例谈物理教学情境的创设

孙玉栋

(白银市实验中学 甘肃白银 730900)

例谈物理教学情境的创设

孙玉栋

(白银市实验中学 甘肃白银 730900)

1 提出问题

在中学,总有一部分学生认为物理“难学”,物理“抽象”,原因是什么?教师又应该如何做才能带领所有的学生完成从客观实体到物理模型再到数学模型的抽象过程?

物理学是一门以客观物质世界为研究对象的学科.物理学的发展首先是从生活中的实际问题开始,从简单的现象、问题出发,去认识现象,揭示规律,逐渐深入和发展.其基本研究模式一般为从客观对象到物理模型描述再抽象为数学模型描述.现在提倡的“从生活到物理”就是要求物理学教学过程符合物理学研究的客观过程.

以简谐振动为例,现行的物理教材直接从动力学角度去定义并直接给出最抽象的数学模型,学生们普遍感觉到非常突兀,难于接受,形成了物理“真难”的印象;究其原因,就是没有“从生活到物理”的过程,违反了认识事物的普遍规律.笔者在长期的教学实践中体会到,从认知论的角度看,学生的“最近发展区”有两块,一块是学生的“生活最近发展区”,另一块是“知识系统最近发展区”.教师的责任就是以符合物理学研究客观过程的教学过程在学生的两块最近发展区之间打开一条通路使学生完成从生活到物理迁移,使学生从生活体验出发自主建构其物理学知识体系.

下面就是笔者在实际教学中的一个典型教学案例,笔者在其中通过给学生创设贴近生活的教学情境,让学生在真实的情景中去体验,还原其对事物认识的本来过程,使之易于接受和掌握简谐振动的概念,真正搞清简谐振动数学模型的物理意义和对应的客观现象.

2 教学案例

直线运动中较简单的有匀速运动、匀变速直线运动.还有哪些直线运动比较简单呢?可以提出问题,引导学生思考,往复的直线运动即振动,简单吗?学生自然会回答不简单,因为常见的振动物体的运动规律很难掌握,很难确定振动物体在任一时刻的运动情况.进而引导学生思考生活中有没有一种振动形式就像变速直线运动中的匀变速直线运动做有规律的、人们易于掌握其规律的运动呢?

带着这个问题笔者给学生了一个他们身边的例子.水车是我市公园中的一处景观,绝大多数学生都曾在此处游玩.给出这个情景之后,笔者问学生是否见过木桶的影子在地上的运动过程.很多同学都称“有印象”,“动来动去”.然后笔者讲,古人在河边观察日夜不停转动的水车,发现正午的时候,水车边缘的小木桶在地上的影子沿直线来回往复运动(即振动,动来动去),这种振动应该最简单!因为它的运动和水车的匀速圆周运动有关系,其规律容易掌握,人们当时把这种运动称为“简单振动”,就是我们现在要学习的“简谐运动”.

然后笔者给学生展示水车运动时小木桶影子运动的课件,自然地完成从生活现象到物理模型的初步抽象,并提出问题:如果你是科学家,你如何描述水车边缘上的小木桶的影子的运动?其运动规律是否能够用数学来表达?物体要满足这样的运动规律需要什么条件?学生带着这些问题利用他们学过的数学知识、物理知识深入思考,进行分组交流、讨论.

图1

因为小桶的运动和水车有规律的运动(匀速圆周运动)有关系,利用几何知识学生可以总结小木桶影子的运动规律.根据水车运动模型,可以画出如图1所示的简图,质点绕O′匀速圆周运动,其竖直方向的投影在BC间运动 .设质点匀速圆周运动的角速度为ω,从最低点开始绕 O′逆时针运动,因圆周运动的半径就对应振动物体的振幅A,从图易知其投影相对O点的位移x和运动速度v分别为

再进一步提出问题,如果物体满足如小木桶投影这样的运动规律要有什么样的条件?利用几何知识,学生得出小木桶投影的加速度(即简谐运动的加速度)

由牛顿定律满足这个运动规律物体所受到的力:

因为m、ω是一个固定值,可将描述形式进一步简化得到

即满足这个运动规律物体所受的回复力方向与位移方向总相反,大小与位移成正比.这时笔者告诉学生,这种运动形式叫做简谐振动.

教师最后说明现实中这样的振动有很多,例如弹簧振子、单摆、漂浮在水面上的木块的随水波的上下振动等等,在一定的条件下都是简谐运动,它们的运动都一定能和一个匀速圆周运动相对应.让学生在课下自已去探索一下这些物体的运动规律,研究一下它们是否是简谐运动.

在这个教学案例中,学生从生活中有切身体会的情景出发运用已有的数学、物理知识思考、讨论的结果,亲自得出结论:这种水车小桶投影的运动真的是一种最简单的振动.教学中的每一个过程都有合理的顺序,每一个出发点都基于学生已有的知识或体验,这样的教学可使学生的每一个落脚点都落在其最近发展区之中.

在课堂教学中创设情境非常重要.让学生在真实的情景中学习物理,可以使物理课堂面向客观世界,与学生的生活融为一体,使物理教学回归物理学的本来面目.结合具体的教学内容,鲜明有趣的物理实验,生动形象的图片、录像片段,鲜活的实物展示等等,都是情境教学的内容.