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  • 浅议物理学中蕴含的学科思想_物理论文

      “每一个时代的理论思维,都是一种历史产物,在不同的时代具有非常不同的形式,并因而具有不同的内容”。随着新课程改革的推广,培养学生的能力,特别是学生的创新能力,越来越引起教育工作者的高度重视。教学过程由原来的教师教什么,学生学什么,逐渐向自主、合作、探究的学习过程转变,也就是说教学过程应该而且必须成为在教师的组织引导下,学生通过自主、合作、探究知识,发展潜能,形成科学的世界观、人生观和价值观的过程。因此各门学科应该重视学科思想和方法的渗透,如果一个人具备了相应的学科思想,获得了学科研究的方法,就会具备创新的能力和终身学习的动力。物理学究其发展而言,与数学、哲学、化学、艺术等有着密切的联系,因而蕴含着丰富的学科思想和方法。

      1、物理学中蕴含的哲学思想

      物理学和哲学相互促进相互发展,物理学为哲学思想的建立提供了事实依据,哲学对物理学的发展具有指导作用。物理学的教学过程就是以观察和试验为基础,进行科学的分析和抽象,归纳得到规律性的认识,然后再把规律运用到实践中去,正是实践——理论——再实践的辩证唯物主义的认识论。

      1.1、物理教学要使学生树立辩证的思想,学会“一分为二”的看问题。但是物理学毕竟与哲学不同,教学中不能刻意去追求,应该蕴辩证法于教学过程中。如在教学《导体和绝缘体》一节时,教师一开始可以创设情景设置如下疑问:能否用塑料做导线的芯?然后指导学生围绕这一问题进行实验,研究那些物体容易导电,那些物体不容易导电。从而学生把物体分成两类:导体和绝缘体。此时要提示学生课堂一开始提出的疑问,学生自然会明白塑料是绝缘体,不能做导线的芯。然后教师演示玻璃达到红炽状态导电的实验,得出绝缘体和导体没有绝对界限,条件改变了绝缘体就可以导电了,再问塑料能否做导线的芯?学生自然有了更深的认识。再介绍压电陶瓷、导电塑料等新型的导电材料。这样在潜移默化中渗透了辩证的思想,而且还能激发学生强烈热求知欲,有助于学生创新思维的培养。

      1.2、 “对立统一规律”是宇宙中的根本规律,也必然存在于许多物理过程中,因此在中学物理教学过程中要注重渗透这一观点。例如关于水的蒸发,其实质是水的液气两态的转变过程,既存在着水转变成水蒸气的过程,又同时存在着水蒸气转变成水的过程,如果前者占优势,则水转变为水蒸气,如果后者占优势,则水蒸气转变成为水。如果两种过程呈均衡之势,则系统中水和水蒸气共存,并且处于动态平衡之中。在再如作用力和反作用力,也体现着“对立统一规律”。如果学生具备了这一思想,就会正确认识力的作用是相互的。教学过程中如果只简单的讲授知识,而不去挖掘其蕴含的“对立统一规律”,就无法使学生领会到物理现象发展和变化的过程。忽略了过程只看结果,就违背了物理学的认知规律。

      1.3、事物是普遍联系的这一哲学思想,推动了物理学的研究与发展,哲学的思想对物理学的研究起着指导作用。例如:冥王星的发现就是基于万有引力定律,定律认为力的作用是相互的,事物之间是普遍联系的,当科学家们观测到海王星的实际运行轨道与用万有引力定律计算出的轨道不符时,大胆推测了太阳系还存在着第九颗星星。再如:能量守恒定律的学习,空中匀速下降的降落伞,竖直下落的乒乓球,最后都静止在地面上,他们的机械能都消失了吗?基于事物是普遍联系的认识,才能知道能量可以相互转化的规律。

      2、物理学中的等效思想

      等效即效果相等,它是理解物理概念和规律,解决物理问题的重要方法。

      2.1、运用等效法可以加强对物理概念和规律的理解。合力的概念是一个力的作用效果与几个力的作用效果相等,那么这个力就是这几个力的合力。这是最具代表性的等效,因此在教学时只要引导学生用等效的思想去理解合力及力的合成,就会收到意想不到的效果。从而对后面学习的浮力——等效于压力差,也就会迎刃而解了。另外,质点和刚体也是等效思想在物理学中的具体体现。可见等效在物理学中是非常重要的一种思想和方法。

      2.2、等效的方法可以将复杂的问题简单化。在电学中就可以用等效电阻将复杂的混联电路简化。例如下图:已知R1=8Ω R2=2Ω R3=2Ω  R4=4Ω;求总电阻。

      

      我们就可以用等效的想法求出最后R=4Ω。

      再如,下面这道物理竞赛试题:在一个半径为R,密度为ρ的均匀的薄铁片上,挖去一个半径为r的圆,并且小圆与大圆相内切,请找出剩余部分的中心的位置。此题看上去无从着手,但是用等效的方法,就可以做到化繁为简。

      我们可以连接两个圆的连心线,一定经过公切点A,并交大圆于P。

      那么如果以大圆的圆心O2作为支点,就可以把此题等效为

      杠杆的平衡问题。如果设剩余部分的质量为M,重心在C处。

      小圆部分质量为M1,重心必然在圆心O1处。则有

      M1gO1O2 = MgO2C

      问题迎刃而解。

      

      3、观察和实验是研究物理学的基本方法

      物理学是一门以实验为基础的学科。观察和实验是获得

      感性材料,探索物理规律,认识物理世界的基本手段,也是检验物理理论真理性的唯一标准。

      3.1、观察,主要是指人们对于物理现象在自然发生的条件下或者有目的的实验下,进行考察分析的一种方法。伽利略在观察教堂里的挂灯,随风摆动的等时性而发明了钟摆;牛顿因为观察自由落体,而发现了万有引力;居里夫人锲而不舍的观察实验,而发现了镭的放射性。观察不应该是无目的的,而应该是有意识的、长久的、借助仪器和工具进行的。观察中还应该排除干扰,发现现象后面的本质的规律。

      3.2、观察有了收获就应该用实验去验证。实验就是借助科学仪器和设备,甚至自己制造仪器,设法控制或者模拟物理现象或者过程,在有利的条件下研究物理规律的方法。而物理实验中最常用的思维和研究方法就是控制变量法。所谓控制变量法就是在研究一个因素与多个变量之间的关系时,有意控制其中一些变量固定不变,研究其中一个变量与因素的关系,例如在研究影响电阻大小的因素时,电阻与导体的材料、粗细、和长度有关,如果我们研究电阻与材料的关系,就可以有意识的控制导线的粗细和长度。即可以取相同粗细、同样长度的铜线和镍铬合金线来进行实验。如果学生掌握了这种基本的方法,对于提高实验操作能力,有很大的帮助和促进作用。

      另外,观察和实验还应该注重培养学生严谨的科学态度和科学精神,使之实事求是。因此实验是应该让学生养成尊重实验事实、尊重科学的习惯。教师要告诉学生每一个物理规律的发现都不是一帆风顺的,科学家们不知道做了多少次实验,品尝过多少次失败。失败乃成功之母。学生养成了良好的实验习惯和一丝不苟的工作作风,也许会在将来的某一次实验中因为不放过一个不同的数据而有重大的发现呐!

      诚然,物理学中还蕴涵着很多学科思想。每一种学科思想都对应着一种方法,只有在教与学的过程中渗透这些思想和方法,对学生进行潜移默化的教育作用,就能收到意想不到的效果。学生具备了这些思想和方法,才真正学会学习。他们会用这些方法指导自己的学习,进行科学研究。

      江泽民同志说过:“创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力”,渗透学科思想和方法是当今素质教育的要求,是教育理念的转变,是时代的呼唤!

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