孫玉棟

(白銀市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 甘肅白銀 730900)

例談物理教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)

孫玉棟

(白銀市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 甘肅白銀 730900)

1 提出問(wèn)題

在中學(xué),總有一部分學(xué)生認(rèn)為物理“難學(xué)”,物理“抽象”,原因是什么?教師又應(yīng)該如何做才能帶領(lǐng)所有的學(xué)生完成從客觀實(shí)體到物理模型再到數(shù)學(xué)模型的抽象過(guò)程?

物理學(xué)是一門以客觀物質(zhì)世界為研究對(duì)象的學(xué)科.物理學(xué)的發(fā)展首先是從生活中的實(shí)際問(wèn)題開(kāi)始,從簡(jiǎn)單的現(xiàn)象、問(wèn)題出發(fā),去認(rèn)識(shí)現(xiàn)象,揭示規(guī)律,逐漸深入和發(fā)展.其基本研究模式一般為從客觀對(duì)象到物理模型描述再抽象為數(shù)學(xué)模型描述.現(xiàn)在提倡的“從生活到物理”就是要求物理學(xué)教學(xué)過(guò)程符合物理學(xué)研究的客觀過(guò)程.

以簡(jiǎn)諧振動(dòng)為例,現(xiàn)行的物理教材直接從動(dòng)力學(xué)角度去定義并直接給出最抽象的數(shù)學(xué)模型,學(xué)生們普遍感覺(jué)到非常突兀,難于接受,形成了物理“真難”的印象;究其原因,就是沒(méi)有“從生活到物理”的過(guò)程,違反了認(rèn)識(shí)事物的普遍規(guī)律.筆者在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐中體會(huì)到,從認(rèn)知論的角度看,學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”有兩塊,一塊是學(xué)生的“生活最近發(fā)展區(qū)”,另一塊是“知識(shí)系統(tǒng)最近發(fā)展區(qū)”.教師的責(zé)任就是以符合物理學(xué)研究客觀過(guò)程的教學(xué)過(guò)程在學(xué)生的兩塊最近發(fā)展區(qū)之間打開(kāi)一條通路使學(xué)生完成從生活到物理遷移,使學(xué)生從生活體驗(yàn)出發(fā)自主建構(gòu)其物理學(xué)知識(shí)體系.

下面就是筆者在實(shí)際教學(xué)中的一個(gè)典型教學(xué)案例,筆者在其中通過(guò)給學(xué)生創(chuàng)設(shè)貼近生活的教學(xué)情境,讓學(xué)生在真實(shí)的情景中去體驗(yàn),還原其對(duì)事物認(rèn)識(shí)的本來(lái)過(guò)程,使之易于接受和掌握簡(jiǎn)諧振動(dòng)的概念,真正搞清簡(jiǎn)諧振動(dòng)數(shù)學(xué)模型的物理意義和對(duì)應(yīng)的客觀現(xiàn)象.

2 教學(xué)案例

直線運(yùn)動(dòng)中較簡(jiǎn)單的有勻速運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng).還有哪些直線運(yùn)動(dòng)比較簡(jiǎn)單呢?可以提出問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生思考,往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)即振動(dòng),簡(jiǎn)單嗎?學(xué)生自然會(huì)回答不簡(jiǎn)單,因?yàn)槌Ｒ?jiàn)的振動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律很難掌握,很難確定振動(dòng)物體在任一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)情況.進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生思考生活中有沒(méi)有一種振動(dòng)形式就像變速直線運(yùn)動(dòng)中的勻變速直線運(yùn)動(dòng)做有規(guī)律的、人們易于掌握其規(guī)律的運(yùn)動(dòng)呢?

帶著這個(gè)問(wèn)題筆者給學(xué)生了一個(gè)他們身邊的例子.水車是我市公園中的一處景觀,絕大多數(shù)學(xué)生都曾在此處游玩.給出這個(gè)情景之后,筆者問(wèn)學(xué)生是否見(jiàn)過(guò)木桶的影子在地上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程.很多同學(xué)都稱“有印象”,“動(dòng)來(lái)動(dòng)去”.然后筆者講,古人在河邊觀察日夜不停轉(zhuǎn)動(dòng)的水車,發(fā)現(xiàn)正午的時(shí)候,水車邊緣的小木桶在地上的影子沿直線來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)(即振動(dòng),動(dòng)來(lái)動(dòng)去),這種振動(dòng)應(yīng)該最簡(jiǎn)單!因?yàn)樗倪\(yùn)動(dòng)和水車的勻速圓周運(yùn)動(dòng)有關(guān)系,其規(guī)律容易掌握,人們當(dāng)時(shí)把這種運(yùn)動(dòng)稱為“簡(jiǎn)單振動(dòng)”,就是我們現(xiàn)在要學(xué)習(xí)的“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”.

然后筆者給學(xué)生展示水車運(yùn)動(dòng)時(shí)小木桶影子運(yùn)動(dòng)的課件,自然地完成從生活現(xiàn)象到物理模型的初步抽象,并提出問(wèn)題:如果你是科學(xué)家,你如何描述水車邊緣上的小木桶的影子的運(yùn)動(dòng)?其運(yùn)動(dòng)規(guī)律是否能夠用數(shù)學(xué)來(lái)表達(dá)?物體要滿足這樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律需要什么條件?學(xué)生帶著這些問(wèn)題利用他們學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)知識(shí)、物理知識(shí)深入思考,進(jìn)行分組交流、討論.

圖1

因?yàn)樾⊥暗倪\(yùn)動(dòng)和水車有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)(勻速圓周運(yùn)動(dòng))有關(guān)系,利用幾何知識(shí)學(xué)生可以總結(jié)小木桶影子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.根據(jù)水車運(yùn)動(dòng)模型,可以畫出如圖1所示的簡(jiǎn)圖,質(zhì)點(diǎn)繞O′勻速圓周運(yùn)動(dòng),其豎直方向的投影在BC間運(yùn)動(dòng) .設(shè)質(zhì)點(diǎn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度為ω,從最低點(diǎn)開(kāi)始繞 O′逆時(shí)針運(yùn)動(dòng),因圓周運(yùn)動(dòng)的半徑就對(duì)應(yīng)振動(dòng)物體的振幅A,從圖易知其投影相對(duì)O點(diǎn)的位移x和運(yùn)動(dòng)速度v分別為

再進(jìn)一步提出問(wèn)題,如果物體滿足如小木桶投影這樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要有什么樣的條件?利用幾何知識(shí),學(xué)生得出小木桶投影的加速度(即簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的加速度)

由牛頓定律滿足這個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律物體所受到的力:

因?yàn)閙、ω是一個(gè)固定值,可將描述形式進(jìn)一步簡(jiǎn)化得到

即滿足這個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律物體所受的回復(fù)力方向與位移方向總相反,大小與位移成正比.這時(shí)筆者告訴學(xué)生,這種運(yùn)動(dòng)形式叫做簡(jiǎn)諧振動(dòng).

教師最后說(shuō)明現(xiàn)實(shí)中這樣的振動(dòng)有很多,例如彈簧振子、單擺、漂浮在水面上的木塊的隨水波的上下振動(dòng)等等,在一定的條件下都是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),它們的運(yùn)動(dòng)都一定能和一個(gè)勻速圓周運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng).讓學(xué)生在課下自已去探索一下這些物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,研究一下它們是否是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).

在這個(gè)教學(xué)案例中,學(xué)生從生活中有切身體會(huì)的情景出發(fā)運(yùn)用已有的數(shù)學(xué)、物理知識(shí)思考、討論的結(jié)果,親自得出結(jié)論:這種水車小桶投影的運(yùn)動(dòng)真的是一種最簡(jiǎn)單的振動(dòng).教學(xué)中的每一個(gè)過(guò)程都有合理的順序,每一個(gè)出發(fā)點(diǎn)都基于學(xué)生已有的知識(shí)或體驗(yàn),這樣的教學(xué)可使學(xué)生的每一個(gè)落腳點(diǎn)都落在其最近發(fā)展區(qū)之中.

在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)情境非常重要.讓學(xué)生在真實(shí)的情景中學(xué)習(xí)物理,可以使物理課堂面向客觀世界,與學(xué)生的生活融為一體,使物理教學(xué)回歸物理學(xué)的本來(lái)面目.結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容,鮮明有趣的物理實(shí)驗(yàn),生動(dòng)形象的圖片、錄像片段,鮮活的實(shí)物展示等等,都是情境教學(xué)的內(nèi)容.