论文部分内容阅读
人类探索自然奥秘的脚步一直没有停止过，而这些探索的动力源泉是我们的思想，是我们的思维、思考方法。如果方法正确，就会揭开事物的真相。否则就会走弯路，甚至得出错误的结论。由此可见，一个人的思维能力、思考方法对自己的发展是多么重要。而高中的物理学习，对学生思维能力的培养至关重要，甚至决定着他们的将来，决定着他们未来能否成为一个合格的物理人才。
首先，这里我们有一个有趣的案例，也是困扰我们多年的例子：1963年，坦桑尼亚的马干巴中学三年级的学生姆潘巴在与同学一起做冰淇淋时，他们先把生牛奶煮沸，加入糖，等冷却后倒入冰格中，再放进冰箱冷冻。为了抢占剩下的冰箱空位，姆潘巴只得急急忙忙把牛奶煮沸，放入糖，等不及冷却，就把滚烫的牛奶倒入冰格中，并送入冰箱。一个半小时后，姆潘巴发现了一个让他十分困惑的现象：他放入的热牛奶已经结成冰，而其他同学放的冷牛奶还是很稠的液体。照理说，水温越低，结冰的速度越快，而牛奶中含有大量的水，应该是冷牛奶比热牛奶结冰速度快才对，但事实怎么会颠倒过来了？他先后请教了几个物理老师，都没有得到答案。一位老师感觉他提出的问题怪异得近乎荒唐，就用嘲讽的口吻说：“你说的这些就叫做姆潘巴现象吧！”但执着的姆潘巴并没有认为自己的问题很荒唐，他抓住达累斯萨拉姆大学物理系系主任奥斯波恩博士到他们学校访问的机会，又提出了自己的疑问。这位博士并没有对他的问题嗤之以鼻。回到实验室后，博士按照姆潘巴的陈述做了冷热牛奶实验和冷热水物理实验，结果都观察到了姆潘巴所描述的颠覆常识的怪现象。于是，他邀请姆潘巴和他一起对这个现象进行了深入研究。1969年，他和丹尼斯•奥斯伯恩博士共同撰写了关于此现象的一篇论文。
这种现象很多书中都作为对事物质疑，探索的例子来引用，但下面我们把这个问题作为思维分析和推理的例子来应用。我们高中生完全可以根据所学的物理知识结合自己的思维推理能力做出推断，那么这个推断又是怎样的呢？
在推断前我們看一下新教材给我们的启示：
新版（人教版）高中物理就非常注重有关思维推理方面的内容的编写，可以说有很大的突破，新课程标准教材必修1中的第一章第六节内容为“伽利略对自由落体运动的研究”就很能说明问题，这里引入了他在1638年写的《两种新科学的对话》一书中指出：根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。假定大石头的下落速度为8，小石头的下落速度为4，当我们把两块石头拴在一起时，下落快的会被下落慢的拖着而减慢，下落慢的会被下落快的拖着而加快，结果整个系统的下落速度应该小于8。但是两块石头拴在一起，加起来比大石头还要重，这样，整个系统下落的速度应大于8。这使亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推断出重的物体不会比轻的物体下落得快。这就是力学之父的杰作。这段内容我是多年前在课外参考书上看到的，当时就深感伽利略的伟大。现在我们的教科书引入了这一段内容，把它叫做思维逻辑的力量。真是太恰当不过了。
1665年秋季，牛顿坐在自家院中的苹果树下苦思着行星绕日运动的原因。这时，一只苹果恰巧落下来，它落在牛顿的脚边。这是一个发现的瞬间，这次苹果下落与以往无数次苹果下落不同，因为它引起了牛顿的注意。牛顿从苹果落地这一理所当然的现象中找到了苹果下落的原因——引力的作用。那么我们在中学教学中就可以这样的引入：
万有引力定律的发现是在牛顿定律发现之后，这时我们引导学生可以做这样的思维和推理，那个在树上的苹果如果不受力的话将静止，也可能做匀速直线运动，这明显和苹果的真正运动状态不符，苹果的落地是越来越快，它的运动状态不断的改变，这就说明它受到了力的作用，而这个力的来源没有别的物体可提供，它只能是地球。它不但对苹果有引力，那么其它物体的落地是不是这种性质的力起作用呢？当然是这种力。所有行星、卫星的圆周、椭圆运动都是由这种力来提供向心力。后来剑桥大学为了纪念牛顿，把这颗苹果树移植到剑桥，它成了剑桥人的骄傲。
我们的探索并不是我们眼睛看到了什么，而是我们想到了什么。例如新课程标准教材中关于卢瑟福对微观世界的思考、推理。它为我们敲开了微观世界的大门，使我们了解到了原子的结构，也使我们发现了质子、中子和其它一些粒子。新课程标准教材中关于α粒子散射实验：它的结果是大多数α粒子几乎原方向穿过金箔，有极少数粒子反弹，并且几乎是原方向反弹。这时的卢瑟福进行了这样的思考：电子能不能使α粒子大角度偏转呢，我们知道电子的质量是α粒子七千三百分之一，它对α粒子的速度大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响。完全可以忽略。因此，只能是具有大部分质量带正电的部分。按照原有的汤姆生枣糕模型，正电荷是弥漫地分布在原子内的，α粒子各方向的斥力基本上相互平衡。要穿过就都穿过，要不就都穿不过。从而建立了核式结构模型，使我们真正的了解到了原子核与电子的空间关系。这就是原子物理之父的杰作。
下面我们再说姆潘巴：首先我们要用的两个水杯要完全相同，水的质量必须相同，水的成分也要相同（纯水和含有其它物质的水当然不一样），另外两杯水所处的冷却环境也要完全相同，否则没有任何可比性。另外两杯水要密闭，以便消除蒸发的影响。我们不妨设两杯水的低温为T1和高温为T2，而我们要比较的是它们结冰的时间。试问符合上述条件两杯温度相同（低温的T1）的水结冰的时间是否相同呢？这个问题的回答应是肯定的，因为它们的冷却要经历相同的物理过程。那么再问温度为T2的热水冷却到温度为T1的冷水是否也需要时间呢？当然也需要时间。而高温的水T2结冰要经历先冷却到T1，然后再从温度T1到结冰两个过程的总时间肯定要长些。这样的思维推理不是很能说明问题吗？
所以，作为中学物理教师，我们应充分利用教科书上的内容，在介绍这些事例给学生的同时，更要注意的是激发学生兴趣，增强他们的好奇心、求知欲和探究欲，培养学生的思维能力。
首先，这里我们有一个有趣的案例，也是困扰我们多年的例子：1963年，坦桑尼亚的马干巴中学三年级的学生姆潘巴在与同学一起做冰淇淋时，他们先把生牛奶煮沸，加入糖，等冷却后倒入冰格中，再放进冰箱冷冻。为了抢占剩下的冰箱空位，姆潘巴只得急急忙忙把牛奶煮沸，放入糖，等不及冷却，就把滚烫的牛奶倒入冰格中，并送入冰箱。一个半小时后，姆潘巴发现了一个让他十分困惑的现象：他放入的热牛奶已经结成冰，而其他同学放的冷牛奶还是很稠的液体。照理说，水温越低，结冰的速度越快，而牛奶中含有大量的水，应该是冷牛奶比热牛奶结冰速度快才对，但事实怎么会颠倒过来了？他先后请教了几个物理老师，都没有得到答案。一位老师感觉他提出的问题怪异得近乎荒唐，就用嘲讽的口吻说：“你说的这些就叫做姆潘巴现象吧！”但执着的姆潘巴并没有认为自己的问题很荒唐，他抓住达累斯萨拉姆大学物理系系主任奥斯波恩博士到他们学校访问的机会，又提出了自己的疑问。这位博士并没有对他的问题嗤之以鼻。回到实验室后，博士按照姆潘巴的陈述做了冷热牛奶实验和冷热水物理实验，结果都观察到了姆潘巴所描述的颠覆常识的怪现象。于是，他邀请姆潘巴和他一起对这个现象进行了深入研究。1969年，他和丹尼斯•奥斯伯恩博士共同撰写了关于此现象的一篇论文。
这种现象很多书中都作为对事物质疑，探索的例子来引用，但下面我们把这个问题作为思维分析和推理的例子来应用。我们高中生完全可以根据所学的物理知识结合自己的思维推理能力做出推断，那么这个推断又是怎样的呢？
在推断前我們看一下新教材给我们的启示：
新版（人教版）高中物理就非常注重有关思维推理方面的内容的编写，可以说有很大的突破，新课程标准教材必修1中的第一章第六节内容为“伽利略对自由落体运动的研究”就很能说明问题，这里引入了他在1638年写的《两种新科学的对话》一书中指出：根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。假定大石头的下落速度为8，小石头的下落速度为4，当我们把两块石头拴在一起时，下落快的会被下落慢的拖着而减慢，下落慢的会被下落快的拖着而加快，结果整个系统的下落速度应该小于8。但是两块石头拴在一起，加起来比大石头还要重，这样，整个系统下落的速度应大于8。这使亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推断出重的物体不会比轻的物体下落得快。这就是力学之父的杰作。这段内容我是多年前在课外参考书上看到的，当时就深感伽利略的伟大。现在我们的教科书引入了这一段内容，把它叫做思维逻辑的力量。真是太恰当不过了。
1665年秋季，牛顿坐在自家院中的苹果树下苦思着行星绕日运动的原因。这时，一只苹果恰巧落下来，它落在牛顿的脚边。这是一个发现的瞬间，这次苹果下落与以往无数次苹果下落不同，因为它引起了牛顿的注意。牛顿从苹果落地这一理所当然的现象中找到了苹果下落的原因——引力的作用。那么我们在中学教学中就可以这样的引入：
万有引力定律的发现是在牛顿定律发现之后，这时我们引导学生可以做这样的思维和推理，那个在树上的苹果如果不受力的话将静止，也可能做匀速直线运动，这明显和苹果的真正运动状态不符，苹果的落地是越来越快，它的运动状态不断的改变，这就说明它受到了力的作用，而这个力的来源没有别的物体可提供，它只能是地球。它不但对苹果有引力，那么其它物体的落地是不是这种性质的力起作用呢？当然是这种力。所有行星、卫星的圆周、椭圆运动都是由这种力来提供向心力。后来剑桥大学为了纪念牛顿，把这颗苹果树移植到剑桥，它成了剑桥人的骄傲。
我们的探索并不是我们眼睛看到了什么，而是我们想到了什么。例如新课程标准教材中关于卢瑟福对微观世界的思考、推理。它为我们敲开了微观世界的大门，使我们了解到了原子的结构，也使我们发现了质子、中子和其它一些粒子。新课程标准教材中关于α粒子散射实验：它的结果是大多数α粒子几乎原方向穿过金箔，有极少数粒子反弹，并且几乎是原方向反弹。这时的卢瑟福进行了这样的思考：电子能不能使α粒子大角度偏转呢，我们知道电子的质量是α粒子七千三百分之一，它对α粒子的速度大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响。完全可以忽略。因此，只能是具有大部分质量带正电的部分。按照原有的汤姆生枣糕模型，正电荷是弥漫地分布在原子内的，α粒子各方向的斥力基本上相互平衡。要穿过就都穿过，要不就都穿不过。从而建立了核式结构模型，使我们真正的了解到了原子核与电子的空间关系。这就是原子物理之父的杰作。
下面我们再说姆潘巴：首先我们要用的两个水杯要完全相同，水的质量必须相同，水的成分也要相同（纯水和含有其它物质的水当然不一样），另外两杯水所处的冷却环境也要完全相同，否则没有任何可比性。另外两杯水要密闭，以便消除蒸发的影响。我们不妨设两杯水的低温为T1和高温为T2，而我们要比较的是它们结冰的时间。试问符合上述条件两杯温度相同（低温的T1）的水结冰的时间是否相同呢？这个问题的回答应是肯定的，因为它们的冷却要经历相同的物理过程。那么再问温度为T2的热水冷却到温度为T1的冷水是否也需要时间呢？当然也需要时间。而高温的水T2结冰要经历先冷却到T1，然后再从温度T1到结冰两个过程的总时间肯定要长些。这样的思维推理不是很能说明问题吗？
所以，作为中学物理教师，我们应充分利用教科书上的内容，在介绍这些事例给学生的同时，更要注意的是激发学生兴趣，增强他们的好奇心、求知欲和探究欲，培养学生的思维能力。