左南君

(宜興市官林成人文化技術(shù)學(xué)校 江蘇無(wú)錫 214251)

與分類、分析與綜合、判斷與推理、抽象與概括、歸納與演繹等抽象思維的方法建立起已知內(nèi)容和未知內(nèi)容之間的因果聯(lián)系，得到判定質(zhì)點(diǎn)是否做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是它受到的回復(fù)力是否與質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移成正比，即是否滿足F=－kx的關(guān)系。

物理抽象思維能力培養(yǎng)在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)教學(xué)中的體現(xiàn)

左南君

(宜興市官林成人文化技術(shù)學(xué)校 江蘇無(wú)錫 214251)

結(jié)合新課標(biāo)中簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的具體教學(xué)內(nèi)容，論述了物理抽象思維能力的培養(yǎng)，點(diǎn)明物理抽象思維能力的培養(yǎng)在新課中有具體體現(xiàn)。

物理抽象思維;簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng);新課標(biāo)

物理抽象思維是指以物理概念為思維材料，以物理判斷和物理推理的形式來(lái)反映客觀事物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而達(dá)到對(duì)物理事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系的認(rèn)識(shí)過(guò)程。物理抽象思維不僅是學(xué)生提出物理問(wèn)題、掌握物理概念、把握物理規(guī)律、形成物理理論的重要思維方式，也是提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)解決具體問(wèn)題能力的必要條件。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的教學(xué)，可以使學(xué)生在理解概念，掌握規(guī)律的過(guò)程中，對(duì)物理抽象思維能力進(jìn)行培養(yǎng)。

1 合理構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容的邏輯體系

物理學(xué)是以基本概念為基石，以基本原理為骨架，以基本方法為紐帶所構(gòu)成的邏輯體系。教材編寫和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)都體現(xiàn)了合理的邏輯結(jié)構(gòu)。課堂教學(xué)中的邏輯主線是:提出問(wèn)題——分析探究問(wèn)題——解決問(wèn)題。

“振動(dòng)現(xiàn)象在自然界中廣泛存在。鐘擺的擺動(dòng)、水中浮標(biāo)的上下浮動(dòng)、擔(dān)物行走時(shí)扁擔(dān)下物體的顫動(dòng)、樹(shù)梢在微風(fēng)中的搖擺……都是振動(dòng)，一切發(fā)聲的物體都在振動(dòng)，地震是大地的劇烈振動(dòng)，振動(dòng)與我的生活密切相關(guān)?！?新課標(biāo)選修3-4第十一章機(jī)械振動(dòng)第一節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng))與學(xué)習(xí)過(guò)的勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速曲線運(yùn)動(dòng)(平拋、類平拋運(yùn)動(dòng))和勻速率圓周運(yùn)動(dòng)相比，振動(dòng)是一類相對(duì)較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)形式。在自然界中一切復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)形式都是由最簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)形式組成，并且學(xué)生的認(rèn)知遵循先簡(jiǎn)單后復(fù)雜的規(guī)律。為此應(yīng)該從最簡(jiǎn)單的情況出發(fā)，學(xué)習(xí)振動(dòng)的描述及振動(dòng)的性質(zhì)。構(gòu)建模型就是將物理過(guò)程模型化，將一些復(fù)雜的物理過(guò)程經(jīng)過(guò)分解、簡(jiǎn)化、抽象為簡(jiǎn)單的易于理解的物理過(guò)程。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，可利用已有的物理知識(shí)中的概念規(guī)律和對(duì)物理問(wèn)題的研究方法來(lái)構(gòu)建一種物理模型——彈簧振子。彈簧振子是一個(gè)不考慮摩擦阻力，不考慮彈簧的質(zhì)量，不考慮振子(金屬小球)的大小和形狀的理想化的物理模型。

如圖1所示是一個(gè)彈簧振子的模型，其中金屬桿光滑，輕質(zhì)彈簧質(zhì)量遠(yuǎn)小于金屬小球的質(zhì)量，故可忽略不計(jì)。

圖1 彈簧振子

通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生分析研究彈簧振子的位移和時(shí)間的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)一:如圖2所示是彈簧振子的頻閃照片。

圖2 彈簧振子的頻閃照片

實(shí)驗(yàn)二:如圖3所示是利用傳感器和計(jì)算機(jī)描繪簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像。

圖3 用傳感器和計(jì)算機(jī)描繪簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像

深入研究彈簧振子的位移與時(shí)間的關(guān)系:

方法一:利用初中數(shù)學(xué)課本中已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的正弦函數(shù)的知識(shí)，假定現(xiàn)在得到的振動(dòng)位移時(shí)間關(guān)系是正弦曲線，用刻度尺量出幾個(gè)特殊點(diǎn)的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，看看是否滿足正弦函數(shù)表達(dá)式。

方法二:利用計(jì)算機(jī)處理位移傳感器經(jīng)數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)在屏幕上作出的位移—時(shí)間圖像，猜想彈簧振子的位移—時(shí)間關(guān)系可以用什么函數(shù)表示。

從而得到簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定義:“如果質(zhì)點(diǎn)的位移與時(shí)間的關(guān)系遵從正弦函數(shù)的規(guī)律，即它的振動(dòng)圖像(x-t圖像)是一條正弦曲線，這樣的振動(dòng)叫做簡(jiǎn)諧振動(dòng)?！薄昂?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的振動(dòng)?！?新課標(biāo)選修3-4第十一章機(jī)械振動(dòng)第一節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng))

以上過(guò)程就是遵從課堂教學(xué)的邏輯主線，先提出問(wèn)題，后分析探究問(wèn)題，再解決問(wèn)題，最后是系統(tǒng)物理知識(shí)，形成知識(shí)結(jié)構(gòu)。其中，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析總結(jié)，可培養(yǎng)學(xué)生的歸納概括能力，同時(shí)明確知識(shí)點(diǎn)在知識(shí)結(jié)構(gòu)中所處的地位。

2 積極傳授物理抽象思維的方法

物理學(xué)中抽象思維的方法包括比較與分類的方法、分析與綜合的方法、判斷與推理的方法、抽象與概括的方法、歸納與演繹的方法等。教學(xué)過(guò)程中，引入彈簧振子模型，既具合理性又有必要性，使學(xué)生把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。這就教給學(xué)生將物理過(guò)程模型化，將一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程經(jīng)過(guò)分解、簡(jiǎn)化、抽象為簡(jiǎn)單的易于理解的物理過(guò)程，將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為物理問(wèn)題，從而培養(yǎng)了學(xué)生研究和處理問(wèn)題的分析與綜合、抽象與概括、歸納與演繹等思維方法。

物理概念是抽象思維的成果，在教學(xué)中要使學(xué)生搞清物理概念所反映的物理現(xiàn)象、物理過(guò)程的本質(zhì)。物理概念是物理規(guī)律把握的基礎(chǔ)。為了能夠描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，要先弄清楚描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)物理量:振幅A、周期T和頻率f、相位φ。

物理規(guī)律是在觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)物理思維和數(shù)學(xué)推理得出的。在物理規(guī)律的教學(xué)中，要使學(xué)生在把握新舊知識(shí)的相互聯(lián)系和建立物理規(guī)律的事實(shí)依據(jù)的基礎(chǔ)上，搞清建立物理規(guī)律的思維方法和思維過(guò)程。從初中數(shù)學(xué)知識(shí)即可得知正弦函數(shù)的表示式為x=Asin(ωt+φ)

“要描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移x與時(shí)間t之間的定量關(guān)系，必須知道物理量A、ω、φ。它們是描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的基本物理量?！?新課標(biāo)選修3-4第十一章機(jī)械振動(dòng)第二節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述)

學(xué)生在感性材料的基礎(chǔ)上運(yùn)用分析、綜合、比較、抽象、概括等方法得出物理概念，同時(shí)了解物理概念的外延和內(nèi)涵，搞清各物理概念的來(lái)龍去脈。

3 注重分析物理教學(xué)的因果關(guān)系

因果關(guān)系是客觀世界中一種普遍的、本質(zhì)的關(guān)系。在物理教學(xué)中，深入揭示物理事物、物理概念及物理規(guī)律中的因果關(guān)系，既有助于學(xué)生牢固掌握物理概念和物理規(guī)律，靈活運(yùn)用它們解決實(shí)際問(wèn)題，也有利于抽象思維能力的培養(yǎng)。

力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的原因?！拔矬w做勻變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受的合力大小、方向都不變;物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受的合力大小不變、方向與速度方向垂直并指向圓心。那么，物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受的合力有什么特點(diǎn)?”(新課標(biāo)選修3-4第十一章機(jī)械振動(dòng)第三節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量)

在圖1彈簧振子的例子中，分析振動(dòng)小球所受合力就等于彈簧對(duì)振動(dòng)小球的彈力，力的大小與彈簧的形變量成正比，即力的大小與振動(dòng)小球相對(duì)于平衡位置位移的大小成正比，力的方向總是指向平衡位置，它的作用總是要把振動(dòng)小球拉回到平衡位置。因此得到了關(guān)于振動(dòng)小球做簡(jiǎn)諧振動(dòng)力的約束關(guān)系表達(dá)式:F=－kx(式中k是彈簧的勁度系數(shù)。X是振動(dòng)小球相對(duì)于平衡位置位移)。教師可引導(dǎo)學(xué)生在此模型基礎(chǔ)上進(jìn)行分析與綜合、判斷與推理、抽象與概括、歸納與演繹，從而概括得出定義:如果質(zhì)點(diǎn)所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成正比，并且總是指向平衡位置，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。通常把這個(gè)力稱為回復(fù)力(restoring force)。

在分析簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該綜合運(yùn)用比較

與分類、分析與綜合、判斷與推理、抽象與概括、歸納與演繹等抽象思維的方法建立起已知內(nèi)容和未知內(nèi)容之間的因果聯(lián)系，得到判定質(zhì)點(diǎn)是否做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是它受到的回復(fù)力是否與質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的位移成正比，即是否滿足F=－kx的關(guān)系。

4 搞清物理學(xué)中的辯證關(guān)系

物理學(xué)中存在著許多對(duì)立的東西，如大與小、動(dòng)與靜、內(nèi)在與外在、常與變、曲與直、有限與無(wú)限、精確與近似、數(shù)與形、一般與特殊、量變與質(zhì)變等。這些看似完全對(duì)立的事物雙方，在相互排斥、相互斗爭(zhēng)的同時(shí)也相互依存、相互貫穿。在具體的教學(xué)過(guò)程中讓學(xué)生分析其辯證關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力，使學(xué)生的物理抽象思維能力得到提高。

彈簧振子物理模型中振動(dòng)小球的運(yùn)動(dòng)軌跡是直線，單擺物理模型中擺動(dòng)小球的運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線，運(yùn)動(dòng)軌跡它們是相互對(duì)立的，但本質(zhì)上它們是相互統(tǒng)一的，都是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

質(zhì)點(diǎn)的簡(jiǎn)諧振動(dòng)既可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式x=Asin(ωt+φ)來(lái)表示，也可以用振動(dòng)圖線來(lái)表示。數(shù)與形是反映事物間關(guān)系的兩種不同的形式，它們是相互對(duì)立的，同時(shí)又是相互統(tǒng)一的，都可以用來(lái)描述物理規(guī)律。它們之間相互補(bǔ)充、相互替代、相互轉(zhuǎn)化，從不同方面反映了質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

數(shù)學(xué)公式x=Asin(ωt+φ)具有概括、簡(jiǎn)約、精確的特點(diǎn)，而圖形圖線則具有形象、直觀、生動(dòng)的特點(diǎn)。物理教學(xué)中揭示數(shù)與形的辯證關(guān)系，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的靈活性、深刻性和辯證性。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，在進(jìn)行簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的教學(xué)活動(dòng)中，教師只要深入鉆研教材，精心組織教學(xué)內(nèi)容，充分挖掘?qū)W生蘊(yùn)藏的思維潛能，就能很好地培養(yǎng)學(xué)生的物理抽象思維能力，從而加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理世界的探求能力，不斷提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性。

［1］張維善.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)(物理)選修3-4［M］.北京:人民教育出版社，2007.

［2］閻金鐸，田世昆，胡衛(wèi)平.物理思維論［M］.南寧:廣西教育出版社，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，中學(xué)一級(jí)，從事研究方向:物理教育、成職教育