中学物理教学过程中,应适当引导学生从语言学习的角度来学习物理,熟练掌握简单的物理语言,以形成基本的理科思维方式。物理语言的核心正是“图像”和“公式”,学生要会利用这两种语言方式围绕“概念”并结合“计算”阐明物理过程,解决物理问题。理科思维方式的形成过程是通过物理语言的反复运用来实现的,而“概念”,“图像”,“公式”和“计算”正是构成中学物理语言的四要素。
一、关于概念
概念可以是物理语言的叙述对象,也可以是形成物理语言的基本字符。由此,概念一般可分为基本型和计算型。属于基本型的有:质点,重心,参考系,惯性,直线及曲线运动,电场,磁场等。计算型的概念有:位移,速度,加速度,摩擦力,合力,功,动能,常量(G,k)等。基本型的概念大多在于描述一个基本事实或是提供一个统一的规范,涉及一定的物理环境。计算型的概念经常是基本型概念的展开,联系具体的物理量,可以是组成公式的基本字符,参与运算,往往具有单位,二者之关系像是电脑里的“文件夹”和“文件”,是一种结构化思维。
拿“牛顿第一定律”来说,该节有一个要点,就是有提出把运动的概念进行细分,分成匀速运动和变速运动,前者不需要力来维持,而后者必需要力来维持。可以推测在伽利略之前的人们可能都没有认真思考过如何对运动进行分类,所以老是对力和运动的关系问题混淆不清,甚至自相矛盾,而伽利略用他那著名的理想实验捕捉到了唯一不需要力来维持的匀速直线运动,把这个特殊的运动形式排除以后就会发现,其他的运动都是需要有力参与的。后来牛顿明确了力,惯性,质量等概念,再借助于加速度(由伽利略定义),进而提出了牛顿第二定律。物理概念的建立是为了解决或阐述某个物理问题,反过来,在已建立的物理概念的基础上又去研究新的问题,从而建立新的物理概念,这种链锁式的问题解决,形成了物理概念体系。
二、有关图像
中学物理图象太重要了!特别是高中物理公式并不算多,但题型多变,特别体现在图像上。图像能够传递物理知识信息,具有交流物理意识的作用,这也对学生的想象力提出了要求。物理想像不同于文学艺术中的想像,它比文学艺术中的想像更概括、更抽象。物理想像也不同于数学想像,它不仅需要空间想像,也需要对客观事物状态及发展过程的较为形象的想像。图像能成为学生思维的起点和路标,如果学生只对着问题“ 干想” 就很难打开思路,而借助图像将拟题者设计的物理情景、物理过程复原出来,就使思维有了起点,图画出来了,解题的方法也有了。因为借助图像能产生形象思维,很容易由图像中的形象寻找到几何关系,联想到物理公式,再与记忆中有关的表象进行比较,找出已有的经验,从而得到解决问题的方案。
三、谈谈公式
公式是物理定律,定理,以及物理概念的抽象表达,其重要性显而易见。此外,物理定律有着令人惊讶的普适性,这也正是它吸引人的地方。曾经有人问李政道,乍一接触物理学,有什么东西给他印象最深?他毫不迟疑地回答说,是物理法则普适性的概念深深地打动了他。我们知道,有些公式来自于实验事实,如牛顿第二定律,欧姆定律等;有的来自于推导,如动能定理,动量定理等。教材会用最简单的方式引入它们,但由于普适性的缘故,它们可以适用于更多,更复杂的问题,这就让出题人拥有了几乎无限的发挥空间。学生总是感觉看得懂教材,听得懂讲解,但真正考试的时候总是束手无策,看到答案的时候又感慨不已:原来还是关于那些基本公式的应用。这就要求学生对公式能有较高的熟练度,敏感度。熟练度可以从习题练习中得到,敏感度则是经验的积累。公式其实就是文字语言的简记形式,等于是构成物理语言的“句”,其中的各字符都有相应的物理意义,大多属于计算型概念的范畴。当然,正如房子是由砖砌成,但砖并不代表房子一样,由定律所演化出的各种公式或推导出的各类定理并非字符或概念的机械累积,而是代表着自然界的法则,宇宙的“程序”,有着客观的内部结构。
四、计算
中学物理的计算说来很基本,就无非加,减,乘,除,乘方,开方,基本函数,数列等,要强调的是,三角函数,二次函数,数列和平面几何等数学内容渗透于物理过程是不可避免的,这也常常令学生忐忑不安,且多数时候还是在做字符运算,更是让人心乱如麻。所以,除了熟悉基本的数学知识外,学生能尽快从数字计算过渡到字符运算也是相当重要的,这一过程尤其需要时间和精力。从物理语言角度来说,这一过程好比是在连句成“篇”,而关键的问题在于,该怎么个连法,即如何解方程。
这里需要提示学生的就是,在读完题以后,往往第一件事情就是把已知量,特殊量和未知量等“翻译”成字符形式,公式一但被应用到具体问题中,就形成方程,如同读文章有时要咬文嚼字一样,写方程时就应该注意哪些字符是已知,哪些未知,哪些可能会在过程中被消去,对每个“字”都要“咬准”。而引入下一个方程的线索,或是方程组的求解,也往往来自于这样的字符分析。字符方程组的求解看似复杂,实则简单,所谓字符的运算在多数时候其实就是一种“搬运”,比如提公因式,代入消元;又或等式两边同乘,同除等。很显然,在计算前作好字符分析,锁定好未知量是解决这类计算问题的关键所在。
以上这些,便是我个人对中学物理教学的一些粗浅见解,文中恐有诸多不妥之处,望同行指正,笔者感激不尽!