物理抽象思维能力培养在简谐运动教学中的体现

左南君

(宜兴市官林成人文化技术学校 江苏无锡 214251)

与分类、分析与综合、判断与推理、抽象与概括、归纳与演绎等抽象思维的方法建立起已知内容和未知内容之间的因果联系，得到判定质点是否做简谐运动的条件是它受到的回复力是否与质点离开平衡位置的位移成正比，即是否满足F=－kx的关系。

物理抽象思维能力培养在简谐运动教学中的体现

左南君

(宜兴市官林成人文化技术学校 江苏无锡 214251)

结合新课标中简谐运动的具体教学内容，论述了物理抽象思维能力的培养，点明物理抽象思维能力的培养在新课中有具体体现。

物理抽象思维;简谐运动;新课标

物理抽象思维是指以物理概念为思维材料，以物理判断和物理推理的形式来反映客观事物的运动规律，从而达到对物理事物的本质特征和内在联系的认识过程。物理抽象思维不仅是学生提出物理问题、掌握物理概念、把握物理规律、形成物理理论的重要思维方式，也是提高学生综合运用所学物理知识解决具体问题能力的必要条件。简谐运动的教学，可以使学生在理解概念，掌握规律的过程中，对物理抽象思维能力进行培养。

1 合理构建教学内容的逻辑体系

物理学是以基本概念为基石，以基本原理为骨架，以基本方法为纽带所构成的逻辑体系。教材编写和教学内容的设计都体现了合理的逻辑结构。课堂教学中的逻辑主线是:提出问题——分析探究问题——解决问题。

“振动现象在自然界中广泛存在。钟摆的摆动、水中浮标的上下浮动、担物行走时扁担下物体的颤动、树梢在微风中的摇摆……都是振动，一切发声的物体都在振动，地震是大地的剧烈振动，振动与我的生活密切相关。”(新课标选修3-4第十一章机械振动第一节简谐运动)与学习过的匀速直线运动、匀变速直线运动、匀变速曲线运动(平抛、类平抛运动)和匀速率圆周运动相比，振动是一类相对较为复杂的运动形式。在自然界中一切复杂的运动形式都是由最简单的运动形式组成，并且学生的认知遵循先简单后复杂的规律。为此应该从最简单的情况出发，学习振动的描述及振动的性质。构建模型就是将物理过程模型化，将一些复杂的物理过程经过分解、简化、抽象为简单的易于理解的物理过程。在实际教学过程中，可利用已有的物理知识中的概念规律和对物理问题的研究方法来构建一种物理模型——弹簧振子。弹簧振子是一个不考虑摩擦阻力，不考虑弹簧的质量，不考虑振子(金属小球)的大小和形状的理想化的物理模型。

如图1所示是一个弹簧振子的模型，其中金属杆光滑，轻质弹簧质量远小于金属小球的质量，故可忽略不计。

图1 弹簧振子

通过实验演示，让学生分析研究弹簧振子的位移和时间的关系。

实验一:如图2所示是弹簧振子的频闪照片。

图2 弹簧振子的频闪照片

实验二:如图3所示是利用传感器和计算机描绘简谐运动的图像。

图3 用传感器和计算机描绘简谐运动的图像

深入研究弹簧振子的位移与时间的关系:

方法一:利用初中数学课本中已经学习过的正弦函数的知识，假定现在得到的振动位移时间关系是正弦曲线，用刻度尺量出几个特殊点的纵坐标和横坐标，看看是否满足正弦函数表达式。

方法二:利用计算机处理位移传感器经数据采集器的数据在屏幕上作出的位移—时间图像，猜想弹簧振子的位移—时间关系可以用什么函数表示。

从而得到简谐运动的定义:“如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x-t图像)是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐振动。”“简谐运动是最简单、最基本的振动。”(新课标选修3-4第十一章机械振动第一节简谐运动)

以上过程就是遵从课堂教学的逻辑主线，先提出问题，后分析探究问题，再解决问题，最后是系统物理知识，形成知识结构。其中，对实验现象的分析总结，可培养学生的归纳概括能力，同时明确知识点在知识结构中所处的地位。

2 积极传授物理抽象思维的方法

物理学中抽象思维的方法包括比较与分类的方法、分析与综合的方法、判断与推理的方法、抽象与概括的方法、归纳与演绎的方法等。教学过程中，引入弹簧振子模型，既具合理性又有必要性，使学生把复杂问题简单化。这就教给学生将物理过程模型化，将一个复杂的物理过程经过分解、简化、抽象为简单的易于理解的物理过程，将实际问题转化为物理问题，从而培养了学生研究和处理问题的分析与综合、抽象与概括、归纳与演绎等思维方法。

物理概念是抽象思维的成果，在教学中要使学生搞清物理概念所反映的物理现象、物理过程的本质。物理概念是物理规律把握的基础。为了能够描述简谐运动的规律，要先弄清楚描述简谐运动的几个物理量:振幅A、周期T和频率f、相位φ。

物理规律是在观察实验的基础上，经过物理思维和数学推理得出的。在物理规律的教学中，要使学生在把握新旧知识的相互联系和建立物理规律的事实依据的基础上，搞清建立物理规律的思维方法和思维过程。从初中数学知识即可得知正弦函数的表示式为x=Asin(ωt+φ)

“要描述简谐运动的位移x与时间t之间的定量关系，必须知道物理量A、ω、φ。它们是描述简谐运动的基本物理量。”(新课标选修3-4第十一章机械振动第二节简谐运动的描述)

学生在感性材料的基础上运用分析、综合、比较、抽象、概括等方法得出物理概念，同时了解物理概念的外延和内涵，搞清各物理概念的来龙去脉。

3 注重分析物理教学的因果关系

因果关系是客观世界中一种普遍的、本质的关系。在物理教学中，深入揭示物理事物、物理概念及物理规律中的因果关系，既有助于学生牢固掌握物理概念和物理规律，灵活运用它们解决实际问题，也有利于抽象思维能力的培养。

力是使物体运动状态发生改变的原因。“物体做匀变速运动时，所受的合力大小、方向都不变;物体做匀速圆周运动时，所受的合力大小不变、方向与速度方向垂直并指向圆心。那么，物体做简谐运动时，所受的合力有什么特点?”(新课标选修3-4第十一章机械振动第三节简谐运动的回复力和能量)

在图1弹簧振子的例子中，分析振动小球所受合力就等于弹簧对振动小球的弹力，力的大小与弹簧的形变量成正比，即力的大小与振动小球相对于平衡位置位移的大小成正比，力的方向总是指向平衡位置，它的作用总是要把振动小球拉回到平衡位置。因此得到了关于振动小球做简谐振动力的约束关系表达式:F=－kx(式中k是弹簧的劲度系数。X是振动小球相对于平衡位置位移)。教师可引导学生在此模型基础上进行分析与综合、判断与推理、抽象与概括、归纳与演绎，从而概括得出定义:如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。通常把这个力称为回复力(restoring force)。

在分析简谐运动的特点时，应该综合运用比较

与分类、分析与综合、判断与推理、抽象与概括、归纳与演绎等抽象思维的方法建立起已知内容和未知内容之间的因果联系，得到判定质点是否做简谐运动的条件是它受到的回复力是否与质点离开平衡位置的位移成正比，即是否满足F=－kx的关系。

4 搞清物理学中的辩证关系

物理学中存在着许多对立的东西，如大与小、动与静、内在与外在、常与变、曲与直、有限与无限、精确与近似、数与形、一般与特殊、量变与质变等。这些看似完全对立的事物双方，在相互排斥、相互斗争的同时也相互依存、相互贯穿。在具体的教学过程中让学生分析其辩证关系，培养学生的辩证思维能力，使学生的物理抽象思维能力得到提高。

弹簧振子物理模型中振动小球的运动轨迹是直线，单摆物理模型中摆动小球的运动轨迹是曲线，运动轨迹它们是相互对立的，但本质上它们是相互统一的，都是简谐运动。

质点的简谐振动既可以用数学表达式x=Asin(ωt+φ)来表示，也可以用振动图线来表示。数与形是反映事物间关系的两种不同的形式，它们是相互对立的，同时又是相互统一的，都可以用来描述物理规律。它们之间相互补充、相互替代、相互转化，从不同方面反映了质点做简谐运动的规律。

数学公式x=Asin(ωt+φ)具有概括、简约、精确的特点，而图形图线则具有形象、直观、生动的特点。物理教学中揭示数与形的辩证关系，可以有效地培养学生抽象思维的灵活性、深刻性和辩证性。

5 结束语

总之，在进行简谐运动的教学活动中，教师只要深入钻研教材，精心组织教学内容，充分挖掘学生蕴藏的思维潜能，就能很好地培养学生的物理抽象思维能力，从而加强学生对物理世界的探求能力，不断提高学生学习物理的积极性。

［1］张维善.普通高中课程标准实验教科书(物理)选修3-4［M］.北京:人民教育出版社，2007.

［2］阎金铎，田世昆，胡卫平.物理思维论［M］.南宁:广西教育出版社，1999.

The Cultivation of Physical Abstract Thinking inSimple Harmonic MotionTeaching

ZUO Nan-jun
(Guanlin Adult Culture and Technological School，Wuxi 214251，China)

Taking the detailed teaching contents of the new curriculum standard，the paper expounds the cultivation of physical abstract thinking inSimple Harmonic Motion，and concludes the requirements are included in the new course.

physical abstract thinking;Simple Harmonic Motion;the new curriculum standard

G 633.7

B

1672-2434(2011)05-0030-03

2010-09-29

左南君(1971-)，男，中学一级，从事研究方向:物理教育、成职教育