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定律、实验和习题应是物理教学的重点
作者: 张大同 来源:《现代教学》2006/3 点击:18200次 评论:0
     

 

作者简介:1948年出生,毕业于华东师范大学。1990年获上海市园丁奖;1991年被评为高级教师;1993年获第8届“李政道物理奖”首届“伯乐奖”;1994年被评为上海市物理特级教师;1998年至今为上海市高考命题组成员现为华东师大二附中副校长、教育部物理教材审核专家组成员、国家级骨干教师导师、上海市政协委员。

 

    有人问我,为什么能发现并培养出那么多尖子学生?为什么我的学生中有不少人得了奖?我想这是有多方面原因的。首先,华东师大二附中是上海唯—一所直属教育部领导的重点中学,其中不乏一些优秀学生。其次,在教学时,我根据每个学生的个性发展需要,提供适合他们成长的环境,包括生活的和学习的。这里,我就结合我校近十年开发的理科班物理教材,谈谈我在教学和教材开发方面的经验。我将我的经验归纳成三句话:追根寻源“真”一点;实验研究“多”一点;能力要求“高”一点。

 

一、追板寻源“真”一点

 

    一个学生学习物理,首先接触到的就是物理定律。因此,怎样教好物理定律,是每个物理教师首先要考虑的间题。

 

1科学的研究方法和推理思维方式是物理的根与源。

 

    在进行某一物理定律的教学时,我们可以有意识地补充大量与这一定律建立过程有关的内客,这就是所谓的“溯源”教学。任何一个重要物理定律的建立,都有一个艰辛而漫长的过程。探索定律的工作之所以能成功,这个定律最后之所以能够建立起来,其中一定有很多科学的研究方法和正确的推理思维方式。这些内容毫无疑间是属于物理学科中最重要的东西,是人类宝贵的知识财富,也是我们物理教学的宝贵财富。我们力求把历史上物理定律诞生的过程比较真实地展现在学生的面前,让他们去体验,去感悟,去领会其中的真谛,这样的经历将使学生终生受益。

在教授牛顿的万有引力定律时,我们从第谷对行星进行几十年的观测,积累了大量第一手资料讲起,然后介绍开普勒在拥有这些数据的基础上,通过大量计算总结出描写天体运动的经验规律(开普勒三定律),最后才是牛顿用定量的动力学原理对这些规律予以解释。让学生从牛顿定律的形成过程中了解建立定律的根源所在、采用的推理方法以及科学的研究方法。

 

    在学习欧姆定律的过程中,学生一开始都以为研究通过导体的电流和导体两端的电压之间的关系是不困难的,只要用一个简单的伏安法测电阻的电路即可。可是当我告诉学生,在欧姆那个年代,非但没有安培表、伏特表等仪器,连电压、电流和电阻的定义和单位都没有,欧姆到底是通过什么样的方法得到这个电学中最为重要的定律的?通过这样的解说,学生顿时对欧姆定律的建立过程产生了浓厚的兴趣。在学习欧姆定律诞生过程的同时,我们结合欧姆的实践,介绍了用图线探究新规律的方法。

 

2学生自主学习是追根寻源的主要途径。

 

    为了培养学生的学习能力,我还要求学生在课外进行大量的自学。早在公无前四世纪,古希腊的苏格拉底就明确强调迹“好的、正确的教学不是传递,而是对学生的自学辅导。”我曾经尝试过两种训练方法。有一年我很努力地给一届物理小组上课,每星期活动两次,颇受学生欢迎。但最后出乎我意料的是,这一届竟赛只有一个学生获得了上海市的二等奖,其余学生都名落孙山。从此以后,我就改进了这种方法,以学生自学、讨论、研究为主。我教的学生,他们所有的物理知识,最多只有一半是在课堂上听我讲的,其他一概由他们自学。到了一定的阶段,我指定几个学得比较好的学生轮流给其他学生上课。一节课分为两个部分,前半部分由主讲的学生讲课,后半部分由全体学生提问、讨论。

 

    那么自学为什么会对提高学生的能力起那么大的作用?从心理学的角度来看,自学与听课可能有以下两点不同。

第一、人类的思维活动,表现为分析、综合、比较、抽象、概括等过程。学生在自学时少不了理解、思考、建立正确的物理模型等工作,这里面充满了分析、综合、比较的过程。因此,相对听课而言,自学对学生的思维活动提出了更高的要求,从而使他们得到更多的锻炼。

 

    第二、人们的注意可分为无意注意、有意注意和有意后注意三种。事先没有预定的目标,也不需要作意志努力的注意叫无意注意;有预定的目标,在必要时还需作一定的意志努力的注意叫有意注意。学生在自学时,目的性一定是十分明确的,而且需要一定的意志努力(否则难以坚持),因此,学生在自学时可保证绝大多数时间内都处于有意注意的状态。这一点对提高他的学习效率和学习能力都是很有好处的、有的学生在自学时往往会十分投入,进入一种旁若无人的境地,而这种情况在听课时就比较少。一个学生坚持自学了一段时间之后,便能渐渐地从有意注意转化到有意后注意,即不需要意志努力也能够将自己的注意力长期地保持在这项工作上。有意后注意是一种高级类型的注意,它既有明确的目的,又不需要用意志努力来维持,是人类从事创造性活动的必需条件。学生一旦进入这种状态,他们的物理学习效率就会大大提高,学习成绩就会有明显的进步。

 

二、实验研究“多”一点

 

    物理学是一门实验科学,物理学中每一个概念、规律的发现和确立主要依赖于实验。因此,在高中物理教学中加强学生实验方面的训练,无疑是提高物理教学水平的一条必由之路。我们对现有实验教学内容和教学方法进行了改革,使实验教学为发展学生的智力、提高学生的素质服务。

 

1实验教学内容的改革

 

在实验教学内容的改革方面,主要有以下三条措施:实验中增加了60%的实验量。其中有一部分新的实验,学校里没有现成的仪器,就安排学生自己制作,这时学生动手能力的培养和对物理基础知识的掌握有较高的要求。

重视实验误差的讨论。物理实验离不开测量,测量是实验科学最本质的东西。从某种意义上讲,结果准确的实验就是成功的实验,反之就是不成功的实验。因此在培养理科优秀学生的过程中,应该让他们掌握一些必要的实验误差的基本知识。在设计实验方案时,要求学生尽量消除实验的系统误差;在选择实验器材时,要考虑它的精确程度;在处理实验数据时,要采用尽量科学的方法。

 

加强对重要实验方法的教学。在实验领域中有一些重要的方法,比如减小实验系统误差的方法、减小实验偶然误差的方法、实验探究规律的方法、迂回测量的方法等。为了使学生灵活应用这些方法,我们以实验方法为依据,安排实验内容,集中安排几组能体现某种实验方法的典型实验,加深学生对这些方法的理解,使学生熟练应用这些实验方法。

 

2实验教学方法的改革

 

在实验教学方法的改革方面,我们做了以下一些尝试在物理课上创设一些实验问题让学生研究。在高中阶段,每周至少有四节物理课,教师可充分利用课中碰到的各种问题,设计出一些可供学生讨论的实验题目,并引导学生一步步地探索和解决。

 

我在讲到功率这一节时,设计了这样一个实验题目:要求测量一个人骑自行车的功率。骑自行车由静止到启动的过程中,人做的功除了增加人和车的动能之外,还要克服空气的阻力和地面的摩擦力,其中哪些因素是主要的,哪些因素是次要的?学生们根据自己骑自行车的经验,认为空气的阻力是很明显的,不能忽略,而地面和车轮之间的滚动摩擦力一般比较小,可以忽略。接下来的问题是怎样测量人克服空气阻力做的功?学生们都有这样的体会:顶风骑车时,骑得越快风的阻力越大,因此可以设风的阻力和车的速度成正比。车的速度怎样测?风的阻力和车速成正比的比例系数是多少?问题一个接一个地出现,而后又被大家一个又一个地解决,直到学生得出一个较为完善的实验方案,再由全班学生一起完成实验。最后,师生一起处理实验数据,做出图像,得到实验结果。在这整个实验过程中,除了实验题目是由教师提出以外,实验的方案和解决问题的途径都是由学生讨论研究中出来的,因为学生的兴趣很浓,收获也很大。

对课本中一些重要的实验进行深入的研究。物理课本中有大量现成的实验,有时可以对这些实验进行一些讨论和改进。在做直流电路的实验时,我们对伏安法测量导体的电阻这个实验进行了深入的研究。用简单的伏安法电路,不论是采用安培表内接还是安培表外接,都是有系统误差的。结合这个问题,我给学生介绍了补偿的思想,然后由学生自己设计电流补偿法的电路。补偿法解决了由于实验电路不完善带来的系统误差,但这个矛盾解决了,安培表和伏特表不够准确的问题就上升为了主要矛盾。怎么办?经过进一步的研究、改进,大家认为可以用准确度高得多的电阻箱来取代伏特表和安培表,再辅以灵敏度很高的检流计,便可以明显提高实验结果的准确度,这就成了现在常用的惠斯通电桥。接下来,学生们分别用简单伏安法、补偿伏安法和惠斯通电桥测量了同一个标准电阻,比较测量结果,证实了先前的想法。在历史上,从伏安法到惠斯通电桥是有一个根长的过程的,而在这堂实验课中,学生们就经历了这么一个碰到问题、分析问题、解决问题的完整过程。这样的实验课对于提升学生的能力是很有帮助的。

 

    给特别优秀的学生安排一些特殊的实验。我校有一批进口的物理仪器,性能比较好,涉及的实验内容也比较多。这批仪器的说明书都是英文或日文的,我指定一个学生准备某一个实验,要他先翻译好说明书,准备好器材,然后带领其他学生做实验。主讲的学生还要准备好一些讨论题,在实验后提出来让其他学生讨论。学生们对这样的实验是非常感兴趣的。这类实验虽然和高考、竞赛没有直接的关系,但是这种带有研究性质的实验对优秀学生而言是很有好处的。

 

三、能力要求“高”一点

 

物理习题教学是物理教学的重要组成部分之一。就本质来说,物理习题是人们制造出来的假想物理场景。毫无疑问,物理学家是不会去做物理习题的,他们只会去研究那些真实的、尚未发现的物理规律。同样,发明家也是不会去做物理习题的;他们只会力图应用已有的物理规律去解决一系列实际问题。那么我们物理教师为什么要给学生做那么多人为假想出来的物理习题?目的无非是要培养学生的理解、分析、推理等能力。所以,我们物理习题的教学应该围绕这个目的来进行。我们常用以下两种方法来进行习题教学:

1按照解题方法来组织习题教学

 

一般的习题都是按照力、热、电、光的顺序来讲授的,但我比较倾向于按照解题方法来讲解物理习题,特别是在复习的时候。教师可以在学习的某一个阶段,集中将一批用相同方法解的习题安排给学生练习,使他们由不会用到会用这种方法。在以后的学习中,每隔一定的阶段让这种方法再出现一次,以加深这种解题方法在大脑中的印象,达到牢固掌握、应用自如的目的。

 

2采用“台阶法”帮助学生掌握一些难度较高的解题方法

 

学生有一道难题不会做怎么办?教师不是直接告诉他怎么做,而是另外出几道与这道难题内容相似,但是难度较小的题目让他去做;或者是出一道内容完全不同,但所用方法有某些类似之处的题目让他去做,直至他领悟出这道难题为止。用这种“台阶法”进行习题教学能使学生自己提高自己的水平,比被动地听教师讲解那道难题的效果要好得多。

 

[名师自述]

 

我想一名教师要想在专业化发展的道路上获得成功,需要有三点最基本的特质。

 

一是作为一名教师一定要非常爱自己的学生,爱自己的事业。1966年,我从华东师大二附中高中毕业,由于“文革”,我失去了就学的机会,到崇明农场过起了“面朝黄土背朝天”的生活。那段时间有一件事在我脑海留下了很深的印象:每当我走过一所农村小学的篱笆边时,总会不由自主地驻足观看学生上体育课,梦想着哪一天我也能做一个教师。我觉得教师是最幸福的人,因为他的生命将在他的学生、学生的学生身上得到延续,直至永恒。

 

    二是要将学生的需要与自己的特长相结合开展教学。在我是学生的时候,我就十分喜欢物理,面对物理的难题,我总是自信而亢奋。很幸运的是,在华东师大二附中,我遇到的学生非常优秀,使我能将这种情绪传递给我的学生,感染他们,使他们能窥见物理的神秘与精彩。因此,我认为教师要获得成功,必须先认清自己的特长并将它们与学生的需要相结合,找到适合自己的专业发展之路。

 

    三是要坚持学习。在我本该学习时,因“文革”而失去了学习的机会。在我离高校只有一步之遥时,我的面前竖起了“上海的中学教师一律不能报考研究生”的高墙。尽管如此,我仍然没有放弃学习,边教书边在华东师大的夜大学习。每周两个下午,两个晚上,人确实很累,但精神却是充实的。因为我知道,只有不断学习,才能成为一名一流的教师。

 

更新:2006/9/22 10:23:57 编辑:fengyefy
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