中学物理教学之类比法探讨

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  摘要:中学物理有很多有益的教学方法,采取适当的教学方法有益于引导学生深入挖掘学科内涵,培养其学科学习与钻研的兴趣,作者在本文中探索了类比法这一教学手段,阐述其在具体的教学过程中如何引发学生的学科兴奋点。
  关键词:类比法、中学物理、教学、弹簧、电阻、电容
  在中学物理中,有一些知识内容表面看上去不相关,但处理这些知识的方法却是一样的。挖掘这些知识内在的关联,有助于学生更深刻地掌握“学法”,落实学科核心素养,这就是类比法教学。下面笔者以“弹簧、电阻、电容”三个知识为例,探讨类比法在教学中的应用。
  1.弹簧的弹力
  师:弹簧的弹力与什么相关?
  生:胡克定律:,与劲度系数和形变量有关。
  师:请作出其F—x图像,并分析、挖掘其意义。
  生:如图1,F—x图像为一条过原点的倾斜直线,其斜率
  为弹簧的劲度系数k。
  师:依据图线,我们还能得到什么结论?
  生:因为图线是线性图像,有。
  师:如果我们把x看作自变量,F看作因变量,则是一个函数。我们以看待函数的思想来看待这个式子,会发现每一个x对应于一个F,从物理学的角度看,x和F是可观测量,在函数变化延展的过程中,有一个量保持不变,这个量是什么?这个量意味着什么?
  生:弹簧的劲度系数k,它表征着弹簧自身的属性。
  师:很好。那么,如果两个原长相等的弹簧并联或串联起来,如图2,则新组成的弹簧的劲度系数又是多少?
  生:……(超出能力范围)
  2.电阻器的电阻
  上面在讨论新构造的弹簧的属性时,学生遇到了知识上的瓶颈,作为教师,当然可以直截了当地推导一遍,然后告诉学生答案,这样看上去是加快了教学进度,提高了教学效率,其实由于并没有真正教给学生学习的方法,学生的学习不深入,对课程的体会也不够深刻。笔者在教学过程中进行了知识方法的迁移。
  师:我们回顾一下我们熟知的知识:电阻。我们是如何测量电阻的?
  生:欧姆定律:,通过测量电阻器两端的电压和流过电阻的电流可以得到电阻R。
  师:请比较一下电阻与劲度系数的相同点。
  生:它们都使用了比值定义法,并且都与相应测量量无关,表征的是物体本身的固有属性。
  师:很好。接下来请作出电阻的串联与并联后的等效电阻。
  生:如图3.
  师:很好,请用类似手法作出弹簧串联并联(图2)后的等效弹簧的劲度系数。
  对并联弹簧,有。
  师:非常好。下面我们再考虑另一个内容:电容器的电容。
  3.电容器的电容
  我们考虑电容器的电容,其测量方法为,电容值C由其本身构造决定,与Q、U无关。这些性质均与电阻器的电阻、弹簧的劲度系数有相同的数理本质。因此,我们考虑电容器的串并联,也可以采用一样的手法。
  师:下面我们来看一个新的电路器件——电容器。它的电容是这样定义的:,其中电量Q、电压(电势差)U是测量量,C是描述电容器固有属性的物理量。下面请考虑电容器的串联和并联后的等效电容。
  4.小结与引导
  师:请回顾一下上面知识的相似处与我们处理的手法。
  生:第一,以上三个知识都用了比值定义法;第二,劲度系数、电阻、电容都是其元件本身的属性,与相应的测量量无关;第三,它们都是标量,都可以进行串并联操作。我们再理清它们各自的串并联规律时紧紧抓住了知识对应的定义式,并根据其结构进行数理变换,处理的手法是一样的。
  师:我们发现弹簧、电容器串联的结果,结构上和电阻器的并联相类似,而其并联的结果,结构上和电阻器的串联相类似。是什么原因?有什么启发吗?
  生:如果我们定义一个新的物理量,比如,则可以统一弹簧、电阻器、电容器的串并联后的数理形式。
  师:非常好!那么同学们可以自行探讨一下我们新定义的物理量D与已知的电阻R有什么关联,它又表征了怎样的物理内涵。
  生:(學生发表自己的理解,并表达自己的收获与兴趣。)
  在以上的教学过程中,作者把三个看上去毫无关联的知识点,通过类比法联系在一起,引导学生挖掘其知识内涵与处理方法,有助于提高学生认识物理学科的内在逻辑,培养学生探索精神,深化学生学科素养。
  参考文献:
  [1]沈克琦,高中物理学1【M】合肥:中国科学技术大学出版社,2015.7
  [2]沈克琦,高中物理学3【M】合肥:中国科学技术大学出版社,2015.7
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