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物理与数学是两门紧密联系的学科,数学是学习物理的工具。实践表明,数学极其显著地影响物理学习成绩。这是因为不仅学生的数学学习能力影响学生的物理学习,而且初中物理本身就包含大量的数学知识和数学思想方法。因此,要提高初中物理教学质量,研究数学学习成绩对初中生物理学习成绩的影响是十分有意义的。那么,初中生物理学习成绩与数学学习成绩的相关程度如何?初中物理中包含哪些数学知识和数学思想方法呢?本文对此做一个探讨。
一、初中生物理学习成绩与数学学习成绩的相关性
为了了解初中生物理学习成绩与数学学习成绩的相关性,笔者选取某初中2015届9个班级共443名学生,以初二和初三共4个学期的期末物理考试分数作为初中生的物理学习成绩,期末数学考试分数作为初中生的数学学习成绩,研究初中生物理学习成绩与数学学习成绩的相关性。
笔者所选学校为深圳市某公立初中,该校学生大多数是外来务工者子女,其办学质量处于该地区中等水平;学生的两门课考试分数为全区期末统一考试分数,考试具有一定的权威性,其分数能够代表学生的学习成绩。因此,所选样本具有代表性。
(一)物理学习成绩与数学学习成绩的相关性
2015年11月,笔者从该校的教务处以班级为单位,分别统计2015届学生初二上学期、初二下学期、初三上学期和初三下学期共4个学期期末的物理考试分数和数学考试分数,应用SPSS19.0对物理学习成绩与数学学习成绩做相关性分析,其分析结果如表1所示。
(二)物理学习成绩与数学学习成绩的相关性分析
为了深入了解数学学习成绩对物理学习成绩的影响,笔者将从整体,学期和班级三个维度分别对物理学习成绩与数学学习成绩的相关系数进行分析。
1.从整体上看,物理学习成绩与数学学习成绩之间呈高度相关。由表1可见,36个相关系数的值均位于0.593-0.932之间,呈显著的正相关;其中的相关系数有26个,的相关系数有6个,的相关系数有4个,其中的个数占总体的比例为72%,的比例为17%,比例为11%,相关系数所占比例的分布如图1所示。
上述分析说明,物理学习成绩与数学学习成绩呈高度相关,数学学习成绩极大地影响物理学习成绩。这是由于数学是物理学表征和推理的重要工具,为物理问题提供表达语言及精确的计算方法,是论证物理问题的重要手段,数学学习对物理学习有正迁移的作用。
2.由表1可知,按学期分析,随着时间的推移,初中生的物理与数学学习成绩的相关系数稍有减小。笔者通过将相关系数转换成等距单位的值,计算值后查找与转换表得到各学期9个班级物理与数学学习成绩相关系数的平均值,如表2所示。
表2显示各个学期相关系数的平均值稍有减小,出现这种现象的原因可能是学生在初二刚接触物理,此时物理课程主要是涉及两个方面内容,其一是对物理现象的观察和定性描述,如声现象中声音的传播、光现象中平面镜成像的特点和凸透镜成像规律等;其二是通过理解物理量之间的数量关系进行一些简单的计算,如匀速直线运动中路程、速度和时间的关系,利用公式计算或图像等方法来判断物体的运动情况等,此时学生认知结构中已有的数学知识与方法可以帮助学生解决这一类型的物理问题,使物理与数学学习成绩的相关性较高。但随着时间的推移,物理课程则要求学生通过分析物理过程,建立物理情境,分析物理量之间的关系,运用物理规律来解决问题,并做出相应的判断。
在这种情况下,物理教学评价着重在于了解学生是否能理解物理概念、原理和规律,并能够应用其解决生产、生活中的实际问题,重视考查学生的物理思维,此时数学知识与方法只是解决物理问题的工具,单纯从数学的角度来理解物理问题容易产生错误,使物理与数学学习成绩的相关性有所降低。
3.从班级的角度分析,9个班级4个学期的物理与数学学习成绩的相关系数的平均值均大于0.7,呈显著的正相关。其中6班的物理与数学学习成绩的相关系数的平均值最大,为0.890,4班的物理与数学学习成绩的相关系数的平均值最小,为0.715。把9个班级4个学期的相关系数转换成等距单位的值,如表3所示。
计算值后查找与转换表得到9个班级4个学期相关系数的平均值,如表4所示。
由上述表可见,虽然每个班级在各个学期物理与数学学习成绩的相关性有所不同,变化范围大,但从各班相关系数的平均值来看,物理与数学学习成绩的相关系数的值均处于相对稳定的范围,均成显著性的正相关。
二、初中物理中的数学思想方法
由上述统计结论可知,初中生数学学习成绩极大地影响着物理成绩,虽然随着时间的推移,这种影响作用稍有减小,各个班级具有一定的差异,但从整体上来说,物理与数学学习成绩呈显著的正相关。因此,教师应该熟悉并掌握初中物理中的数学思想方法,注意把各独立的教学内容整合起来,即要注意各门学科的横向联系,鼓励学生把一门学科中学到的知识运用到其他学科中去,并启发学生对所学内容进行概括总结,加强新旧知识之间的联系。[1]所以归纳总结初中物理中的数学思想方法是十分有意义的。
徐卫兵将高中物理教学中数学思想方法分为四个类型,分别是函数与方程思想、数形结合的思想、转化与化归的思想和分类讨论思想。[2]陈林桥从初中物理解题的角度对数学知识进行了整理,分别有比例知识解题、几何知识解题、方程知识解题和图像知识解题四个方面。[3]参考并借鉴已有的研究成果,笔者将初中物理中的数学思想方法归纳如下:
三、教学建议
(一)促进数学学习对物理学习的正迁移
在物理教学中,要促进数学学习对物理学习的正迁移,因为丰富的数学思维始终贯穿在学生学习物理的过程中,它不仅有助于促进学生物理思维的形成,而且有助于提高学生解决物理问题的能力。以密度应用为例,就能充分展示数学计算方法作为解决物理问题的工具的重要作用。
例题1:盐水选种是一种实用而又简易的选种方法,要想选出籽粒饱满的种子,需要标准盐水的密度为。为了检验所配制的盐水是否符合要求,取500mL样品,称得其质量为505g。请说明所选的盐水是否符合要求?应加水还是加盐?()
解析:实际盐水的质量和体积已知,根据密度的公式,可以计算出实际样品盐水的密度,再与标准盐水的密度相比较,大于标准盐水密度加水,小于则加盐。
实际样品盐水的密度:______________,应加盐。
评析:上述的盐水选种问题是生活中一个典型的物理问题,实际盐水是否符合要求,要考虑到它的密度。对实际盐水密度的计算,是解决上述问题的突破口。只有计算出实际盐水的密度,并将其和标准盐水的密度进行比较,才能得出,应加盐的结论。可见,数学计算及推理是解决物理问题的重要工具,因此,要促进数学学习对物理学习的正迁移,加强培养学生应用数学知识解决物理问题的能力。
(二)防止数学知识对物理学习的负迁移,帮助学生理解物理本质
数学对物理学习的影响既有正迁移作用也有负迁移作用。物理教学实践中,部分教师过于强调让学生多做练习,而不重视学生对物理概念和物理规律的正确理解;部分学生过于只注意背定义、记公式、做练习题,忽视对物理概念和物理规律的正确理解。这种教与学的方式往往会导致数学知识对物理学习的负迁移,使丰富的物理含义被形形的数学符号所淹没。[4]例如,初三电学中电阻的定义式,学生常误认为导体的电阻与导体两端的电压成正比,与通过导体的电流成反比。就数学关系而言,这是正确的。但就物理而言,这是一个认知错误,因为学生忽视电阻是导体本身的一种物理属性,只与导体的材料、横截面积和长度有关;同理,密度,学生常误认为某种物质的质量越大,密度越大,体积越大,密度越小;正确的理解应为:在一般情况下,不同物质其质量与体积之间的比值是不同的,同种物质其质量与体积之间的比值是一定的,与物质的质量与体积无关,这种比值不变性是物质其中一种本质属性的反映,叫作密度。可见,仅仅从数学的角度出发来理解物理规律会阻碍学生的物理学习,使数学学习对学生学习物理产生负迁移。因此,数学在初中生物理学习的运用需要教师在学生学习的过程中给予适时的引导,纠正学生的认知错误,帮助学生认识物理本质。
(三)鼓励学生综合运用多种数学方法来解决物理问题
在物理教学中,同一个物理问题可以通过不同的方法进行解决,教师应鼓励学生综合运用多种数学方法来解决物理问题。下面以电学计算题为例加以说明。
例题2:如图2所示,滑动变阻器的滑片在某两点间移动时,电流表的示数范围在至之间,电压表的示数范围在至之间,则定值电阻的阻值及电源电压分别是多少?
解析:此题重点考察学生对欧姆定律的理解与运用,可以利用列方程和图像法分别分析这个问题。
(1)列方程法:根据欧姆定律列式有,代入数值即,解得,。
(2)图像法:设滑动变阻器两端的电压为,电路中的电流为,由欧姆定律得:,变形为,,作出图像,如图3所示,标出相应的坐标点(1,9)、(2,6),对应图像,纵轴的截距为,图像的斜率为。
评析:该题分别采用了列方程法和图像法两种数学方法来求解电源电压的大小和定值电阻的阻值,使学生的注意力不仅是集中在对问题结果的获得,而且也促进学生的数学思维和物理思维在过程中的发展,因此,在教学实践中,教师应鼓励学生综合运用多种数学方法来解决物理问题,提高学习的积极性。
由于本研究对象局限于一所初中2015届学生的期末物理考试和数学考试的分数,统计取样较单一,考试分数能否代表学生的学习能力,试卷的信度效度如何,学生的临场发挥也是制约数据真实的影响因素。因此,本文的目的是对一般情况的试验性研究,所得结论是否具有普遍性,还有待进一步的研究。
[参 考 文 献]
[1]陈琦,刘儒德.当代教育心理学(第2版)[M].北京:北京师范大学出版社,2007:293-294.
物理知识的发生过程实际上也是物理思想方法的发生过程。任何一个概念,都经历着由感性到理性的抽象概括过程;任何一个规律,都经历着由特殊到一般的归纳过程。如果我们把这些认识过程返璞归真,在教师的引导下,让学生以探索者的姿态出现,去参与概念的形成和规律的揭示过程,学生获得的就不仅是物理概念、定理、法则,更重要的是发展了抽象概括的思维和归纳的思维,还可以养成良好的思维品质。因此,概念的形成过程、结论的推导过程、规律的被揭示过程都是渗透物理思想方法的极好机会和途径。
1.展开概念--不要简单地给定义
概念是思维的细胞,是浓缩的知识点,是感性认识飞跃到理性认识的结果。而飞跃的实现要经过分析、综合、比较、抽象、概括等思维的逻辑加工,依据物理思想方法的指导。因此概念教学应当完整地体现这一生动的过程,引导学生揭示隐藏于知识之中的思维内核。心理学认为,人对事物的第一次接触是最敏感的,教学成功与否,关键是唤起对旧知识的回忆,激发探寻新知识的欲望,并通过事物的发生和发展的教学,掌握活的教学概念。
例如,动能的概念学生在初中阶段就已经接触,但较完整的定义却在高中出现。如何在动能概念的教学中渗透动能思想呢?根据高一学生的认知水平,在动能概念教学时应该抓住动能是一种能量,可以通过丰富的实例,例如能吹毁一切的龙卷风和汽车与火车相撞的惊险视频,让学生体会这种能量的威力,提高学生的学习兴趣。
2.延迟判断--不要过早地下结论
判断可以看作是压缩了的知识链。物理定理、定律、性质、法则、关系、规律等结论都是一个个具体的判断。教学中要引导学生积极参与这些结论的探索、发现、推导的过程,弄清每个结论的因果关系,使学生看到某个判断时,能像回忆自己参加有趣活动那样津津乐道。
3.激活推理--不要呆板地找关联
激活推理就是要使判断上下贯通,前后迁移、左右逢源,尽可能从已有的判断生出众多的思维触角,促成思维链条的高效运转,不断在物理思想方法指导下推出一个个新的判断、新的思维结果。
二、在解题探索过程中渗透物理思想方法
教学大纲明确指出:“要加强对解题的正确指导,引导学生从解题的思想方法上作必要的概括。”物理中的物理过程、图形结合等思想方法,既是解题思路分析中必不可少的思想方法,又是具有思维导向型的思想方法。如学生一旦形成了物理过程,就能化未知为已知、化繁为简、化一般为特殊,优化解题方法;物理思想方法在解题思路探索中的渗透,可以使学生的思维品质更具合理性、条理性和敏捷性。
三、在问题的解决过程中渗透物理思想方法
问题解决,是以思考为内涵,以问题目标为定向的心理活动,是在新情景下通过思考去实现学习目标的活动,“思考活动”和“探索过程”是问题解决的内核。物理问题的步步转化,无不遵循物理思想方法指示的方向。因此,通过问题解决,可以培养物理意识,构造物理模型,提供物理想象;伴以实验操作,可以诱发创造动机,可以把物理嵌入活的思维活动之中,并不断在学物理、用物理的过程中,引导学生学习知识、掌握方法、形成思想,促进思维能力的发展。这样不仅可以加快和优化问题解决的过程,而且还可以达到会一题而明一路,通一类的效果。
四、在复习与小结中提炼、概括物理思想方法
小结与复习是物理教学的一个重要环节,揭示知识之间的内在联系以及归纳、提炼知识中蕴含的物理思想方法是小结与复习的功能之一。小结与复习是对知识进行深化、精炼和概括的过程,它需要通过手和脑积极主动地开展活动才能达到。因此,在这个过程中,提供了发展和提高能力的极好机会,也是渗透物理思想方法的极好机会与途径。
二、如何有效进行高中物理概念的教与学
1.联系日常生活现象,初步建立物理概念
物理概念绝不是哪位高明的物理学家凭空臆造出来的,而是以大量的日常生活现象和物理事实为基础,经过人们头脑的加工而形成的。例如,新高一第一章力的概念这样建立就比较好,我们经常观察到这样一些生活现象:人推车,牛拉犁,人提水桶,书压桌面,磁铁吸引铁钉等等。虽然这些现象千差万别、各式各样,但是,如果忽略现象中的一些非本质的东西,我们发现它们都有一个共同点:每种现象中至少都包括两个物体,而且一个物体对另一个物体正在施加推、拉、提、压、吸等动作,这些动作可以称为“作用”。人、牛、书、地球、磁铁等可以抽象概括为施加作用的物体,而车、犁、水桶、桌面、铁钉可以抽象概括为受到作用的物体,这样我们就可以丢开这些物体之间动作的具体形式,把物体对物体的作用称为力,或者说,“力就是物体对物体的作用”。再进一步分析,人推车向前,车必推人向后;牛向前拉犁,犁必向后拉牛;人提水桶向上,水桶必拉手向下;书向下压桌面,桌面必给书以向上的支持,这说明物体间的作用总是相互的。于是,我们就可初步形成“力”的概念,并且初步认识到“力就是物体间的相互作用”。
2.注意初、高中物理知识的连接,进一步强化概念
高中教师应了解并认真分析学生在初中已有的知识。把高中教材研究的问题与初中教材研究的问题在文字表述、研究方法、思维特点等方面进行对比,明确新旧知识之间的联系与差异。选择恰当的教学方法,使学生顺利地利用旧知识来学习新知识。在高中力学教材一开始就谈到:力是物体对物体的作用,力是不能离开施力物体和受力物体而独立存在的。象人推车前进,这样一个物理过程,谁是受力物体,谁是施力物体?学生的结论是:人是施力物体,车是受力物体。物体间的作用是相互的,人给车施加了力的作用,车反过来对人也施加了力的作用,若以人为研究对象,人却成了受力物体,而车则成了施力物体。学生这种错误地思考、解决问题的方式与他们长期形成的“思维定势”的消极影响是分不开的。教师可以根据学生初中已形成的力的初步概念,进一步引导学生得出正确的结论,消除学生思维过程中存在的这些消极影响,更好地使学生掌握高中物理这一严密的逻辑体系,使学生的认知结构得到丰富和扩展,对物理概念的理解进一步内化。
3.在灵活运用物理概念的实践中体会其内涵
物理概念最终是为解决物理问题打基础的,掌握的如何,只有通过运用概念来解决具体问题来检验,因此,概念教学中要不断引导学生运用所学的物理概念来分析、解决有关的物理问题和生活中的物理现象、规律。在概念的运用中,又能加深对概念的理解,形成自然记忆,并借此促进学生思维的积极性,及时暴露概念学习中的问题,有利于对概念的进一步理解。
三、在物理概念的深化过程中有意渗透物理思想,是提高高中物理教学效果的有效途径
巴甫洛夫曾说过:“有了良好的思想方法,即使是没有多大才干的人也能做出许多成就。如果思想方法不好,即使有天才的人也将一事无成。”物理思想方法在学生的学习过程中起着举足轻重的作用。物理教材中的大多数规律都是由简单到复杂、从条件到结果、从现象到本质、从实际问题到理想化模型等等,在由浅人深的过程中处处闪耀着物理思想方法的火花。所以,在学习物理概念的过程中,不断地向学生渗透物理思想,才能更好地掌握物理规律。
这样的教学,更符合学生的认识规律,能使学生对物理知识的获得过程有切身的体验,从而对物理概念本身有扎实的理解,同时又受到物理思想方法的训练和培育。这就使学生不仅掌握物理概念,还明白这一知识是用了那些物理思想方法来获得的,即能在物理思想方法层面上理解和体验物理学习过程。这样,学生经过学习逐步地掌握了物理思想方法,进而形成自己的科学的物理学习方法,就会有效地提高学习效率。
综上所述,我们对物理概念教学进行了系统、全面、具体的分析与研究,总结出了物理概念教学的一般规律。但教学是一门科学,又是艺术,教无定法。因此在物理概念教学中,只有不断创新、不断改进教学方法,才能提高概念教学的水平。另外,高中的学习方法、学习习惯、学习心理以及物理这一学科对学生的思维能力、抽象能力、运用数学的解题能力都比初中有更高的要求,学生能否在尽量短的时间适应高中的学习,顺利地跨过这个学习台阶,是影响学生提高学习成绩的主要因素。
参考文献:
[1]朱挂雄.物理教学展望.华东师范大学出版社,2002年2月第1版.
现代教育要求教师要善于挖掘教材中的物理思想方法,在教学中将其迁移为学生解决实际问题的能力。
一、提高认识,纳入目标
物理思想方法的教学是物理基础知识教学的重要组成部分,是增强学生物理观念,形成良好物理素质,培养学生分析问题解决问题能力的重要措施。为了使物理思想方法的教学落到实处,首先要从思想上提高对物理思想方法教学的重要性的认识,进而把物理思想方法的教学纳入教学目标中去,并且具体落实在每节课的教学目标中。在初中等效替代法:引入合力的概念,等效电阻的概念都是; 控制变量法:探究影响动能、电阻、重力势能、压强等都有用到; 理想模型法:引入磁感线、光线,还有杠杆的定义; 转换法:把不能直接看到的转化为可以看到的,如电流大小看不到,可以用电流表来显示,或小灯泡亮度来代表; 类比法:把电流比作水流; 放大法:按桌面看不出形变,但是桌上放一个激光灯,让光照射镜面,反射后照到墙上,按桌子时,可以看到墙上亮点移动。
二、钻研教材,充分发掘
充分发掘提炼在教材中的物理思想和方法,并弄清每一章节主要体现了哪些物理思想,运用了什么物理方法,做到心中有数。首先,要通过对教材完整的分析和研究,理清和把握教材的体系和脉络,统揽教材全局,高屋建瓴。然后,建立各类概念、知识点或知识单元之间的界面关系,归纳和揭示其特殊性质和内在的一般规律。只要我们学会了这些方法,按知识──方法──思想的顺序提炼物理思想方法,就能运用它们去解决成千上万的问题。
通过发掘,找出教材中隐含的比较、变换、归纳、抽象逆向思维等思想,确定物理知识与其思想方法之间的结合点,建立一整套丰富的教学范例或模型,最终形成一个活动的知识与思想互联,从而提升学生掌握知识、解决问题的能力。
1.养成持之以恒的课前预习习惯
学习高中物理,首要的任务是理解吃透课本知识。初中物理不预习,当堂也能听得懂,但延用到高中必定吃亏。课前预习,对学习高中物理是必需的。尤其是在没有老师布置和督促检查时,同学们更要自觉养成持之以恒的预习习惯。
2.养成“咬文嚼字”、注重理解的阅读习惯
阅读物理课本,必须有思维的参与,带着问题逐句逐字读,边读边画边分析。不上心的“一目十行”,只重结论记忆的浅尝辄止,是学不好物理的。
3.养成认真听讲、做笔记的习惯
好记性不如烂笔头。与初中不同,为了高考,三年的课程一般两年就学完了,物理课堂信息堪称“海量”,因此,必须在课本上留“记忆”,在笔记本上留“释疑”,以备经常复习。课本上有很多习题和思考题,还有平时遇到的很多疑难题,同学们一定要自己思考,再听老师讲解,这样才能真正弄懂学透。
4.养成独立作业、做题“三多”的习惯
解初中物理题,记住公式就能“套”;高中物理,题题各不同,死记硬背肯定行不通。平时作业可与同学讨论,考试时则需要立足自我。因此,同学们要养成独立思考的习惯,做题时还要养成“三多”的习惯。“三多”,就是一题多解、一题多变、多题归一,训练“物理思想”。一题多解——掌握不同板块间知识的联系;一题多变——变换视角拓展探究新的问题;多题归一——总结同类题的共同特征及解决方案。一题多解、一题多变,是“同中求异”,多题归一,是“异中求同”。
5.养成参与讨论的习惯
一个人想问题难免片面,而集体讨论,相互启发,思维碰撞,总会有精彩。即使旁听,也能分享到别人很多思考问题的妙招,拓宽自己的思路。
6.养成勤观察、多动手、多思考的习惯
物理是实验科学,也是理论科学。观察、动手、思考是物理研究的必由之路,也是物理素养重要的组成部分。
二、优化学习方法,提高学习效率
1.着力“三基”,掌握概念、规律、方法
由于初高中物理课程差异,“三基”的重要作用更加突出。“三基”,即基本概念、基本规律、基本方法。
首先,是对概念和规律的理解。对概念,必须弄清它为何引入,如何定义,物理意义,本质内涵,与相关相近概念的联系和区别,物理量遵循的运算规则等。对规律,必须明确其适用条件和范围,解决什么问题,使用时的注意事项等。
其次,是物理方法。上了高中,如果只满足于初中感知的定性解释,不习惯高中的定量推导和理性论证,不注重学科知识的理解和方法积累,不能形成学科思维习惯,久而久之,就会疑点聚成难点,感觉物理越来越难。如果能掌握住基本方法,解题将会势如破竹,物理也不难学了。
1.1第一次用物理模型的思想来研究问题
质点模型从实际物体运动的复杂性和想要完全精确描述的难度,引发简化研究的需要,认识到描述物体的运动,要突出研究对象和问题的主要方面,忽略次要因素,抽象成理想化的“物理模型”,并将其作为研究对象,这样更深刻的把握了事物的本质.质点模型就是将实际物体忽略形状大小等次要因素影响抓住物体具有质量这个主要方面,抽象成的一个理想化的有质量的点.
过程模型在研究小车的运动时,用v-t图象进行数据处理时,观察那些孤立点的分布规律,发现大致落在一条直线上,由此设想如果没有试验误差的理想情况,就是一条理想的直线关系,这样就将实际小车的运动看成理想的匀变速直线运动模型.
实际物体在空气中自由下落,由于阻力相比于重力很小,可以忽略不计,所以可以理想化为自由落体的运动模型.
1.2第一次系统学习一组相关的物理概念,体会逻辑性、准确性、抽象性
机械运动是物体的空间位置随时间的变化.时刻对应位置,时间对应位置的变化即位移,一段时间内,物体发生一段位移,就产生描述位置变化的快慢即运动快慢的需要,引入速度概念,显著区别于初中的速度概念.由物体瞬时速度在一段时间内发生变化,就产生描述速度变化快慢的需要.这些基本的概念都是描述运动的必要物理量,它们之间存在内在的逻辑关联,必须准确理解它们的物理意义.
位移、速度、加速度的矢量性:第一次明确的引入矢量概念,理解这些矢量的方向的必要意义,即要搞清楚为什么它们必须有方向属性,矢量意识初步植入分析物理问题的思维中.
比值定义法用比值定义物理量是物理学中最为常见的定义方法,通过对速度和加速度的定义,理解和体会比值定义法中定义的两个物理量和被定义的物理量之间物理意义的关联和数学上的定量关系,防止物理公式数学化的错误认识.
1.3第一次将物理和数学思想、方法紧密结合,体会数学的重要作用
极限思想的渗透在理解瞬时速度时,分析在Δt很小时,平均速度能比较精确的描述物体的快慢程度,而且Δt越小,描述越精确,因此当Δt非常非常小时,可以认为平均速度即为时刻t的瞬时速度.这里是渗透极限的思想,而不是一下子要求学生准确的从数学极限的准确定义上去理解瞬时速度概念.此后用打点计时器或数字计时器测瞬时速度是这个思想具体应用.对瞬时加速度的理解是同样道理.最后引出变化率的概念,从而推广瞬时值的理解.
微积分思想的渗透在寻找匀变速直线运动的位移与时间的关系时,通过对这个过程分割成许多时间很短的小过程,每一个小过程近似看成匀速直线运动.求出所有小过程的位移,并将它们累计相加,这样就近似得到整个匀变速直线运动的总位移.显然,分割的小过程越多,结果越精确.如果分割的非常非常多,则所有小过程的位移相加的结果就可以作为这个匀变速直线运动的准确的位移.然后利用v-t图象“面积”对应“位移”的方法求得定量的结果,巧妙避免数学微积分的直接应用.
图象法高中物理第一次明确要求引入图象法来描述规律,通过v-t和x-t图象能够直观形象简便的表述运动规律.图象法的优势是与物理公式的抽象性形成形象性的互补,非常有助于学生更好的理解和应用物理规律.特别是在实验探究中,进行数据处理,一般都是采用图象的方法,如对小车的运动的研究,得到拟合的v-t图象是一条倾斜的直线.所以让学生在运动学中逐步养成读图的方法和思想,学会用图象进行数据处理的能力,为今后打下坚实基础.
函数思想和方程思想在对匀速直线运动的规律进行理解时,一方面从函数角度理解规律,如v=v0+at,x=v0t+[SX(]12[SX)]at2,对于一个匀变速直线运动,v0,a是定值,则可以理解为瞬时速度和位移关于时间的变化函数.另一方面,每个公式都涉及四个物理量,从方程的角度,可以知道任意三个量可求另一个量.对一个匀变速直线运动,共涉及v0,v,a,t,x共五个物理量,需要知道三个量,根据两个基本方程联立,可以求得未知的两个量.这是要求学生逐步形成从已知量和未知量的角度联立方程的数学思想.
1.4第一次经历完整的实验探究物理问题的过程,了解科学研究的方法,体会实验在发现自然规律中的作用
对小车的瞬时速度与时间的关系探讨,经历了从实验探究中获取数据、作出图象、分析图象、寻找规律、表述和理解规律的过程.对看似简单的过程却不简约其研究过程,这对高一新生的学生养成科学的学习习惯和良好的研究态度有重要的意义.
通过介绍伽利略对落体运动的研究历史过程,让学生领会科学精神、物理思想和研究方法,逐步领会这些“非知识”的东西往往比知识本身更重要,有助于学生提升科学素养.
1.5第一次学会理性分析物理问题的思路和方法,掌握解题规范化的要求和习惯
初中的问题一般过程简单,形象直观,运算简单,以套公式为主.但是高中第一次接触运动学的定量问题,公式非常多,规律相对复杂抽象,初中套公式的简单思维显然无法很好的解决问题.因此要有意思的强调和培养学生用物理概念和规律为理性基础,明确对象,分析物理过程,结合形象思维,养成画示意图的习惯,图表分析已知未知量的习惯,逐步养成“讲理”的习惯,而不是凭表象联系的“直觉”.这样为今后处理更复杂抽象的问题打下良好的思维和方法的基础.
2教学策略和方法
2.1遵循学生认知规律,采用“梯度式”教学
教师要充分研究初中物理教材,了解初中物理教学方法和教材结构,知道初中学生在面对高中学习的“第一次”时的基础.“第一次”的教学,要充分从学生现有的基础出发,从学生熟悉了解的例子引发思考讨论,尽量降低台阶的高度,一步步上升,放慢教学进度,由简单到复杂,循序渐进,充分考虑学生的可接受性,不要妄求一步到位,否则适得其反,得不偿失,要保护好学生物理学习的积极性,使学生树立起学好物理的信心.
2.2坚持物理与生活、自然的联系,激发和培养学生的学习兴趣
“从生活走向物理,从自然走向物理,从物理走向社会”.教学中要坚持从实际中来,并应用到实际中,努力将学生已有的生活经验和认识与物理问题紧密联系,才能使学生产生兴趣,激发学生主动参与问题的研究,课堂效率得到提高.
2.3由“物”到“理”,由“感性”到“理性”,逐步培养学生抽象思维能力
物理概念的建立和物理规律的发现都是在大量事实和现象观察的基础上,运用理性思维抽象概况探究得出.这一过程,必须充分利用感性思维,不断分析思考,逐步形成抽象思维能力.对概念和规律的理解也需要结合感性,以形象的实例为依托,在分析和解决问题中提升能力.要非常重视概念和规律的建立过程,让学生在物理情景和问题中讨论探究,知道概念和规律的来龙去脉,结合实例去逐步理解其物理意义,应用的方法,避免从表象上死记硬背,逐步形成抽象思维能力.
2.4重视探究过程,循序渐进,逐步培养和渗透物理、数学的思想方法
“授人与鱼,仅供一饭之需;教人以渔,终身受益”.人类在探究物理学的过程中,形成了很多重要的物理思想方法以及相关的数学方法.在面对这些“第一次”的教学,不仅仅是教会学生知识本身,更重要的是,在探究过程中有目的有步骤的不断渗透给学生其中蕴含的各种思想方法,使学生在逐步理解和掌握这些思想方法,解决物理难学、难教的难题.
高中物理在义务教育阶段科学、物理学习的基础上,更重视物理知识之间内在逻辑关系的研究与发现,高中物理问题的解决相对于初中物理而言,也更注重基于逻辑的推理。这样的变化看似是内容变化引起的,实际上也是物理思想方法的变化引起的。近年来尤其是课程改革以来,物理教学高度重视思想方法的教学,更有学者提出基于知识教授方法的思路。那么,在高中物理教学中,有哪些方法需要重视?又应当如何实施科学思想方法的教学呢?笔者试以理想化方法为例,谈谈笔者的观点。
一、理想化方法是一种什么样的方法
谈到理想化方法,估计一线教师的反应常常是“注重主要因素,忽视次要因素”等,也有人给出了“理想化方法就是借助于抽象概括虚构出一些与问题相关的方面同现实物体结合,但又不是现实物体的其他各种复杂性的理想物体,并以它们来近似代替现实物体进行研究的科学方法”的理解。显然,无论是前者朴素的理解,还是后者带有学术定义式的理解,都在尝试从不同角度对理想化方法进行深度认识。
笔者以为,对理想化方法的理解决定着课堂上的教学效果,因为无论教师自己是否意识到,教师的教学行为必然是受自己的教学理解支配的,有什么样的理想化方法理解,就会有什么样的理想化方法教学行为(当然,也可能会出现基于学生生成而获得新的理解的可能,但那也是以教师自身的原有理解为基础的)。对“理想化方法”的基本理解应当是“‘理想化’方法”,一个实际的物理过程是如何被理想化的?有人认为,理想化方法就是一种简单化、粗糙化和近似化的方法,这样的理解能够描述理想化方法的一般特征,却没能指出其实质。笔者以为,包括理想化方法在内的所有科学方法,均是基于某个明确的目的而提出的,都是为了解决某些具体的问题而出现的。
二、理想化方法的教学应当如何实施
从学生知识建构的角度来认识理想化方法,是有效的科学方法教学的途径之一。从学生知识建构的角度来认识理想化方法,也可以让高中物理教学获得与传统教学不同的视角。那么,从学生知识建构的角度如何实现以理想化方法为线索的教学呢?这里就以“自由落体运动”的教学为例,作一些分析。
自由落体运动的关键在于物体只受重力(且默认为不变的重力)。作为物理教师应当知道这其中有两个变化因素:一是空气阻力;二是物体所受重力。前者上面已作分析,后者则是由于理论上物体与地心距离的变化导致的g值变化。由于这两个因素尤其是后者无法消除,因此,真正意义上的自由落体运动是不存在的,自由落体运动只可能是一个理想的运动。实际教学中可以遵循这样的教学顺序:
第一步,引导学生全面认识“落体运动”。这里的全面认识,主要就是从运动与受力两个方面进行分析。学生一般会认识到受两个力作用,但一般认识不到这两个力的变化情况,必要的时候教师可以作一些延伸,以促使学生生成全面的认识。第二步,引导学生认识分析“落体运动”的复杂性。由于力的变化,且是难以掌握其规律的变化,因此下抛物体的运动变化情况将十分复杂 ――这种复杂性可以通过阻力和重力的变化分析,以及力与运动之间的互相影响来体现(具体略)。第三步,对复杂问题进行抽象、简化。基于“能否简化认识落体运动”的问题去进行抽象与简化(这正是“理想化”方法运用的关键过程),即忽视阻力且默认为重力不变,那物体的运动就极为“自由”,于是就定义为其“自由落体运动”,此时的运动规律可以通过牛顿第二运动定律来进行简单描述,问题得到初步解决。第四步,评估。这样的简化有没有道理?这需要引导学生进行评估,教师可以通过资料的提供让学生认识到这样的理想化的结果,与实际运动的结果几乎没有任何的区别,这就说明理想化的方法是可行的(这正是判断理想化的关键因素)。因此,实际中的落体运动常常可以认为是自由落体运动。
三、理想化方法教学的思路发散延伸
基于以上教学过程进行反思,可以发现包括理想化方法在内的物理思想方法的教学,很多情况下必须坚持显性教学的思路,即将思想方法凸显出来,让学生认识到这些方法在具体的知识建构过程中所发挥的重要作用。也就是说,高中物理的思想方法教学尤其是基本的、常用的一些思想方法,必须坚持显性化教学的思路。
作出这一判断,是基于教学实际看到的一些情形,很多时候,含而不露的思想方法教学,常常会让学生的思维处于混沌的状态,他们不知道一些方法为什么适用。就拿本文主要论述的理想化方法来说,不少学生都会认为理想化方法存在不能描述客观事实的问题,这就意味着教师在教学过程中没有对该方法进行评估,而要想对该方法进行评估,就必须基于显性的方法教学,去判断理想化之后的结果与实际结果的差别。只有当学生看到理想化之后几乎不影响对实际情形的描述,且理想化之后分析思路与过程极为简化之后,才会认识到理想化方法存在的价值,而这恰恰是物理思想方法教学中的一大关键。
控制变量思想方法是科学探究的重要方法之一,在实验教学中,控制变量主要是指控制部分实验条件不变的情况下,通过逐一对比探究可能影响实验结果的多个因素,将得出的数据进行对比、总结、归纳,最终得出结论的方法;在平时化学教学中,采用对比实验进行教学的方式十分常见,运用简单的对比实验融于教学之中,帮助学生理清变量、不变量、因变量之间的关系,有利于学生了解控制变量思想方法的核心内容:控制部分实验条件不变,分析变量对实验结果产生何种影响.
案例1 硫在空气中燃烧和在氧气中燃烧情况的比较
分析 各取质量相等的硫粉置于燃烧匙内,点燃后分别置于两个集气瓶中(两个集气瓶分别装有等体积的空气和氧气),让硫粉继续燃烧,观察燃烧的现象并记录.(如图1)在演示实验之前,化学教师应该让学生明白:该实验中必修对实验条件进行控制,才能得出科学的结论,实践表明,学生对“条件控制”还是比较容易理解;笔者曾经对学生提问:“实验中哪些是变量?哪些是不变量?何种设计目的?”.
尽管笔者认为设计的问题并不难,而且初三的学生在初二的物理学科中,已经涉及到了控制变量法的初步应用.但这些问题,却并非所有的学生都能答对答完整.经过分析,造成这样的尴尬局面其实是学生还没有养成利用控制变量思想方法去分析问题和解决问题的习惯,缺乏意识,这也提醒和要求化学教师在平时的教育教学中时刻注重思想方法和学习方法的渗透.
二、倡导“科学探究”,积极培养控制变量思想方法
中学化学新课程标准非常重视培养学生解决问题的能力,而科学探究的过程,正是培养这种能力最直接有效的途径.在科学探究的过程中离不开科学思想方法的运用,在初中化学教学实践中,多数学生对控制变量思想方法的核心思想有一定的了解,但是在实际处理问题中对变量和不变量还是难以厘清,对实验现象和数据的分析处理束手无策,实验方案设计的能力比较薄弱,对实验结果的表达也是含糊其词.实际上,在初中化学教材中能够渗透控制变量思想方法探究的内容还是比较多的,在数据实验中存在一定的优越性,借助数据的对比直观的获取结论,这类催化剂的探究实验是培养学生控制变量思想方法的典型素材.
案例2 催化剂二氧化锰用量对反应速率的影响探究
在对实验催化剂的概念介绍之后,为了加深学生对催化剂的理解,笔者精心设计数据类实验题,提供给学生自主思考和探究:在利用10%的H2O2溶液制取氧气的实验中,每次均选取3 mL H2O2溶液至于反应容器中,利用不同量的二氧化锰作为催化剂分别进行实验测出收集 氧气的用时,记录数据如表1(其他实验条件均相同),请根据表格中的数据进行分析,催化剂二氧化锰的用量与反应速率之间的关系?
分析 本实验主要是利用控制变量的思想方法,探究催化剂的用量对化学反应速率的影响;教师引导学生在弄清实验中控制变量目的的基础上,构建题设信息与探索问题之间的联系,借助实验数据进行总结、概括,从而得出结论;在此过程中,当学生在探索过程中遇到困难的时候,教师及时点评与提示,让学生形成准确的解题思路,感受成功带来的愉悦.在这样引导的过程中,加深了学生对催化剂概念的理解,同时也培养了学生利用控制变量思想方法解决问题的意识.
三、巧构“实验设计”,运用控制变量思想方法
由于初中学生刚刚接触化学学科,利用化学知识和规律处理问题的能力有限,实验设计的探究对学生而言是比较困难的;在教学实践中,引导学生运用控制变量思想方法进行实验设计,然后让学生根据自己设计的方案,亲自动手做实验,学生的积极性被调动起来,同时引导学生通过小组合作,交流讨论,完成整套实验设计.
案例3 根据提供的物品自主设计实验比较“铜、铁、银”三种金属活动性的强弱.
提供物品:固体铁和铜(粒状、粉状和条状);5%、10%的稀盐酸,5%、10%的稀硫酸;FeCl2溶液、FeCl3溶液、CuSO4溶液、AgNO3溶液.
都江堰中学虽为省级示范性普通高中,但长期以来,为了促进区域教育的均衡发展,一直执行都江堰市委、市政府“划片招生”政策。每年招生分数线平均低于成都市同类学校90—100分以至更多,甚至低于都江堰市获得政策优惠的改制学校60—90分,择优录取优质生源的“县中”模式在都江堰市不复存在。如何解决生源“低入口”与社会期盼的“高出口”这一矛盾,是困扰学校发展的一个瓶颈,学校以如何提高高一新生基础素质为突破口,对此展开了深入研究。
初中升入高中,就如人生迈上一道新的台阶。而大量学习平常的同学进入高一后,随着学科知识量的增加,学科难度的加大,学科思想方法的渗入,学习方法与能力的不适应便显现出来,“两极分化”也就提前到来。如何有效遏制这一现象,科学解决这一难题,为新生搭建一个平稳过渡的阶梯,启迪了学校编写《进阶高一》校本教程的思路。
校本课程开发组织实施
2009年5月,学校成立了《进阶高一》系列教程开发小组。设计思路按语文、数学、英语、物理、化学分科编写。内容框架分别以“中考不考”(因而被初中教学忽略的),但在高中教学中又无可回避的那些知识为主要线索,并围绕这些知识的学习,重点介绍初、高中学习在知识内容上的区别,在学科思想方法、学科学习方法方面的差异,侧重于学科思想方法的教学,侧重于学习方法的指导,侧重于训练思维与培养能力。如《语文》部分,第一章就是“方法篇”,然后才是初中的“语文基础知识”以及“语言运用艺术”等内容。
在编撰《进阶高一》校本教程的过程中,学校组织了一批具有丰富高中教学经验的名、特、优教师精心设计教程的编写思路、体例,邀请了部分初中学校教学成效显著的优秀教师共同参与、密切合作。认真思考每一个入编的内容细节,仔细推敲每一个思维模式、方法指导的可行性与有效性,严格审核每一个例(习)题、训练题目的目的、意图与作用。
《进阶高一》:特色校本课程
在《进阶高一》校本课程实施的过程中,学校一改以往利用暑假举办两周“初升高衔接教学”的传统做法,在高2012届新生入学后,利用开学第一个月全面实施了《进阶高一》校本课程的教学实验,而未急于抢上高中新课程。要求参与实验的学科教师要认真反思初高中教学行为方式的异同,修复初高中《课程标准》间的“裂痕”,缩小初高中教学目标与方式的差异,弥补初中学科基础知识的不足,重视学科思想方法的掌握,加强学科解题思路的训练,关注学习心理与方法的辅导,促进学生学习能力的发展,凸显《进阶高一》校本教程的编撰主旨与突出亮点。并于实验结束后组织了一次测试。通过师生问卷调查了解及与以往各届对比、与该年级在成都市、都江堰市的调研考试和期末统考中,学生进步很大,效果较为明显。2009年都江堰市教育局、招生办公室的统计数据表明,在全都江堰市中考前1200名的“初升高有效生源”中,我校2012届仅占三分之一(405人)。随着该年级教学的有序推进,在成都市、都江堰市的各种教学考核中,其效果优势日渐突出。2011年9月成都市高2012届的“首诊”测试,学生上线人数达到678人;2012年3月成都市的“二诊”考试,上线学生达683人,超过了都江堰市上线人数的50%。按照都江堰市教育局“以入量出”的评价机制,基本实现了由入学时的“低入口”到毕业时“高出口”的转变,刷新了学校“二诊”考试中线上线人数的历史记录。
实践表明,对于教育并不十分发达地区的高中学校,重视弥补生源质量的不足,加强高一新生学习思维能力的培养与学科基础的“补救”,对于学生及早适应高中学习,促进今后发展确有重要的意义。
物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力,是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质,是学生物理核心素养的关键成分[1]。高中物理核心素养主要由“物理观念与应用”“科学思维与创新”“科学探究与交流”“科学态度与责任”等四个方面的要素构成[2]。其中“科学思维”主要指高中物理中重要的思维方法,包括建模的思想、理想化方法、分析综合、抽象概括、批判性思维、推理论证等思维与方法; 物理课本中的有些知识如电磁场本身就看不见摸不着,很抽象难以感受的到。科学思维方法的形成一方面要在课堂简单情景中学习时生成,但更需要在新情景的应用中得以提升,特别是建模能力及分析综合能力的提升需要。
影视作为一门集视听娱乐于一体的综合性的现代艺术,也是现实生活的缩影,无论是从制作过程还是从画面内容上来看,影视中都蕴藏了大量的科学素材,从这些影视资源中鉴别和吸取出有价值的物理素材是一个拓宽课程资源的可行途径[3]。对于物理学科而言,如何创造性地开发和应用影视中的这些素材,设计出影视资源与中学物理教学整合的有效案例使其在培养学生物理学科核心素养发挥一定的作用呢?经过近两年的研究,笔者认为影视资源在培养学生科学思维形成中的应用时可采用以下策略:
1、利用影视资源培养建模能力
建模能力的培养过程需要学生使用物理思想方法将物理中的概念、定理和法则等应用于现实生活中。物理思想方法就是我们建立模型的灵魂,物理情景就是材料,物理中的概念、定理和法则就是建模的工具。建模的过程是学生自发的、有策略的将物理知识应用于物理情景的过程。处理物理情景⒔其是实现物理知识“四化”的具体体现,这需要学生在完全陌生的环境中建立起物理模型,并将物理知识和物理思想方法运用其中。由此可见,建模能力的培养在物理核心素养养成中的重要地位。物理观念和物理思想方法融合于物理概念、定理、公式、法则、定义之中,这是它们的精神和灵魂,同时物理思想方法是形成物理观念的前提。在物理学习中,物理思想方法的掌握、物理观念的形成是使物理知识条件化、结构化、自动化和策略化的关键。
《电磁感应》是高中物理课本中的重要知识,电磁感应现象在实验室中演示功能很有限,这些实验仅能有助于让学生掌握物理知识,但将物理知识转化为物理观念的功能有限。但如何才能通过其学习才能将物理知识转化为物理观念呢,为了培养学生在知识的应用过程中,利用笔者就借用了《变形金刚》中的一个片段创设了电磁炮的发射情景(图1),学生很自然的想知道电磁炮工作原理。在激发学生强烈的学习兴趣后,让学生应用已知的物理知识,在新情景中建立物理模型,在利用网络查找对比物理模型从而验证建立模型的正确性,图2为一网络上的电磁炮模型。
2、将抽象的模型理想化处理
在物理科学的发展过程中理想物理模型的建立是一种重要的物理思想方法。理想物理模型的建立要求建立模型的过程中抓住主要问题,忽略次要矛盾,尽可能的把复杂的问题简单化,做到科学的抽象。这个过程在教学中往往被老师包办了,学生的并不知道理想化的目的所在,更谈不上理想化处理的策略,可这种理想化处理的策略正是物理核心素养之一。如何才能更好的培养关键在于抓住主要问题,下面以电磁炮模型的建立为例谈谈建立的策略。电磁炮的关键在于如何发射,其动力来源在哪里?学生带着这个问题就会想到滑块受到安培力,可是磁场从哪里来?从轨道的电流中产生。这就涉及到电流周围的磁场是非均匀的,且距导线越远处磁场越弱。可是由于滑块的长度是较小的,为了抓住主要问题,就可以忽略磁场的变化了,那么还受哪些力呢?自然想到了重力和摩擦力,为了突出主要问题就可以提出金属杆水平和忽略摩擦力这些理想化条件了,具体处理过程如下表所示。学生只有在这种解决问题的驱动中进行理想化处理才能真正提升其科学思维素养。
表1 理想化处理
理想化处理 处理目的
第1次处理 滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场 忽略磁场的变化
第2次处理 平行金属导轨沿水平方向固定 忽略重力在金属导轨方向上的分力
第3次处理 滑块可沿导轨无摩擦滑行 忽略摩擦力
经过3次理想处理后,得到了一个处在匀强磁场中水平导轨上运动的单杆模型
3、利用影视资源培养分析综合能力
理想化模型建立后就需要学生应用所学的物理知识及物理思想方法对模型进行分析综合、推理论证,能过抽象概括其中的物理现象和规律,甚至批判性的提出一些问题和改进的措施,整个分析过程就是科学思维与创新这一核心素养的形成过程。为了让学生能够动手计算推导自己建立的模型,笔者引用了北京市高考题中的关于电磁炮模型(图3)的一些数据如:匀强磁场,方向垂直于纸面,其强度与电流的关系为B=kI,比例常量k=2.5×10-6T/A。两导轨内侧间距l=1.5cm,滑块的质量m=30g,滑块沿导轨滑行5m后获得的发射速度v=3.0km/s(此过程视为匀加速运动)等, 图3
同时给学生提出了(1)求发射过程中电源提供的电流强度(2)若电源输出的能量有4%转换为滑块的动能,则发射过程中电源的输出功率和输出电压各是多大?(3)若此滑块射出后随即以速度v沿水平方向击中放在水平面上的砂箱,它嵌入砂箱的深度为s'。设砂箱质量为M,滑块质量为m,不计砂箱与水平面之间的摩擦。求滑块对砂箱平均冲击力的表达式。
在这些问题的分析过程中,让学生经过建模和理论计算等科学思维过程将牛顿运动定律、能量和动量等等高中物理主干知识应用于电磁炮模型之中,在这个过程中就要利用较高水平的思想活动应用物理知识中蕴含的思想、观点和方法,从而提升了科学思维与创新这一核心素养。
由影视资源抛出一个现实生活中的场景,学生应用建模、理想化处理及分析综合等科学思维方式来处理生活中的物理。模型的研究有着开放性的问题和科学的思维方式,有效的提升了科学思维与创新这一核心素养,还更大程度地调动了学生学习的主动性和探索发现的积极性。
参考文献
[1]林明华. 积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理,2016(2).
[2]林明华.高中物理核心素养的内涵与培养途径[J].福建基础教育研究,2016(2).
[3]洪家旺.初中物理视频资源的开发和利用探析[J].教学研究,2015(9).
作者简介
姓名:吴旭东出生年:1980年
性别:男
物理是一门以实验为基础的学科,实验是物理学科的灵魂,而要求学生正确使用测量仪器是做好实验的前提.中考中对测量仪器的考查是重点.而有些老师往往却忽视了实验复习中最基本的部分,所以进行实验复习之前,应对课程标准中列出的测量仪器进行认真复习,复习时可采用对比复习的方法,找出异同点,便于学生记忆.
初中物理中,用到的测量仪器:刻度尺、温度计、托盘天平、量筒、弹簧测力计、电流表、电压表等等.使用这些测量仪器之前必须注意它们的量程、分度值、零刻线的位置(或校正零点)等.复习电流表和电压表的使用方法时,可以归纳出它们的异同点,相同点:①被测电流,电压都不能超出量程;②电流都应“+”进“-”出.不同点:①电流表应串联在电路中,电压表应并联在电路中.②不能把电流表直接接到电源两端,而电压表可以直接接到电源两端.这样便于学生对比记忆,效果更佳.其中对学生容易混淆的测量仪器在复习时一定要讲解清楚.例如托盘天平是测物体质量的工具,而弹簧测力计是测量力(包括拉力,重力等)的工具.
对这些基本测量仪器都要做到熟练使用,其中有一些重要的仪器还要了解它们的原理,正确使用的步骤及注意点等.如常用温度计的原理是根据测温液体热胀冷缩的性质工作的.使用它的正确步骤:①估计被测液体的温度;②选择量程合适的温度计;③测量液体的温度.次序不能颠倒.如果学生不能正确的使用这些仪器,就谈不上用它们去做好实验,更不可能设计实验.对基本测量仪器的掌握是实验复习中最基础的一部分,千万不能轻视.
二、注重实验过程中细节的复习
科学探究的过程一般包括提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作七个基本要素.根据《物理课程标准》的要求,最近几年中考中突出对科学探究过程中核心要素的考查,更注重对学生实验过程中细节的考查.这要求教者在进行实验复习时,不仅要认真复习实验原理,实验器材,实验方法,实验方案等等,还不能放过实验过程中的细节问题.例如,探究水沸腾的特点时,除了每隔一分钟要记录水的温度,千万不能忽视还有一些细节:注意观察水沸腾前和沸腾时水中气泡的变化情况,注意聆听水沸腾前和沸腾时声音的变化情况.再如探究冰的熔化规律实验中,为什么用较小的碎冰块实验效果更好?其主要原因并不是使冰块受热均匀,而是让温度计的玻璃泡与被测物体(冰)能更充分接触.上述问题考查的就是实验中的细节问题.因此,笔者认为在中考实验复习时,有些重点实验,如测量小石块的密度,探究杠杆的平衡条件,伏安法测小灯泡的电功率等实验可以让学生重做一遍,不要害怕浪费时间,实验中的有些细节会在学生脑海中留下更深的印象.如此一定能够起到事半功倍的效果.
三、注重实验思想方法的复习
分析近几年的中考试卷可以看出,对实验探究考查的各种题型中,把对实验思想方法的考查放在了首位.当然,出题者通常把实验思想方法隐藏在题干中,作为参考者要能在考试中一眼击中要害,就要求复习课本中的每一个探究性实验时,更应注重对实验思想方法的复习.在所学的知识中,学生对实验方法的掌握才是其根本.
初中物理中所涉及到的实验方法有很多,如控制变量法,转换法,推理法,模型法,类比法,归纳法,等效替代法等等.而控制变量法,转换法的应用最为普遍.对这些实验方法都要求学生理解,掌握并能活学活用.这样在中考中,才能做到胸有成竹.
如复习影响滑动摩擦力大小因素的实验时,控制变量法就是其主要实验方法.教者复习时就应重点复习接触面粗超程度一定时,探究压力大小对滑动摩擦力大小的影响,在压力大小一定时,探究接触面粗超程度对滑动摩擦力大小的影响.在二轮实验专项复习时,可以把初中阶段凡是应用控制变量法的实验一一罗列出来,便于学生形成知识网络,更易于掌握.如影响压力作用效果大小的因素;影响动能大小的因素;探究电流与电压、电阻的关系等等.
在整个初中阶段有些实验方法运用不多,复习时可以单独列出,便于学生掌握.如实验推理法只有两处用到:一是探究真空不能传声;二是探究阻力对物体运动的影响.