中学物理教师的理念

2016-06-12黄建新

读写算·教研版 2016年12期

黄建新

摘要：本文通过三个中学物理教学中深度思考的案例，阐述了中学物理教师“格物致知”的教学理念。

关键词：格物致知；深度思考

中图分类号：G622 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2016）12-155-02

在二十多年的物理教学生涯里，我的教学理念只有四个字：“格物致知”。《现代汉语词典》是这样解释的：“格物致知”，就是穷究事物的原理法则而总结为理性知识。作为以培养学生科学精神为己任的中学物理教师，“格物致知”的理念，引领着我不断探索。下面，我就以三个教学随笔为例，谈谈我在物理教学中是如何进行深度思考的，和大家一起交流。

深度思考一：万有引力定律和库仑定律的类比

在高一《万有引力》一章的习题中，经常会出现这样一道题：假设有一个质点位于质量分布均匀的球壳内，所受万有引力合力为多少？

答案是无论这个质点位于哪个位置，它所受的合力为零，学生很难理解。为了把这个问题弄清楚，我查阅了相关数学知识，进行了深入的思考。原来，还必须引入立体角的概念。

人教版选修3-1第一章《库仑定律》中，提到了卡文迪许通过类比的方法，判断出点电荷之间的静电力满足平方反比定律。

为了弄清卡文迪许的是如何得出结论的，我又大量查阅了资料。原来，早在库仑定律发现之前十多年，卡文迪许就用两个球壳做过一个精巧的实验，证明球壳内部电场强度为零。由于牛顿在《自然哲学的数学原理》中，利用万有引力与距离平方成反比的规律，证明了在均匀物质球壳内任一点引力合力为零。卡文迪许由此想到，正因为B球壳内电场强度为零，与牛顿书中提及的均匀球壳相似，所以两带电体之间的静电力，也应该服从和万有引力一样的平方反比规律。这种方法，就叫类比。

我尝试着把以上的思考和学生共享。从立体角的引入，到球壳内的质点万有引力合力为零的推导，直至通过静电实验研究卡文迪许的类比思想。学生和我一起进入了思索的绝妙境界。

深度思考二：演示运动的合成与分解

十多年以前，我第一次讲《运动的合成与分解》第一节时，做了一个这样的实验，实验步骤如下：

1、在一支一端开口的长玻璃管里装满水，将一小截圆柱体形状的蜡烛头悬浮在开口一端，然后用小像胶塞封闭玻璃管；；

2、迅速将玻璃管倒置，让蜡烛头位于最底部，同时将玻璃管贴着黑板，让学生观察小蜡烛头的运动：从底部匀速上升到顶部，位移为AB；

3、再次迅速将玻璃管倒置，重新让蜡烛头位于最底部，同样将玻璃管贴着黑板，并水平匀速移动玻璃管到C，让学生再次观察小蜡烛头的运动：沿右上方匀速运动，位移为AD。

结论：图3中的实验情形，表明红蜡烛同时参与了水平和竖直两个方向的运动，位移AD是位移AB和AC的合位移。

我原以为这个问题非常简单，学生不会有疑问。没想到，刚下课，就有学生问我：“蜡烛为什么在水中会做匀速运动呢？”

“因为它处于悬浮状态，重力与浮力相等。”我顺口回答。

“那，刚开始那一段呢？蜡烛在底部的时候，不是速度为零吗？怎么一下子做匀速运动了呢？”

“刚开始肯定做加速运动，至于具体分析，我明天告诉你吧。”

接下来的时间里，我询问同组的老师，自己又进行了深入的思考，这才意识到自己原来犯了一个大错误。

事实上，我忽略了一个重要因素：水的阻力！蜡烛在上升过程中，不仅受水的浮力，还要受到水对它向下的阻力，而且阻力随速度的增大而增大。刚开始的时候，浮力大于重力和水的阻力，所以加速上升，而阻力也不断增大，所以，蜡烛做加速度越来越小，速度越来越大的变加速运动，当浮力、重力、阻力合力为零时，加速度为零，速度最大，蜡烛做匀速运动。

可见，物理教师必须反复思考，不断拓展思考的空间，追求博大精深。

深度思考三：多普勒效应公式的推导

在一次物理课上，我给学生讲《多普勒效应》一节，本以为这节课不是什么重点内容，学生应该不难理解。

“所谓多普勒效应，指的是这样一种现象：由于波源或观察者的运动而出现观测到的频率与波源频率不同。”我充满信心的讲解。

我还打了个比方，如果波源一秒钟发出10个波，波源频率为10赫兹。而观察者向着波源运动，则一秒钟接受到的波数肯定大于10个，所以观测频率大于10赫兹，如果背离波源运动，情况正好相反。同理，如果观察者不动，波源向着观察者运动，观测频率也会大于10赫兹。