以方法为主线的物理教学以方法.pdf

1 以方法为主线的物理教学以方法刘霁华（常州市教育教研室江苏 213003）一、问题的提出长期以来， 我们的物理教学都是以知识体系的逻辑顺序展开的，即以知识为主线来实施课堂教学物理教学中知识与方法是不可分割的，新课程改革倡导在物理教学中既要重视知识，又要重视方法但笔者认为，在当前的物理教学中，物理方法教育并没有得到应有的重视，教学过程中“方法教育”较多的采用“隐性”方式，所谓隐性方式指“用反映科学认识基本过程的科学方法的一般程式去组织科学知识的概念、规律、原理的教学过程，使学生的认识过程模拟科学探究过程但教学过程中并不明确地去揭示所采用的科学方法一般程式的原理、各阶段具体方法的名称和有关知识” 那么怎样在课堂教学中体现“显性”方式物理方法的教学呢？所谓显性方式指“进行科学方法教育时，明确指出这种科学方法的名称，传授有关该方法的知识，揭示方法的形式，操作过程，说明其原理教师公开宣称进行科学方法的教育，学生处于有意识地接受科学方法知识的状态”笔者认为，有些物理内容可以按照物理学的方法体系来展开教学，即以“方法”主线进行课堂教学二、教学案例下面以人教版高中物理实验教材（ 3-4） “简谐运动” 一节的多媒体课为例来说明这种教学模式的展开过程。

人教版教材本节内容较过去相比有了很大的改动，不再以动力学方法（F=-kx ）来定义简谐运动，而是像其他运动形式一样从运动学的位移与时间的关系出发来定义简谐运动1. 导入新课教师简述 ：前面我们学习了匀速运动、匀变速运动、平抛运动及圆周运动等运动形式，今天我们来研究一种新的运动形式教师演示 ：敲击音叉 (听)，并引导学生观察与音叉接触的小球（看），观察挂在竖直弹簧下的钩码的振动及摆球的摆动师生归纳 ：机械振动的定义、振动物体对平衡位置的位移两个概念出示相关的幻灯片）2. 新课教学（ 1）物理研究方法之一：理想化模型的方法提出问题 ： 自然界有很多物体在做机械振动？我们如何进行研究呢？回忆我们研究直线运动时曾用过哪些方法？2 教师引导 ：我们提出了质点的概念，并且首先从匀速运动开始研究，这体现了物理学忽略次要因素，突出主要因素，由简单到复杂的研究方法这是物理研究方法之一：理想化模型的方法教师演示 ：气垫导轨上的弹簧振子，分析如果忽略一切阻力及弹簧的质量，这也是一个理想化模型——弹簧振子逐步展示如图1 的幻灯片）（2）物理研究方法之二：图像法教师简述： 在研究匀速运动时，我们可以用公式（x=vt ）和图像 (x-t 图)来表示其运动规律，弹簧振子振动时平衡位置的位移x 也在随时间t 变化着，我们今天首先用图像法来研究其运动规律。

这是物理研究方法之二：图像法提出问题 ：要得到弹簧振子的位移-时间 (x-t)图像，必须测出位移x 与时间 t 的一系列数值，怎样测量？师生讨论 ： 教师启发引导学生回忆过去的研究方法，得出：方案一： 频闪照相法 （多媒体展示图2 幻灯片， 教师简述其获得过程及得到的数据）学生探究 ：教师要求学生按幻灯片图2 表格中的数据， 在事先准备好坐标纸上描点得到弹簧振子的位移-时间 (x-t)图像重视学生的参与和体验）学生探究 ：指导学生按照下图3（书本上练习2） ，两人合作，模拟振动图线的记录装置，将学生做的较好的图像进行交流展示（重视学生的参与和体验）教师引导学生讨论：（1）振动图像什么方向是位移x 轴？沿什么方向是时间t 轴？ ( 教师加以总结）（2）为什么要求匀速拉动纸带？（教师加以总结）（3）多媒体展示幻灯片图4，分析其中的两幅图像中振动的位移-时间图像的记录方法（书本方案二：仪器记录法物理研究方法之二：图像法图 4 方案一：频闪照相法20.017.710.30.1-10.1-17.8-20.0x/mm6t05t04t03t02t0t00t/s-20.0-17.8-10.10.110.317.720.0x/mm12t011t010t09t08t07t06t0t/s物理研究方法之二：图像法图 2 3 上图 11.1-5 ，图 11.1-6 ），得出： 方案二：仪器记录法。

教师总结上面得到图像的两种方法3）物理研究方法之三：猜想与验证提出问题 ：多媒体出示幻灯片图5，提出这两幅是分别用上面图 2 的数据描点和直接用频闪照相获得的弹簧振子的x-t图像，它们可能是什么规律曲线？请学生做出猜想学生猜想 ：是一条正弦曲线教师简述 ：猜想必须经过科学的验证，才能得到承认，并指出这是一种重要的研究方法，物理研究方法之三：猜想与验证学生探究 ：教师指导学生按照下面的表格对图5 中的用频闪照相获得的振动图像（书本中图11.1-2 ）选择几个 特殊点 进行验证 , 对结果进行交流讨论 教师提示：将图像中一个周期进行 12 等份，先测出振幅A,测量位移时应该以球心为准) 提出问题 ：特殊点的验证是不够严谨的，如何进行多点的验证呢？教师演示 ：将方案一（图2）的数据输入Excel ，进行正弦函数的拟合 由于 Excel 并没有提供正弦函数的拟合公式， 所以我们要在Excel 表格中新建一列数据：“ t 的 余 弦 函 数 值 ” ， 因 此 要 在C列 输 入 公 式 ：(-20)*COS(2*3.14*A2/1.32)，其中 20 是振幅， 1.32 是周期，算出对应的值同时选定A、B、 C 三列数据，用工具栏的图表向导进行拟合，如图6 可以看到位移x 与“t 的余弦函数值”两条图线很好的吻合。

Excel中事先输入 猜想的函数 ，再将其与测量的数据进行图像的拟合，从而得到函数关系，是一种有效的拟合方法，因为Excel 只提供了线性函数及多项式的拟合，其它则要我们自己输入可能的函数教师简述 ：特殊点验证及图线拟合，都证明弹簧振子的位移时间关系是正弦函数的猜想是正确的提出简谐运动的定义3. 总结全课教师引导学生回顾本节所学的知识要点及所采用的物理方法： 理想化模型的方法、图像方法、猜想与验证、观察与实验t T/12 T/8 T/6 X（cm ）θAsin θ(cm) 物理研究方法之三：猜想与验证图 5 图 6 研究总结 1、机械振动：物体在平衡位置两侧附近所做往复运 动通常简称为振动 2、弹簧振子：不计阻力、弹簧的质量与小球相比可 以忽略的理想化模型3、简谐运动：质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律的振动物理研究 的方法2、图像的方法1、理想化模型的方法3、科学猜想与验证的方法 4、观察与实验的方法图 7 4 （多媒体展示幻灯片图7）三、案例分析从上面的教学案例展开过程可以看出，本节课教师在教授物理知识的同时，合理有效的向学生展示、阐述了多种物理思想方法，学生也参与尝试了这些物理方法并获得了一次次成功的体验和喜悦。

以方法为线索将认知过程与探究过程加以链接，知识与方法得到了有机的统一本节课里方法与知识的链接关系如下图：如上所述，学生在学习物理知识的同时又学习了物理方法，物理方法作为课堂教学的线索不是生硬的强加入课堂的，而是课堂教学内容不可或缺的一部分，与知识的掌握过程是一个有机的整体，与师生的探究活动也是一个有机的整体这种从一个个有意义的方法出发，进而探究、解决问题，做到学方法、用方法，在知识掌握的同时实现了方法的掌握的教学方式，即为“以方法为主线的物理教学”这种教学过程中知识与方法的地位是等同的，方法与知识同时展开，体现了“显性”的物理方法教育四、实施原则实施以方法为主线的物理教学的一般程序为：提出问题——探索方法（思考设计、类比迁移）——应用方法（知识与方法的领会）——解决问题（知识与方法的获得）与所有教学方法一样，这种教学方法不是普遍适用的，教学中除了要关注教材、学生这两方面因素做到“因材施教”外，还应该注意以下几个原则：1．正确把握物理学方法体系的原则物理学包含着丰富的科学方法，它既表现在知识的结构上，也表现在这些知识结构的建立过程中总的说来有：物理方法、数学方法、逻辑方法与哲学方法其中物理方法主要包括观察、理想化模型的方法方法知识什么是弹簧振子？弹簧振子的振动的规律？图像法猜想与验证（特殊点验证、图像拟合法）弹簧振子的x-t 图像是什么曲线？实验法频闪照相法、仪器记录法怎样得到弹簧振子的x-t 图？5 实验、假说、模型、理想化、等效、模拟、对称、守恒、叠加、隔离、平衡、放大、控制变量等。

数学方法作为一种工具，在表达物理规律、处理物理问题中有着不可或缺的作用，如概念定义常用比值法，实验数据处理常用图像法等等逻辑方法包括比较、分类、类比、推理、分析、综合、归纳、演绎、抽象、概括等物理学中的很多规律，如牛顿运动定律、法拉第电磁感应定律等，都是以实验和事实为基础，运用分析、综合、推理和归纳的方法总结出来的哲学方法包括对立统一、量变质变、肯定否定、绝对相对、现象本质、形式内容、特殊一般、原因结果、部分和整体等如光的波粒二象性，就是用对立统一的观点认识光的本性的教师必须正确把握这些科学方法体系，才能在课堂教学中有效实施以方法为主线的教学2. 合理创设方法主线的原则要体现“显性”的物理方法教育的形式与本质，关键是设计好方法这条线索物理学的知识体系与方法体系是密不可分的，在设计方法主线时一定要体现“方法是线索，知识是载体”这一原则，即方法不能脱离知识，不能脱离课堂教学内容对教材进行方法论分析是最重要的准备工作，教师只有发现教材中隐含的和外显的物理学方法教育因素，才能结合学生实际，考虑怎样在教学过程中进行方法教育对教材进行方法论分析有二步：一是结构分析，教师要先分析这一单元教材的知识与方法结构。

二是思路分析，对概念，规律或习题所包含的知识与方法按教学程序进行合理编排，导出思路例如在原子物理教学中，通过对教材结构分析，可以得到原子物理发展就是不断地用新的模型取代旧的模型，逐步逼近真实的过程我们可提出实验假说新实验新假说 这种科学方法作为我们教学的线索3. 与科学探究过程相结合的原则科学探究的方法是新课程倡导的重要的物理方法模拟物理学家的探究过程是实施以方法为主线的物理教学的最重要的方面，也是方法教育的意义所在物理学家探究过程有常见的两种方式：第一种是实验归纳法大体顺序是问题假说实验分析归纳结论验证科学理论 第二种是演绎验证法大体顺序是问题演绎结论验证科学理论 中学物理教材中有不少是基本吻合这两种科学探究过程的，可以以此为主线模拟科学探究过程，实施方法教育参考文献 ：①张宪魁、王欣主编《物理学方法论》陕西人民教育出版社1992 ②《高中物理方法教育研究》，浙江教育出版社1995 本文 2008 年 8 月发表与《物理教学》。