn)到繁,先易后難,循序漸進(jìn),層層深入。根據(jù)這個(gè)原則,人們把復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)化或分解成比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題。基于這樣一個(gè)思維過(guò)程,就創(chuàng)建了物理模型。物理學(xué)上研究的實(shí)際問(wèn)題往往比較復(fù)雜,對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)抽象的處理,舍棄次要因素,抓住主要因素,用一種能反映本質(zhì)特性的理想物體或過(guò)程,去描述實(shí)際的物體或過(guò)程。這一理想的物體或過(guò)程稱之為物理模型。例如質(zhì)點(diǎn),它是一個(gè)沒(méi)有大小和形狀,只有質(zhì)量的點(diǎn)。這樣的點(diǎn)實(shí)際上是不存在的,物體再小,總有一定的大小和形狀。但當(dāng)物體的形狀、大小及自身的轉(zhuǎn)動(dòng)情況相對(duì)于我們研究的問(wèn)題可以忽略時(shí),我們就把物體理想化為只有質(zhì)量的點(diǎn),即質(zhì)點(diǎn)。如研究地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí),由于地球大小相較日地距離小得多,因此地球的大小、形狀、轉(zhuǎn)動(dòng)情況都可以忽略掉,就可以把地球看成質(zhì)點(diǎn)。但當(dāng)研究地球自轉(zhuǎn)時(shí),地球上各點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)情況各不相同,它的大小、形狀就不能忽略,就不能把地球當(dāng)質(zhì)點(diǎn)來(lái)看。又如,研究人在水平地面的受力情況,往往將空氣浮力忽略,因?yàn)榭諝鈱?duì)人的浮力相對(duì)人的重力要小得多,這時(shí)就可以忽略空氣對(duì)人的浮力,這就是理想化的過(guò)程,也是一種物理模型。但是如果研究氣球這樣的物體,由于空氣浮力與重力在差不多同一數(shù)量級(jí)上,這時(shí)空氣浮力就不能忽略掉??梢?jiàn),物理模型就是一種理想化的物體或過(guò)程,具有高度的抽象性,能反映事物或過(guò)程的本質(zhì),但從上面例子也可以看出,物理模型也具有相對(duì)性和科學(xué)性,并不是任何情況下都可以將物體或過(guò)程用一定的物理模型來(lái)解決。因此,物理模型是理想化與科學(xué)性的統(tǒng)一。
二、物理模型的分類(lèi)及應(yīng)用
物理模型根據(jù)分類(lèi)依據(jù)的不同,研究者們有不同的分類(lèi),如汪崇渝將物理模型分為:(1)實(shí)物模型,即采用物質(zhì)手段反映與客觀事物(原型)相似關(guān)系的實(shí)體,如飛機(jī)、火箭模型等;(2)理論模型,通常是假說(shuō)的形式,也可稱為物理理論假設(shè),是人們?cè)谶€搞不清事物的本質(zhì)、結(jié)構(gòu)、規(guī)律時(shí),以實(shí)驗(yàn)事實(shí)和物理思維為基礎(chǔ),提出假說(shuō)而建立的物理模型;(3)理想模型,是根據(jù)研究對(duì)象和問(wèn)題的特點(diǎn),抓住主要的、本質(zhì)的因素,建立的一個(gè)易于研究并能反映研究對(duì)象主要特征的新形象。David Hestenes認(rèn)為,物理模型是對(duì)物理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的表征,按其所描述的物理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型(系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、幾何結(jié)構(gòu)、時(shí)間結(jié)構(gòu)、相互作用結(jié)構(gòu)),將物理模型分為三種:(1)幾何模型,描述系統(tǒng)相對(duì)參照系的位置和系統(tǒng)內(nèi)部的位形;(2)過(guò)程模型,描述系統(tǒng)狀態(tài)變量隨時(shí)間的變化情況;(3)相互作用模型,將系統(tǒng)與外界的相互作用變量表示為系統(tǒng)的狀態(tài)變量的函數(shù)。禹雙青將物理模型分為公式模型、圖表模型、結(jié)構(gòu)模型,如麥克斯韋電磁場(chǎng)方程組、力的圖示、晶體空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等分屬其類(lèi)。汪崇渝將理想模型分為:(1)對(duì)象模型,指代替研究對(duì)象實(shí)體的理想化物理模型,如質(zhì)點(diǎn)等;(2)過(guò)程模型,是將實(shí)際物理過(guò)程的次要因素忽略,只考慮主要因素的作用所引起的變化過(guò)程,如自由落體運(yùn)動(dòng)等;(3)條件模型,是把研究對(duì)象所處的外部條件理想化后所建立的模型,如光滑平面等。本文就采用汪崇渝的三分法,將物理模型分為對(duì)象模型、過(guò)程模型和條件模型三類(lèi)。下面僅就初中階段力學(xué)方面用到的物理模型介紹并舉例加以應(yīng)用。
1.對(duì)象模型
(1)質(zhì)點(diǎn)
質(zhì)點(diǎn)是初中階段力學(xué)中最重要的物理模型,浙教版《科學(xué)》教科書(shū)中并未提及,但是在力學(xué)中卻時(shí)時(shí)刻刻在運(yùn)用。上面已經(jīng)說(shuō)過(guò),質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)可以忽略它的大小、形狀及自身轉(zhuǎn)動(dòng)情況的有質(zhì)量的點(diǎn),它的這種理想化在應(yīng)用中概括起來(lái)主要有三個(gè)方面的作用:
①在力的示意圖與受力分析的應(yīng)用
例1:一物體A受到10N豎直向上的拉力,拉力作用在物體的上方,做這個(gè)拉力的示意圖。
分析:A受到的拉力示意圖應(yīng)該如圖1(a)所示,而假如物體A可以看成質(zhì)點(diǎn)的話,圖1(b)、圖1(c)其實(shí)是等同的。質(zhì)點(diǎn)忽略物體的形狀、大小,即它的形狀大小不一定就是物體真實(shí)的形狀或是簡(jiǎn)圖,事實(shí)上我們經(jīng)常把物體簡(jiǎn)化,如一個(gè)人、一條船、一架直升機(jī)單獨(dú)出來(lái)時(shí),就簡(jiǎn)化成一個(gè)方形,再加上文字注明(當(dāng)然物體不復(fù)雜時(shí),我們盡量畫(huà)物體本身的形狀,這主要是形象認(rèn)知的問(wèn)題)。這時(shí)物體濃縮成了一個(gè)點(diǎn),即質(zhì)點(diǎn),一個(gè)與物體相同質(zhì)量的點(diǎn),力的作用點(diǎn)可以畫(huà)在這個(gè)點(diǎn)上,所以圖1(b)是與圖1(a)等同的。當(dāng)物體可以看作質(zhì)點(diǎn)時(shí),雖然物體已濃縮成質(zhì)點(diǎn)了,但經(jīng)常我們加一個(gè)方形來(lái)代表物體,這主要可能考慮一個(gè)點(diǎn)不容易看清的問(wèn)題。通過(guò)以上分析,如果物體可以看成質(zhì)點(diǎn),圖1(a)(b)(c)是等同的,而且我們經(jīng)常用的是圖1(b),這在對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)體現(xiàn)得更加明顯,如圖2。
例2:一小車(chē)在水平面上受到水平拉力F做勻速直線運(yùn)動(dòng),試對(duì)小車(chē)進(jìn)行受力分析。
分析:如果按標(biāo)準(zhǔn)的力的示意圖做出各個(gè)力應(yīng)該如圖a所示,水平拉力F的作用點(diǎn)為點(diǎn)C,重力G的作用點(diǎn)為點(diǎn)A,支持力N與摩擦力f的作用點(diǎn)為點(diǎn)B。事實(shí)上,這樣的圖既麻煩,作用點(diǎn)又由于會(huì)有重疊部分而看不清,更重要的是會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。假如水車(chē)的受力情況真如圖a所示,那么小車(chē)會(huì)因力矩不平衡而轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),它們并不是共點(diǎn)力。真實(shí)中的小車(chē)受力情況要復(fù)雜得多,也不可能就如圖a中一樣。其實(shí),我們?cè)诮虒W(xué)操作中,就是把小車(chē)當(dāng)成質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理。如果我們把小車(chē)看成質(zhì)點(diǎn),那么受力分析情況就如圖b所示,這些力的作用點(diǎn)都在一點(diǎn)上。這樣就簡(jiǎn)化為共點(diǎn)力的平衡,而且不需要考慮力矩的問(wèn)題。事實(shí)上初中階段對(duì)于大多數(shù)的物體,都不需要考慮或者忽略物體轉(zhuǎn)動(dòng)(即忽略力矩的作用),我們都可以把它當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理。初中階段需要考慮力矩基本上只有杠桿,當(dāng)然一些特殊情況也存在,也不能將物體看成質(zhì)點(diǎn),這些特殊情況將在下面舉例中提到。
由上可知,在力的示意圖或受力分析時(shí)把物體當(dāng)成質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理,抓住物體的主要因素,忽略次要因素,是我們教學(xué)中普遍采用的方法,也省去一些不必要的麻煩,更符合初中階段的認(rèn)知規(guī)律,不會(huì)覺(jué)得太過(guò)于復(fù)雜。
②無(wú)須考慮物體受到的力矩
上面提到初中階段杠桿問(wèn)題要用到力矩,即不能把杠桿問(wèn)題中的物體看成質(zhì)點(diǎn),其他大部分情況我們都把物體看成質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理。所以把物體看成質(zhì)點(diǎn)的另一個(gè)好處就是不需要考慮它的力矩問(wèn)題,即認(rèn)為物體受到的是共點(diǎn)力,力的作用線都通過(guò)質(zhì)點(diǎn)。但是有一些特殊情況,看上去不像杠桿問(wèn)題(其實(shí)算是杠桿問(wèn)題,或者更精確地說(shuō)物體轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題,杠桿問(wèn)題其實(shí)就是轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題),其實(shí)并不能把物體看成質(zhì)點(diǎn),但在我們的教學(xué)工作中經(jīng)常被忽略,當(dāng)成質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理,如圖3。
例3:一個(gè)質(zhì)量為2kg的木塊A夾在甲乙兩塊固定的木板間,木板甲對(duì)木塊A的壓力為20N,木塊A勻速向下運(yùn)動(dòng),求木板與木塊A之間的摩擦力。
分析:這道題往往先入為主將A受到甲乙兩板的摩擦力看成是相同大小的,然后再根據(jù)平衡力求解,得到f=G/2,這其實(shí)已將A看成質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理了。但事實(shí)上,這種情況下,我們一般不將A看成質(zhì)點(diǎn),而且甲乙兩板對(duì)A的摩擦力也不一定相等,題中未給出。此時(shí),除了要考慮力的平衡外,還要考慮力矩的平衡。一個(gè)做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體,必然滿足合外力等于0和合外力矩等于0,即滿足動(dòng)量守恒和角動(dòng)量守恒。假設(shè)甲板到A重心之間的距離為L(zhǎng)甲,乙板到A重心之間的距離為L(zhǎng)乙。由于支點(diǎn)的選擇具有任意性,選擇重心為支點(diǎn),則有:
力的平衡:f甲+f乙=G
力矩平衡:f甲L甲-f乙L乙=0
若A是質(zhì)量均勻的物體,重心在幾何中心,有L甲=L乙,則f甲=f乙=1/2G,說(shuō)明一般情況下重心在幾何中心,的確兩邊的摩擦力是相等的。但不能先入為主地認(rèn)為,兩邊的摩擦力必然相等。換言之,若A的重心不在幾何中心,那就意味著兩邊的摩擦力是不相等的。因此,這樣的情況下不能把物體看成質(zhì)點(diǎn)。再深層次考慮,若A的重心在幾何中心,而甲乙兩板動(dòng)摩擦因素是不同的,這樣情況就復(fù)雜了。那就意味著A下滑時(shí)兩邊的滑動(dòng)摩擦力是不同的,則會(huì)產(chǎn)生力矩,使A轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),但A被甲乙兩板限制,可能會(huì)有微小轉(zhuǎn)動(dòng),而使壓力方向大小調(diào)整。但若A還能勻速下滑,最后必然還是滿足合外力等于0及合外力矩等于0。因此對(duì)于這樣的問(wèn)題,我們就不能簡(jiǎn)單地將物體看成質(zhì)點(diǎn)。
③空間位置的確認(rèn)性
在處理運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題時(shí),伴隨著物置的變化。若物體可以看成質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理,某時(shí)刻它的空間坐標(biāo)上具有確認(rèn)唯一性,因此處理起來(lái)就會(huì)簡(jiǎn)單得多。但在實(shí)際問(wèn)題中,如火車(chē)過(guò)大橋,我們并不能把火車(chē)當(dāng)成質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理(其實(shí)它可以看成質(zhì)點(diǎn)系)。由于火車(chē)上每一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)始終是相同的,是一種平動(dòng),這里就不再展開(kāi)。總之,質(zhì)點(diǎn)的引入,對(duì)于運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算也帶來(lái)了方便。
由上可知,當(dāng)物體可以看成質(zhì)點(diǎn)時(shí),即可以忽略其大小形狀及主轉(zhuǎn)動(dòng)情況時(shí),我們把物體看成質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理,在力學(xué)受力分析與運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算中都極大地帶來(lái)了方便。
(2)剛性繩
剛性繩是指繩或線拉伸產(chǎn)生拉力時(shí),不計(jì)線的伸長(zhǎng),即認(rèn)為線中張力變化在瞬間完成,而線不能伸長(zhǎng)的一種理想化的物理模型,如細(xì)鋼線、細(xì)線可以看作剛性繩。在初中力學(xué)中雖未提及,但已經(jīng)有剛性繩的應(yīng)用,如下圖4。
例4:兩個(gè)相同的小球分別用橡皮筋和細(xì)線吊在支架上,靜止時(shí)兩球都處于相同高度A,現(xiàn)將兩小球都抬至B高度釋放,問(wèn)橡皮筋和細(xì)線是否會(huì)斷?
分析:橡皮筋是一種彈性繩,細(xì)線是一種剛性繩,彈性繩受力時(shí)可以伸長(zhǎng),但剛性繩受力時(shí)不可伸長(zhǎng)。當(dāng)小球從B釋放下落至A點(diǎn)時(shí),小球有一定的速度,還要繼續(xù)下降,由于彈性繩可以伸長(zhǎng),伸長(zhǎng)過(guò)程中拉力變大,小球?qū)p速,只要不超過(guò)橡皮筋受力的上限,它不會(huì)斷。但細(xì)線是剛性繩,小球到A點(diǎn)后還要繼續(xù)下降,但細(xì)線不可伸長(zhǎng),瞬間超過(guò)細(xì)線拉力承受范圍而被拉斷。實(shí)際中,細(xì)線不一定斷,那是因?yàn)橥耆饬x上的剛性繩并不存在,受力時(shí)總會(huì)有微小的形變;還有球的質(zhì)量,下落的速度等因素,但引入剛性繩這一物理模型,對(duì)我們研究相關(guān)問(wèn)題帶來(lái)方便,事實(shí)上,細(xì)線、細(xì)鋼線受力時(shí)是幾乎不可伸長(zhǎng)的,這就是物理模型的科學(xué)性。
(3)輕繩、輕桿、輕彈簧、輕滑輪
指不計(jì)其質(zhì)量與質(zhì)量有關(guān)的重力、動(dòng)量、動(dòng)能等。初中力學(xué)中我們也有接觸,忽略其質(zhì)量或重力,這也是一種理想化的物理模型,這里就不再舉例。
2.過(guò)程模型
實(shí)際的物理過(guò)程都是諸多因素作用的結(jié)果,忽略次要因素的作用,只考慮主要因素引起的變化過(guò)程稱為過(guò)程模型。勻速直線運(yùn)動(dòng)就是一種理想化的過(guò)程模型,實(shí)際中速度大小和方向都不變的運(yùn)動(dòng)并不存在,但有些運(yùn)動(dòng),如平直公路行駛的汽車(chē)速度變化很小,可以近似看作勻速直線運(yùn)動(dòng)。勻速直線運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的機(jī)械運(yùn)動(dòng),這一過(guò)程模型具有十分重要的意義,是我們進(jìn)入運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)。下面再來(lái)看一道例題:
例5:從高空下落的雨滴受到的空氣阻力的大小與其速度的平方成正比。一滴質(zhì)量為5g的雨滴從高空下落時(shí),所受到的最大阻力f為多少N,此后雨滴做什么運(yùn)動(dòng)?
分析:雨滴一開(kāi)始是靜止的,受到重力作用而加速下降,速度不斷增大,由于空氣阻力的大小與其速度的平方成正比,空氣阻力也不斷增大,當(dāng)增大到與重力相等時(shí),雨滴受力平衡,做勻速直線運(yùn)動(dòng),速度不再變化,阻力也不再變化,所以一直做勻速直線運(yùn)動(dòng)。速度最大時(shí),阻力最大,f=G。事實(shí)上,實(shí)際的過(guò)程要復(fù)雜得多,可能受到風(fēng)力影響,雨滴質(zhì)量可能會(huì)變化,空氣阻力不穩(wěn)定等,最后也并一定做勻速直線運(yùn)動(dòng),但忽略這些次要因素,理想化這一過(guò)程模型,對(duì)我們研究就帶來(lái)很多方便。真實(shí)的過(guò)程可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定對(duì)這一理想過(guò)程真以修正,事實(shí)上,很多物理過(guò)程就是在理想過(guò)程基礎(chǔ)上加以修正得到的。如低溫高壓下的氣體,不符合理想氣體狀態(tài)方程,但是當(dāng)人們從分子占有體積和分子間相互作用力對(duì)理想氣體狀態(tài)方程加以修正,用來(lái)處理真實(shí)氣體,就能與實(shí)驗(yàn)符合得很好。
3.條件模型
初中力學(xué)中用到最多的條件模型就是光滑平面,指不計(jì)一切摩擦阻力的平面。真實(shí)中并不存在這樣的平面,但對(duì)于摩擦系數(shù)很小的平面我們就可以理想化為光滑平面。在教材牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律的假想實(shí)驗(yàn)中,我們就假想如果存在這種光滑平面的話,小車(chē)將一直運(yùn)動(dòng)下去。所以光滑平面這一條件模型對(duì)于我們研究很多力學(xué)問(wèn)題有著重要的作用。在實(shí)際問(wèn)題中,假如材料的摩擦系數(shù)很小,摩擦力相對(duì)其它受到的力小得多時(shí),我們可以將條件理想化為光滑平面,這就是模型帶來(lái)的簡(jiǎn)便。
三、物理模型研究法是一種重要的科學(xué)方法
理想物理模型的研究方法的好處:第一,可能使問(wèn)題的處理簡(jiǎn)化而又不會(huì)有大的偏差;第二,對(duì)理想化的物體或過(guò)程進(jìn)行研究的結(jié)果,加以適當(dāng)?shù)男拚?,即可用于處理?shí)際情況下的物理問(wèn)題??茖W(xué)的理想化不同于無(wú)根據(jù)的幻想,而是有客觀依據(jù)的。通過(guò)具體事例的比較,使學(xué)生認(rèn)識(shí)理想化要有客觀根據(jù),對(duì)培養(yǎng)學(xué)生掌握理想化方法是必要的。另外,還應(yīng)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到:在一定理想化條件下得出的規(guī)律,只有在(或者非常接近)這些條件下適用。理想實(shí)驗(yàn)是人們?cè)谒枷胫兴茉斓睦硐脒^(guò)程,實(shí)際上是做不到的。論證牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律的假想實(shí)驗(yàn):在無(wú)摩擦情況下,從斜面滾下的小球?qū)⒁院愣ㄋ俣仍跓o(wú)限長(zhǎng)的水平面上永遠(yuǎn)不停地運(yùn)動(dòng)下去,是物理學(xué)史著名的理想實(shí)驗(yàn)。理想實(shí)驗(yàn)是在真實(shí)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,抓住主要因素,忽略次要因素,對(duì)過(guò)程進(jìn)一步分析推理。因此,理想化模型的研究方法是研究物理現(xiàn)象和問(wèn)題的重要方法。
四、物理模型教學(xué)中的策略
初中生對(duì)于物理模型這個(gè)概念不熟悉,如果一味強(qiáng)調(diào)質(zhì)點(diǎn)是什么,剛性繩是什么,光滑平面是什么,學(xué)生并不能很好地掌握,因此要在應(yīng)用中認(rèn)識(shí)物理模型。學(xué)生其實(shí)不知不覺(jué)地在利用物理模型來(lái)解決問(wèn)題,當(dāng)他們認(rèn)識(shí)到自己在運(yùn)用物理模型,就會(huì)思考這個(gè)物理模型適用條件是什么,這樣才是真正認(rèn)識(shí)到模型的內(nèi)涵,也才能更有效地學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)。因此,我認(rèn)為物理模型對(duì)于初中生的教學(xué)策略是在應(yīng)用中認(rèn)識(shí),這也符合初中生的認(rèn)知特點(diǎn)。
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在高一新課程中,物理難教難學(xué)一直是困擾著師生的一個(gè)問(wèn)題。其重要原因,就在于初中科學(xué)與高中物理的教學(xué)銜接上出現(xiàn)了“架空”現(xiàn)象。筆者采用師生訪談的形式,嘗試剖析初中科學(xué)與高中物理教學(xué)銜接中出現(xiàn)的思維方法問(wèn)題。本文從思維方法角度,透視初中科學(xué)與高中物理教學(xué)銜接上出現(xiàn)問(wèn)題的原因,探討針對(duì)性的解決策略,以期提高初中科學(xué)和高中物理教學(xué)的有效性。
一、初中科學(xué)與高中物理思維方法在銜接中存在的斷層
先看初中科學(xué)老師的訪談反饋。初中科學(xué)中的物理現(xiàn)象和物理過(guò)程,大多是“看得見(jiàn),摸得著”,而且從教學(xué)內(nèi)容看,與日常生活現(xiàn)象有著密切的聯(lián)系。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的思維活動(dòng),大多屬于生動(dòng)的自然現(xiàn)象和直觀實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的具體的形象思維,較少要求應(yīng)用科學(xué)概念和原理進(jìn)行邏輯思維等抽象思維方式。練習(xí)題大多要求學(xué)生解說(shuō)現(xiàn)象,計(jì)算題一般直接用公式就能得出結(jié)果。從教學(xué)要求看,初中要求學(xué)生大面積及格,教學(xué)難度基本控制在課標(biāo)范圍內(nèi),對(duì)問(wèn)題的解決停留在模仿、套用公式上。再看高中物理老師的訪談反饋。高中物理學(xué)習(xí)的內(nèi)容在深度和廣度上比初中有了很大的增加,研究的物理現(xiàn)象比較復(fù)雜。分析物理問(wèn)題時(shí)不僅要從實(shí)際出發(fā),有時(shí)還要從建立物理模型出發(fā),要從多方面、多層次來(lái)探究問(wèn)題。在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中抽象思維多于形象思維,動(dòng)態(tài)思維多于靜態(tài)思維,需要學(xué)生掌握歸納,類(lèi)比推理和演繹推理方法,特別要具有科學(xué)想象能力。要求學(xué)生有一定的自學(xué)能力、分析綜合能力及知識(shí)遷移能力等,對(duì)應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力要求比較高。再看高一學(xué)生的一種常見(jiàn)狀況:初中科學(xué)學(xué)得不錯(cuò),興趣也濃,中考成績(jī)也不錯(cuò);高中卻遇到比較大的困難,上課能聽(tīng)懂,作業(yè)卻不會(huì)做,都不知道怎么學(xué)了。根據(jù)上述現(xiàn)狀,筆者從思維方法角度,對(duì)初中科學(xué)與高中物理的銜接斷層問(wèn)題做如下分析:?jiǎn)栴}一:初高中教師的教學(xué)思維存在著脫節(jié)現(xiàn)象。初中科學(xué)學(xué)業(yè)考試命題注重密切聯(lián)系生活實(shí)際,考查學(xué)生在實(shí)際情景中提取信息、分析和處理信息的能力,重視考查學(xué)生的科學(xué)探究過(guò)程和方法,培養(yǎng)學(xué)生從整體上認(rèn)識(shí)事物、從科學(xué)本質(zhì)上分析現(xiàn)象和把握規(guī)律的能力。這種強(qiáng)調(diào)能力立意,符合新課程精神。但是在實(shí)際教學(xué)中,特別是在九年級(jí)時(shí),應(yīng)試現(xiàn)象太害人。教師為考試而教,學(xué)生為考試而學(xué)的現(xiàn)象十分嚴(yán)重,教師包攬一切,學(xué)生一味等著喂食,功利性太強(qiáng)。以致部分學(xué)生喜歡做題目,不喜歡動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),關(guān)注題目的結(jié)果,不注重思維的過(guò)程。在課堂上教師習(xí)慣于學(xué)生能正確回答提出的問(wèn)題,卻很少關(guān)心有多少學(xué)生是否知其所以然,忽視問(wèn)題解決的思維過(guò)程。問(wèn)題二:初高中課程對(duì)學(xué)生思維能力的要求存在著脫節(jié)現(xiàn)象。初中教材中比較直觀的、對(duì)思維能力要求較低的內(nèi)容,如測(cè)量、力、運(yùn)動(dòng)、用電常識(shí),一般都能較好地掌握,達(dá)到教材要求;而教材對(duì)學(xué)生思維能力要求較高的內(nèi)容,如八年級(jí)教材中壓強(qiáng)、浮力和九年級(jí)教材中電功率,學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難,出錯(cuò)最多。這說(shuō)明初中生的思維能力需要一個(gè)發(fā)展過(guò)程。課標(biāo)的實(shí)施,初中科學(xué)降低了理論思維水平,強(qiáng)調(diào)從演示實(shí)驗(yàn)與生活常識(shí)出發(fā)學(xué)習(xí)科學(xué),將這種思維的培養(yǎng)要求向后推移到高一。因此高一學(xué)生的智力表現(xiàn)、思維水平、成績(jī)變化大起大落的情況還是較為常見(jiàn),且在物理科、抽象要求較高的學(xué)科出現(xiàn)了大面積的不及格現(xiàn)象,到高二以后則又相對(duì)比較穩(wěn)定。從這一變化情況來(lái)看,高一是思維質(zhì)變的關(guān)鍵期,與此相適應(yīng)的高中教材的思維要求也發(fā)生了很大變化,這是一部分同學(xué)進(jìn)入高一不適應(yīng)的原因。另外,初中實(shí)行素質(zhì)教育,而高中是以高考為指揮棒的應(yīng)試教育,這更加劇了這種不適應(yīng)性。
二、提高初中科學(xué)課堂效益,實(shí)現(xiàn)思維方法銜接的幾種策略
1.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生形象思維能力。形象思維除了具有一般思維的共性外,與抽象思維比較,它的基本特點(diǎn)是形象性。在中學(xué)物理教學(xué)中,歷來(lái)重視概念、規(guī)律的教學(xué),重視抽象思維能力的培養(yǎng)。但是,如果忽視觀察、演示實(shí)驗(yàn)等直觀形象的教學(xué),忽視形象思維能力的培養(yǎng),抽象思維能力也會(huì)因?yàn)槿鄙傩蜗蟮闹С侄y以發(fā)展。初中學(xué)生正處于由形象思維向抽象思維的過(guò)渡期,高中學(xué)生正處于抽象思維形成的關(guān)鍵期。由于中學(xué)生的抽象思維還是比較初級(jí)的、簡(jiǎn)單的,他們掌握抽象的物理概念和定律,仍然直接或間接與具體的形象相聯(lián)系。在實(shí)驗(yàn)中不僅有形象的感受,還有形象的識(shí)別和描述。實(shí)驗(yàn)過(guò)程是形象思維活動(dòng)的過(guò)程。如在教學(xué)過(guò)程中,常常會(huì)發(fā)現(xiàn)所探究的問(wèn)題無(wú)法呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,有時(shí)即便有現(xiàn)象也是肉眼看不見(jiàn)的。這就要求我們想方設(shè)法使實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象“顯現(xiàn)”出來(lái)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生形象思維能力。2.滲透模型方法,逐步培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力。在科學(xué)研究中,人們用過(guò)一定的科學(xué)方法,建立一個(gè)適當(dāng)?shù)哪P头从澈吞娲陀^對(duì)象,并通過(guò)這個(gè)模型來(lái)揭示客觀對(duì)象的形態(tài)、特征和本質(zhì),這種方法就是模型方法。高中物理教材中,要建立大量的物理模型,例如:這就要求在初中教學(xué)中,使學(xué)生明白,建立合理的模型和理想化過(guò)程對(duì)于學(xué)習(xí)和研究物理問(wèn)題的重要性,以提高他們學(xué)習(xí)這種方法的自覺(jué)性。在傳授知識(shí)的同時(shí),向?qū)W生滲透處理較復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)采用的具體分析、合理簡(jiǎn)化、科學(xué)抽象的方法,有利于抽象思維能力的培養(yǎng)。在課堂上還可向?qū)W生滲透科學(xué)發(fā)展的歷史,可以說(shuō)是一個(gè)模型建立、完善的歷史。模型的不斷提出、修正、更新推動(dòng)著科學(xué)的發(fā)展,使人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)不斷深化,不斷逼近事物的本質(zhì)。初中階段這種模型思維方法的滲透,避免了學(xué)生進(jìn)入高一接觸到理想模型時(shí)的陌生感。為高中階段學(xué)習(xí)建立“理想模型”作了鋪墊,在建模的過(guò)程中又培養(yǎng)了學(xué)生的抽象思維能力。3.加強(qiáng)解題指導(dǎo),培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)態(tài)思維能力。根據(jù)思維對(duì)象不斷運(yùn)動(dòng)變化的特點(diǎn),適時(shí)改變思維的程序和方向,并調(diào)控思維的過(guò)程,從而實(shí)現(xiàn)思維的目標(biāo),這樣的思維方式,叫做動(dòng)態(tài)思維。與動(dòng)態(tài)思維相反,客觀事物所具有的相對(duì)靜止和穩(wěn)定狀態(tài)在思維活動(dòng)中的反映,就是靜態(tài)思維。物理學(xué)研究的物質(zhì)世界是運(yùn)動(dòng)變化,各物理量之間相互聯(lián)系、相互制約,在不斷變化過(guò)程中,從相互關(guān)系中掌握概念和物理規(guī)律。要學(xué)好物理,高中生要具備動(dòng)態(tài)思維。從高一學(xué)生的錯(cuò)題根源來(lái)看,學(xué)生對(duì)孤立的、不變的問(wèn)題,易于理解,而對(duì)于變化的、相互聯(lián)系的問(wèn)題,則較難掌握。從思維發(fā)展來(lái)看,高一年級(jí)的新學(xué)生比較熟悉靜態(tài)思維,動(dòng)態(tài)思維能力亟待培養(yǎng)。所以很有必要樹(shù)立初中生的動(dòng)態(tài)思維意識(shí)。4.重視科學(xué)實(shí)踐活動(dòng),發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性思維。能在原有的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和方法的基礎(chǔ)上,勇于探索,善于創(chuàng)新,取得新穎的、有一定科學(xué)價(jià)值的成果,這樣的思維活動(dòng)稱為創(chuàng)造性思維。創(chuàng)造思維有層次高低之分:在社會(huì)發(fā)展的歷史上,取得重大的新發(fā)明,建立嶄新的科學(xué)理論,對(duì)國(guó)家作出卓越的貢獻(xiàn),這是高層的創(chuàng)造思維;對(duì)于正在學(xué)習(xí)的學(xué)生個(gè)體來(lái)說(shuō),能大膽地提出問(wèn)題,巧妙地運(yùn)用前所未有的新成果,也是創(chuàng)造思維活動(dòng)。這種新異的、符合任務(wù)要求的高品質(zhì)的思維方式對(duì)學(xué)好高中物理有極大的幫助。初中科學(xué)綜合實(shí)踐,倡導(dǎo)學(xué)生自主選擇,主動(dòng)探究,養(yǎng)成獨(dú)立思考及反省的習(xí)慣,系統(tǒng)地解決問(wèn)題和沖突。在教學(xué)中,教師要啟發(fā)學(xué)生自己建構(gòu)知識(shí),注重引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究知識(shí),重視知識(shí)的建構(gòu)。從而逐漸發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維。綜上所述,使初中科學(xué)和高中物理教學(xué)有效銜接,不僅僅是高中物理老師的責(zé)任,也是初中科學(xué)教師應(yīng)盡的義務(wù)。在思想上,初中教師要做好“送”的準(zhǔn)備,在策略上,要實(shí)施相應(yīng)的有效手段,向課堂要效益,搭好思維方法臺(tái)階,同時(shí)也要積極提升自身的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)。由于初中科學(xué)教師的專(zhuān)業(yè)背景不同,很有必要參加各種研修。教師要深入研讀課程標(biāo)準(zhǔn),領(lǐng)會(huì)新課程的內(nèi)涵。通過(guò)校本研修提高初中科學(xué)教師的物理專(zhuān)業(yè)素養(yǎng),不斷提高自己的業(yè)務(wù)水平。加強(qiáng)橫向和縱向集體備課,即加強(qiáng)一個(gè)年級(jí)段的集體備課和初中整個(gè)階段的科學(xué)課程中物理章節(jié)的集體備課,以提高教師駕馭新課程的水平。利用網(wǎng)絡(luò)研修解決教師教學(xué)上的困惑,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)研修,教師間可以跨越時(shí)間和空間的限制,相互學(xué)習(xí)、交流與合作,實(shí)現(xiàn)資源和智慧的共享,促進(jìn)自我素質(zhì)迅速成長(zhǎng)??s小初高中教師的教學(xué)思維的差異,為初高中教學(xué)架設(shè)“階梯”,讓學(xué)生都能順利越過(guò)初、高中物理學(xué)習(xí)的臺(tái)階,實(shí)現(xiàn)初、高中的有效銜接。
作者:姚掌仙 單位:浙江省桐鄉(xiāng)市洲泉中學(xué)
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就教學(xué)內(nèi)容而言,初中物理主要從物理現(xiàn)象入手,分析這些現(xiàn)象的一些基本原理和規(guī)律,知識(shí)內(nèi)容較形象直觀;而高中物理則要求能在觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上抽象出理想化的模型,在構(gòu)建好基本物理模型的基礎(chǔ)上,要求學(xué)生能分析出具體的物理過(guò)程,并利用恰當(dāng)?shù)姆椒ê瓦\(yùn)用相關(guān)的規(guī)律解決具體的問(wèn)題。教學(xué)內(nèi)容比初中更深、更廣、更抽象,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)后,許多重知識(shí)輕能力的弊端也充分地暴露出來(lái)。其次,從要求上來(lái)看,初中物理相對(duì)簡(jiǎn)單,教學(xué)難度基本控制在大綱范圍內(nèi),對(duì)物理問(wèn)題的解決往往停留在模仿、套用上,再作一些適當(dāng)?shù)耐卣辜纯?。而高中必須適應(yīng)高考的要求,很大程度上要求學(xué)生有一定的自學(xué)能力、分析能力及知識(shí)遷移能力等。
2 有的放矢,增強(qiáng)信心,提高學(xué)習(xí)物理興趣
剛進(jìn)入高中,學(xué)生懷揣著美好的憧憬,開(kāi)始的一階段對(duì)物理學(xué)習(xí)還是比較感興趣的,但是隨著高中物理概念的抽象化和學(xué)生原有思維的定勢(shì),對(duì)位移、加速度、運(yùn)動(dòng)的合成與分解等概念難以理解和接受,幾經(jīng)檢測(cè),成績(jī)有較大幅度的滑坡,于是乎有部分學(xué)生的意志就開(kāi)始出現(xiàn)了動(dòng)搖,尤其是牛頓運(yùn)動(dòng)定律的學(xué)習(xí)使部分學(xué)生喪失了物理學(xué)習(xí)的興趣。有些學(xué)習(xí)成績(jī)稍好點(diǎn)的學(xué)生也感到了很大的壓力。其實(shí),仔細(xì)分析學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)態(tài)度的改變以及意志的部分喪失,我認(rèn)為原因有三:一是思想準(zhǔn)備不足,想當(dāng)然的認(rèn)為高中物理和初中物理要求差不多;二是教學(xué)模式的不同,初中階段的教學(xué)模式多般是“保姆式”、“手把手”,進(jìn)入高中后一旦脫離老師的貼身式的指導(dǎo)和幫助,這種自主學(xué)習(xí)能力上的缺陷便逐步暴露出來(lái)。三是初高中物理知識(shí)點(diǎn)的銜接與有機(jī)遷移能力不強(qiáng)。而這三個(gè)方面中主動(dòng)學(xué)習(xí)和信心不強(qiáng)則是重點(diǎn)原因。因此,如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)信心及培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)應(yīng)該是銜接教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)不可或缺的內(nèi)容。比如可以組織學(xué)生回顧在初中物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中,總結(jié)初中物理學(xué)習(xí)的成功經(jīng)驗(yàn),使他們?cè)诨仡欀锌吹阶约旱倪M(jìn)步與成長(zhǎng)。并由淺入深,逐步建立信心來(lái)探究未知的規(guī)律。比如牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律在初中物理中已學(xué)過(guò),而牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律是剛剛學(xué)習(xí)的內(nèi)容,要特別提醒學(xué)生這兩個(gè)規(guī)律有著內(nèi)在的聯(lián)系,但又有不同的前提, “牛頓第一運(yùn)動(dòng)規(guī)律”是物體不受力或所受合力為零的前提下始終保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),而“牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律”是在物體所受外力及外力的合力不為零的前提下,物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就要發(fā)生改變,從而合理的引入了勻變速運(yùn)動(dòng)的概念及運(yùn)用,通過(guò)對(duì)這個(gè)例子的分析,要使學(xué)生知道,原來(lái)我們學(xué)習(xí)的高中物理物理知識(shí),與初中物理有著一定的關(guān)聯(lián)性,這樣才能做到真正意義上的承前啟后。從而達(dá)到增強(qiáng)學(xué)習(xí)物理的信心。另外還可以在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生先處理一些較為簡(jiǎn)單的問(wèn)題,而后再逐步深入拓展,不要讓學(xué)生覺(jué)得物理很難,在高中物理的起跑線上切記不要過(guò)多的設(shè)置障礙,還有就是要在教學(xué)中多舉一些學(xué)生熟悉、感興趣的事例來(lái)分析和講解物理。使學(xué)生能從具體事例中認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)物理的重要,感受到物理就在我們身邊,體會(huì)成功的喜悅,產(chǎn)生學(xué)好物理的濃厚興趣。
3 注意學(xué)生初中階段物理知識(shí)的殘漏,結(jié)合實(shí)際進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)
相當(dāng)數(shù)量的高中物理教師,大學(xué)畢業(yè)分配后便直接進(jìn)入高中物理教學(xué)的行列,對(duì)于學(xué)生已有的初中物理知識(shí)的背景、體系及要求知之甚少,這就造成教師對(duì)學(xué)生過(guò)去的了解處于空白狀態(tài)。近年來(lái),為了減輕初中生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān),初中教學(xué)大綱也在作部分調(diào)整,在能力培養(yǎng)、知識(shí)面的拓展上有所加強(qiáng),淘汰了一些過(guò)于繁瑣、陳舊的內(nèi)容,降低了部分章節(jié)的運(yùn)算難度。作為高一物理老師,應(yīng)準(zhǔn)確了解這一情況,進(jìn)行必要的補(bǔ)缺補(bǔ)漏,如對(duì)物體的受力分析,初中處理的大都是物體在靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的力學(xué)問(wèn)題。而物體的受力分析是力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí),是高一乃至整個(gè)高中物理教學(xué)的重點(diǎn)知識(shí)。所以對(duì)物體的受力分析在高一學(xué)習(xí)階段就需要花大力氣給學(xué)生補(bǔ)上漏缺的內(nèi)容,讓學(xué)生掌握受力分析的方法,掃除障礙,并運(yùn)用平行四邊形法、正交分解法,將物體的受力有機(jī)的分解到水平、豎直,然后再拓展到其它方向,最終確定合力的大小和方向,為解決具體問(wèn)題掃除障礙,為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。同時(shí)教師還應(yīng)了解每個(gè)學(xué)生在初中階段的學(xué)習(xí)情況,了解其物理基礎(chǔ),這同時(shí)還要注意新舊知識(shí)的聯(lián)系,在教學(xué)中才能做到因材施教,有的放矢,取得較好的教學(xué)效果。高一學(xué)習(xí)的大部分內(nèi)容都是在初中基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的,故在引入新知識(shí)、新概念時(shí),注意對(duì)舊知識(shí)的復(fù)習(xí),用學(xué)過(guò)的熟悉的知識(shí)進(jìn)行鋪墊和引入。鑒于學(xué)生的年齡特征、認(rèn)知水平,有些問(wèn)題在初中并沒(méi)有講深講透,例如在學(xué)習(xí)摩擦力時(shí),部分學(xué)生在思維上形成定勢(shì),總認(rèn)為“摩擦力是阻力,方向總跟物體的運(yùn)動(dòng)方向相反”。為此,我們還需在原有的基礎(chǔ)上對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣购图訌?qiáng),幫助學(xué)生消除錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí),確立摩擦力并不是在任何情況下都是“阻力”的印象。另外,我還覺(jué)得高中物理教師必須熟悉初中物理教材及教學(xué)大綱,如果有條件的還要走進(jìn)初中物理教學(xué)的課堂,這樣才能做到真正意義上的“承上啟下”。