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中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:C DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2013.24.159
物理教學過程本質就是使學生認識物理世界的過程。學生學習的物理知識、技能、方法,必須經(jīng)歷一個與物理學家類似的認識過程。學生學習物理知識就是在解決一個一個的物理問題,這些問題交織在一起,成為學生學習的心理動力和課堂教學的契機。正是這些問題驅動學生去追求知識、探索真理。教師通過挖掘教材,以“問題”為載體,用問題構建課堂教學結構。在教學過程中,問題的設置要有合理的程序和階梯性,要把一個復雜的問題分解成一系列相關聯(lián)的、循序漸進的子問題;同時應該隨學生的思維水平而有所區(qū)別。教師應該努力形成一個重要的結構――問題結構。教師在物理課堂教學中設問的問題和學生參與討論的問題應該是按學習心理規(guī)律和物理知識的邏輯關系組成的問題系列。它是實現(xiàn)教學目標的程序,是教師引導學生思維的策略。
1 問題結構的基本要素
1.1 問題應有明確的目的性和針對性
問題的設計構成了整個教學過程的結構框架。問題的起點是學生已有感知、記憶、思維、想象等智力活動的水平和特征,要考慮到學生認知過程中可能遇到的困難,包括思維活動中的困難、記憶過程中的困難、應用知識解決問題時的困難等。充分了解學生情況對問題的設計很重要。學生心理活動的特點除了在教材上反映外,還要靠教師認真地觀察分析學生的學習表現(xiàn),并且長期積累總結。
問題的目標是物理問題的解決。物理概念、規(guī)律、知識應用的教學任務都可以由教師轉換成一個物理問題的解決。所以問題解決與教學目標達成是一致的。問題的目標可以是一節(jié)課的教學任務,也可以是一部分內容的教學任務。
1.2 問題應有清晰的層次
物理教學中的問題應該有清晰的層次和邏輯性。若干組問題形成一節(jié)課的結構,每一個問題如同認知水平提高的臺階, 同時用相應的手段激活學生認知結構中的相關部分,使其與學習情境相互作用,充分調動學生的思維活動。
如“瞬時速度”這個概念的引出可以提出如下問題:
①汽車從甲地到乙地,走的位移為x,用的時間為t,求汽車的速度多大?
②汽車出發(fā)時、中途、接近目的地時速度是變化的,我們剛才所求的速度(v=x/t)能反映出汽車途中的這些變化嗎?用什么方法能表示出途中的這些變化呢?
③如果把過程取得盡量短(位移、時間),這時的平均速度的變化反映了什么呢?
進而引入瞬時速度的概念。
1.3 問題應有探究性和發(fā)展性
教師向學生提出的問題,問題應有探究性和發(fā)展性。問題的設計要有難度,但同時要注意梯度。教師要根據(jù)學生的思維水平,通過提問來引導,激發(fā)學生思維的火花,引導學生一步步探尋問題的本質。不能包辦代替學生的思維過程。
1.4 問題的系統(tǒng)性
許多教師在平時的教學中,形成了自己的題庫,題庫的題目應根據(jù)章節(jié)、物理模型、難易程度進行分類,形成體系。與此同時還需要根據(jù)所教學生的實際,將最典型的、針對性強的題目甄選出來,讓學生練習達到事半功倍的效果。
2 問題設置應注意以下幾個問題
2.1 充分地備教材,理解其中的科學認識過程
教師在備課的過程中要認真地研究教材,善于利用教材中的物理觀點、物理實驗、物理情景進行問題設計,例如:在《自由落體運動》的教學中,伽利略的研究思想非常巧妙??梢岳盟敃r做的“兩個鐵球同時落地”的實驗來設計問題?!叭绻氐那虮容p的球下落得快,那么將輕球和重球拴在一起,會發(fā)生什么情況呢?”通過對這個問題的思考與討論,讓學生切身體會這個實驗假設的巧妙,重溫前人研究問題的思維過程。更加深化了對自由落體運動的條件和運動特點的理解。
2.2 利用實驗創(chuàng)設問題情景
實驗室物理的基礎。物理實驗可以讓學生更直觀、更形象地認識 規(guī)律。在課堂教學中要利用演示,引導學生觀察實驗現(xiàn)象。在做實驗之前,要進行適當?shù)匿亯|,給學生預設問題,引導學生去觀察實驗現(xiàn)象,避免學生只看熱鬧,沒有收獲。再通過對實驗現(xiàn)象、實驗結果的分析去解釋物理的本質和規(guī)律。
2.3 依據(jù)生活實際創(chuàng)設物理情景
物理就是在解決生活中的問題。那么我們所設置的問題也應該來源于生活。如傳送帶傳送物體、汽車剎車滑行、奧運會中的體育運動、小孩滑滑梯、蕩千秋、聲控燈、光纖通訊、核電站等。將這些生活中的情景簡化成一些物理模型:如勻變速運動、單擺等,穿插在平時的課堂教學中,加強理論與實際之間的聯(lián)系,幫助學生感受當前所學物理知識的意義,逐步培養(yǎng)學生主動觀察自然――尋找問題――運用所學知識解決實際問題的應用能力。
一、動態(tài)平衡問題
這種情況絕大多數(shù)在選擇題中出現(xiàn),主要是判斷各個力大小變化情況或求某個力的極值問題等,可以用“作圖法(合成法)”、“相似三角形法”、“正交分解法”等。
例1如圖1所示,一重力為G的物體懸掛在兩根細線OA和OB下處于靜止狀態(tài),其中OB與豎直方向的夾角α=30°,OB處于水平狀態(tài),現(xiàn)將OA繞O點緩慢移到豎直位置,而保持O點不動,則在OA移動過程中,下列說法中正確的有( )。
圖1A。OB線中的張力逐漸變大
B。OB線中的張力逐漸變小
C。OA線中的張力逐漸變小
D。OA線中的張力先變小后變大
解析如右圖,先受力分析,若要求出FOA和FOB表達式,由于會涉及OA的方向變化,計算會比較復雜。若用作圖法非常直觀和簡單:先將FOA和FOB合成,其合力與重力G平衡,OA在向上轉動過程中,由于OB的方向不變,所以FOA的大小受虛線MN限制,從而看出FOA先小后變大,所以D對;根據(jù)平行四邊形定則可得出F OB逐漸變小,所以B對,所以選BD。
小結這類題有明顯的特點:一般用于三力平衡,且三個力的特點分別是,其中一個力是恒力(大小和方向都不變),有一個力是方向不變,大小可以變,還有一個力大小變化。
例2一表面光滑的半球固定在水平地面上,其半徑為R,在球心正上方固定一個滑輪,現(xiàn)用一條細繩繞過滑輪,繩的一端栓一小球,另一端跨過滑輪用手拉住,如圖2所示,現(xiàn)緩慢拉動繩,使小球緩慢從A點移動到B點,則在這過程中半球對小球的支持力N和繩的拉力T如何變化( )。
圖2A。 N變大,T變小B。 N變小,T不變
C。 N不變,T變小D。 N變小,T變小
解析先分析受力,由于小球向上移時拉力T和支持力N的方向都在變化,所以不適合例1的方法??梢杂孟嗨迫切蔚姆椒ǎ喊牙和支持力N合成,其合力與重力G平衡,可以看出陰影部分三角形與三角形OCA 相似,所以G1OC=N1OA=T1AC,而F合=G不變,OC和OA的長度不變,AC變短,所以N不變,T變小,正確選項是C。
圖3例3如圖3所示,汽車在岸邊通過定滑輪用繩拉小船,使小船勻速靠岸,若水對船的阻力不變,下列說法中正確的是( )。
A。繩子的拉力不斷增大
B。船受到的浮力不斷減小
C。船受到的合力不斷減小
D。繩子的拉力可能不變
圖4解析如圖4所示,先對分析小船受力,可以看出小船受四個力作用,不好用合成法和相似三角形的方法,可以用正交分解法,設繩拉船的方向與水平方向成θ角,由于小船勻速運動,船受到的合力一直為零(不變),所以C錯,由平衡條件,水平方向有 Fcosθ=Ff,豎直方向有Fsinθ+F浮=mg,在小船靠岸的過程中,θ增大,而阻力Ff和重力mg保持不變,所以繩的拉力F增大,浮力F浮減小,所以選項A、B正確。
二、變加速問題
物體運動過程中,由于物體受到的某一個力在變化,引起物體的加速度、速度等的變化,進而引起相關的物理量的變化。這類問題主要考查受力分析和牛頓第二定律等方面的基礎知識,也會進一步考查動能定理、機械能守恒定律和能量守恒定律,有一定的綜合性。
圖5例4如圖5所示,一豎直放置的輕彈簧下端固 定在水平面上,一小球從彈簧正上方某高處由靜止開始下落,則在以后的運動過程中,下列敘述中正確的是(彈簧始終豎直且在彈性限度內)( )。
A.當小球剛接觸彈簧時,小球的動能最大
B.從小球接觸彈簧到最低點,小球的速度先增大后減小
C.從小球接觸彈簧到最低點,小球的加速度增大后減小
D.當小球運動至最低點時,小球與彈簧組成的系統(tǒng)的勢能最大
解析小球剛接觸彈簧時,彈簧對小球的彈力小于小球的重力,小球的加速度和速度方向都豎直向下,小球繼續(xù)向下做加速度減小的加速運動,所以此時小球的速度(和動能)不是最大,選項A錯誤;當彈簧對小球向上的彈力與重力大小相等時,小球的加速度等于零,小球速度(動能)最大,小球再向下運動時,彈簧對小球的彈力大于小球的重力,小球的加速度向上,小球向下做加速度增大的減速運動,所以先項B對,C錯;在小球整個運動過程中只有重力和彈簧的彈力做功,小球與彈簧組成的系統(tǒng)的機械能守恒,即動能、重力勢能和彈性勢能的總和不變,因此當小球動能最小時,即小球運動至最高點和最低點時,小球的重力勢能與彈簧的彈性勢能之和最大,選項D正確,所以選項B、D正確。
三、動態(tài)電路問題
電路動態(tài)變化是閉合電路中的一個重點和難點,它涉及電路的知識面廣,綜合性強,往往是牽一發(fā)而動全身,一處出錯,后面判斷全錯,為此,應按:局部整體再局部的思路來處理。
例5如圖6所示的電路中,電壓表和電流表都看作理想電表,電源內阻為r。閉合開關S,當把滑動變阻器R3的滑動片P向a端移動時 ( )。圖6A。電壓表V1的示數(shù)變小,電流表A的示數(shù)變小
B。電壓表V1的示數(shù)變大,電壓表V2的示數(shù)變大
C。電壓表V1的示數(shù)變化量大于電壓表V2示數(shù)變化量
1. 不重視導語的設計
導語是一堂課的"開場白",其作用在于承前啟后,由舊入新,把學生的注意力吸引到新的課題上來,加深新舊知識的聯(lián)系,將學生引入良好的學習佳境。在物理教學中,導語的設計形式多種多樣:或導之以趣,從有趣味的事例來增加學生聽課的趣味性,激發(fā)學生學習物理的興趣;或導之以情,以創(chuàng)設一種情境,增強課堂的感染力,讓學生學得精,學過印象深記得牢;或導之以疑,以某個相關問題的提出,從而引起學生的注意力,激發(fā)學生思考,帶著疑問進入新課,等等。比如,關于動量定理的教學,可以這樣進行:教師將一只雞蛋掉落在海棉上,雞蛋不破,再將這只雞蛋從同樣的高度掉落在硬地上,雞蛋破了。這時教師提出問題:為什么同樣的雞蛋從同樣的高度下落,掉在海棉上不會破,掉在硬地上卻破了?學生面對事實,必然思維高度活躍,動腦筋去尋找理由來解釋,在此,教師適當?shù)囊龑?,更可進入新課題。好的導語,如同徐徐拉開的帷幕,讓學生慢慢看到精致的美景,就象磁鐵將學生深深吸引??傊瑢дZ是誘發(fā)學生學習興趣,啟迪學生積極思維,創(chuàng)造良好教學情境的有力手段,切不可小視。
2. 缺少對學生活動的安排
學生是學習的主體,是教師完成教學任務的對象,教師所傳授的知識,只有通過學生這個主體才能轉化為學生自己掌握的知識。目前教學的弊端是:教師講得太多,只顧個人的表演,啟發(fā)誘導的少,學生參考少,抑制學生學習的主動性。要使學生成為學習的主人就必須善于引導學生積極參與到教學過程中來,充分發(fā)揮學生的學習的主動性,把學生的主體參與貫穿到課堂教學的始終,讓學生獲得知識的同時,學會獲取知識的方法。學生參與得多了,增加了主人翁的意識,讓被動學習變成主動去學習,學生的能力得到提高,使教學要求落到實處。實踐證明,凡是教學效果好的教師,都是在課堂教學中善于發(fā)揮學生的參與作用,善于引導學生去思考問題解決問題。為此,教師在備課中必須做好安排:哪些內容可由學生閱讀,讓學生自己去解決問題;哪些內容需要由教師引導啟發(fā),交由學生討論解決;應采取哪種手段來優(yōu)化差生的心里品質,激勵差生積極回答問題;又應采取何種方式來發(fā)展優(yōu)生的創(chuàng)造性思維能力,等等。所有這些,教師只有在備課時在教學的內容和教學的時間上作出精心的安排,精心的設計,在教學過程中才能把握好學生參與的時機,抓住學生的興奮點,避免隨意性,克服盲目性,才能使課堂學習氣氛濃厚,學生求知欲望高漲,使學生既學到了知識,又發(fā)展了能力。
3. 不重視教學程序的設計
物理知識有科學的系統(tǒng)性,教學過程是一個循序漸進的過程,教師的教學活動要按一定的程序進行的。要設計好一堂課的教學程序,教師備課時必須做到:備學生,即要深入了解所教班學生的底細,成績如何,個性特點等;備目標,即明確每課時的教學目標;備教材,即把握好教材的重點難點內容;備教法,即根據(jù)不同的教學內容,班級學生特點,確定不同的教法。同時,教師要認真考慮每堂課的采取的方法,教什么,怎么教,才能把學生的思想緊緊地扣住,使學生處在積極的思維狀態(tài)中。但是,教學程序的設計,要符合物理知識的發(fā)展進程和學生的認識規(guī)律,由淺入深,由易到難,由簡到繁,由已知到未知。好的教學程序,教師在課堂教學中就顯得有條理性各針對性,善于抓住教學的重點和難點,將授課的內容講到點子上,從而提高教學的質量。
4. 扳書、板畫隨意,欠計劃
合理的板書、板畫在物理教學過程中起著重要的作用。板書、板畫悅目,能讓人產(chǎn)生愉悅的心情。因為,教材脈絡結構中復雜的、抽象的、重點的問題,用板書,板畫有條理的、直觀的、形象的、生動的、清淅的展現(xiàn)在學生的面前,能啟發(fā)學生思維,鞏固學生的記憶,便于學生筆記和復習,給學生留下難忘的印象。如果不認真?zhèn)湔n,不認真做好板書、板畫的計劃,黑板布局不合理,主次不分,重點不明,只能給人一種凌亂的感覺,分散了學生的注意力,怎么不影響教學的效果呢?
5、不重視寫教學后記
教學后記是教師課堂教學自我反饋的一種好的形式。寫教學后記的目的,就是為了今后的備課提供參考,提高備課的質量,這對于年青的教師顯得尤其重要。因為,教師在授完課后,只有認真進行教后分析、評價、反思、總結,通過學生及時反饋,哪些地方須要補充完善,哪些地方克服改進,只有這樣才能讓今后相應的教學內容更全面、更充實、更合理、教學方法更合當,從而提高教學的水平的教學的能力;同時,認真、及時地寫教學的后記,教學的反思,是教師責任心強,積極進取的具體表現(xiàn)。
當前,全國各地正在深化教育改革全面實施素質教育,給廣大教師提出了新的更高的要求,教師自身素質的高低直接地影響著素質教育的實施。因此,每位教師都必須明確肩負的責任,從備課抓起,努力克服自己的薄弱環(huán)節(jié),形成自己獨樹一幟的風格,提高備課質量,改進教學方法,使學生在學習知識的過程中切實提高能力的素質,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造力。 (接上頁) 系統(tǒng)減小的勢能變成系統(tǒng)的動能,用折合質量表示
例三的四種解法各有優(yōu)勢,第一種和第二種學生容易理解,第三種具有普適性,第四種較巧妙。四種解法對學生的知識面和能力要求逐漸增高,學生理解后可以擴大知識面,思維更全面靈活。從例一到例三逐漸加深,用類比法可以很好地提高課堂教學質量,可以高效地提高學生發(fā)散思維能力和知識遷移能力。
物理旋轉運動介紹:
運動物體上,除轉動軸上各點外,其他各點都繞同一轉動軸線作大小不同的圓周運動,這種運動叫做“轉動”,物體上各點的運動軌跡是以轉軸為中心的同心圓,在同一時刻,轉動物體上各點的線速度和線加速度不盡相同;
距轉軸較近的點,其線速度和線加速度都較小,但角速度和角加速度都相同,當剛體繞一固定軸線轉動時,稱為“定軸轉動”,如門、窗、機器上飛輪的運動等;
當剛體繞一固定點轉動時,稱為“定點轉動”,如回轉儀的轉子的運動等,當一點以另一固定點為中心作圓周運動時,也
(來源:文章屋網(wǎng) )
論文摘要:本文根據(jù)學生的實際情況以及本人的教學實踐,針對普通物理教學中困擾學生的極值問題,利用數(shù)學、物理的概念、公式等,嘗試對物理極值問題的求解規(guī)律進行歸納與探析。
在普通物理習題中有一些是關于求極值問題。有的是求極小值,有的是求極大值,學生對此并沒有足夠的預備知識,遇到這類題目往往感到無從下手,不知如何解,故而在解題過程中錯誤層出不窮,本文試從幾個方面對物理習題中的極值問題加以說明。
一、從物理概念、公式出發(fā)求極值
例1:一車技演員騎摩托車駛進一半徑為R,路面傾角為的圓錐形峭壁上做圓周運動,車輪與路面間靜摩擦系數(shù)為μ。求飛車在此圓軌道上不致滑動的速率V的取值范圍。
解:物體受力:支持力N;重力G;最大靜摩擦力fm;建立坐標,假定fm沿斜面向上,如圖(a)所示:
y軸方向沒有運動(1)
x軸方向做勻速圓周運動
式(2)中的向心力為最小,因而V最小應表示為Vmin
最大靜摩擦力
假定最大靜摩擦力fm沿斜面向下,如圖(b)所示:
y軸方向
x軸方向合外力充當向心力式(4)中的向心力為最大,因而V最大應表示為Vmax
從(3)(4)兩式可解得:
最后,飛車在此圓軌道上不致滑動的速率V的取值范圍為:Vmin≤V≤Vmax
此題利用向心力公式
fm沿斜面向上向心力F最小因而V最小;
fm沿斜面向下向心力F最大因而V最大;
故而求得V的取值范圍。
例2:如圖(c)所示,滑道AC的后部是一個半徑為R的圓環(huán),質量為m的滑塊在高度為h的位置從靜止出發(fā),沿AC滑下,求滑塊通過圓環(huán)頂部時不致脫落的h的最小值。
解:把滑塊和地球看作一個系統(tǒng),沒有外力作功,內力中的重力為保守力,摩擦力被忽略,滑道和圓環(huán)對滑塊的作用力均與運動方向垂直,它們不作功,機械能守恒條件得到滿足,以地球作參考系,取滑塊通過的最低位置作為重力勢能的零點,設h為使滑塊在圓環(huán)頂端不脫落的最小高度,比較滑塊在圓環(huán)頂部和出發(fā)點的機械能有:
V0為滑塊在圓環(huán)頂部的速度,滑塊在圓環(huán)頂部所受的向心力為mg+N
RN為圓環(huán)頂部對滑塊的壓力,在一般情況下N≥0
對于滑塊剛好能通過頂點的情況,取N=0,由式(2)得到mv02=mgR代入式(1),可得
二、利用數(shù)學求導一階導數(shù)為零求極值
此題利用了數(shù)學求導求極值問題,一階導數(shù)為零,有極值;二階導數(shù)大于零,有極小值;二階導數(shù)小于零,有極大值。
三、利用矢量三角形解物理極值
例4:如圖(d)所示,質量為m的小球用細線懸掛在O點,并置于傾角為a的光滑斜面上,細線與豎直方向的夾角為>a,試分析:在斜面緩慢右移,逐漸減至0°的過程中,小球受到線的拉力和斜面支持力如何變化?它們的極值各是多少?
分析與解:在逐漸減少的過程中,小球在三個共點力的作用下始終處于平衡狀態(tài),重力mg為豎直向下的恒力,支持力N大小變化而方向始終垂直斜面,而拉力T的大小和方向都在變化。從三力構成的矢量三角形如圖(e)可以看出:拉力T先減小后增大,當T與N垂直,即+α=90°。T與斜面平行時,拉力最小為Tmin=mgsinα。而支持力N不斷減小,當=0°時,N減為零,即Nmin=0
四、利用三角函數(shù)解物理極值
例5:質量為m的物體放在地面上,它們間的滑動摩擦系數(shù)為μ,用力F拉物體,使物體在水平面上作勻速直線運動,力與水平方向的夾角α為多大時最省力。