新課程標準下高中物理教學的核心任務

2021-08-28 16:27:45 字數 4934 閱讀 3307

二、活化學生思維方式,提高學生綜合能力

1.培養學生正確建立和運用物理模型的能力

人所共知,中學物理問題的解決,通常是經過以下程式:建立正確的物理模型(物理問題模型化);正確選擇條件和規律;應用數學關係求解;驗證所得結論。顯而易見,建立正確的物理模型,實現具體思維向抽象思維的順利過渡,是邁出正確解題的最關鍵的一步。

從物理教學本質來講,其實很多時候就是物理模型的教學。物理模型有實體模型、過程模型、條件模型等等,熟悉、理解和掌握常見的物理模型是正確建立和運用物理模型的前提和基礎。在具體教學過程中,教師要注意引導學生從題給資訊中尋找能為我所用的資訊,同時畫出簡化、清晰的示意圖。

正如錢學森所說的「模型就是通過對問題的分析,利用我們考察的機理,吸取一切主要因素,略去一切次要因素所創造出來的一幅圖畫」。完成物理模型的建立,這才是最重要的,做不到這一點,後續動作無從談起。

[例2]據報道,2023年7月,美國「阿特蘭蒂斯」號太空梭進行了一項衛星懸繩發電實驗,取得了部分成功。太空梭在地球赤道上空離地面約3000處由東向西飛行,相對地面速度大約,從太空梭上向地心方向發射一顆衛星,攜帶一根長20,電阻為的金屬懸繩,使這根懸繩與地磁場垂直,作切割磁感線運動。假定這一範圍內的地磁場是均勻的,磁感應強度為,且認為懸繩上各點的切割速度和太空梭的速度相同,根據理論設計,通過電離層(由等離子體組成)的作用,懸繩可產生約的感應電流,求:

(1)金屬懸繩中產生的感應電動勢;

(2)懸繩兩端的電壓;

(3)太空梭經地球執行一周懸繩輸出的電能(已知地球半徑為6400)

本題情景新穎,剛開始一看似乎非常陌生,通過聯想可以轉化為學生所熟知的「發電機模型」。根據法拉第電磁感應定律,懸繩產生的電動勢為:;懸繩兩端的電壓即路端電壓:

;根據能的轉化和守恆定律,懸繩輸出電能等於外電路電功:。解答此題所需知識都是學生非常熟悉的,這是一道典型的「起點高、落點低」的好題。

注意:物理題目題型繁多,千變萬化,究竟用哪一種方法去解題呢?處理「生題」的關鍵是如何突破新情景,並能通過聯想、模擬等思維途徑建立與新情景對應的物理模型。

也就是把具體的物理問題抽象成「物理模型」,同時,在舊知識與物理模型之間架設橋梁,才能快速有效地確定正確的解題方法。由此可見,「建模能力」的培養是多麼的重要。

2.培養學生蒐集、處理和運用資訊的能力

新課程背景下的高中物理教學內容更貼近生活、實際和科技,有不少甚至是最新的前沿科技成果。實際上更多的現實素材被編入各類題目中,形成「資訊給予題」,用來考查學生採集、處理資訊和應用資訊解決問題的綜合素質。

在教學中,要特別引導學生解題時注意濾掉多餘和無謂資訊的干擾,緊緊抓住問題的本質特徵,搜尋出有用資訊,準確鎖定開放性(不確定性)題目的合適目標,捕捉題目中描述的背景資訊與物理知識原型的明確關係,從而實現快速解題。

[例3]圖1為一測量燈泡發光強度的裝置,是乙個有刻度的底座,兩端可裝兩個燈泡,中間帶一標記線的光度計可在底座移動,通過觀察可確定兩邊燈泡在光度計上的照度是否相同。已知照度與燈泡的發光強度成正比、與光度計到燈泡的距離的平方成反比?現有一發光強度為的燈泡和乙個待測燈泡,分別置於底座兩端。

(1)怎樣測定待測燈泡的發光強度2)簡單敘述乙個可以減小實驗誤差的方

本題重要的是由題目提供的測量燈泡發光強度裝置示意圖,照度與燈泡發光強度成正比、與光度計到燈泡距離平方成反比等資訊,得出照度。這個關係式。據此可知照度相等時就有測定方法就出來了;接通電源,移動光度計使兩邊照度相同,測出距離和,當然就可求得待測燈泡的發光強度。

至於減小實驗誤差,通過多次測量並取平均值就行了。

圖1  注意:有的題目資訊是間接的,甚至是巧妙無形地存在於題目中;有些題目精心設定一些頗具迷惑性的前提和容易上當的歧途;有的題目則有意提供較多的已知條件;不少題目布設某個或數個重要的潛在過程或儲存著彈性較大的思維空間,造成漏答現象的發生等等。總之,命題者總是想方設法使題給資訊呈現模糊狀態,對解題方向起著某種誤導作用。

教學中,只有引導學生篩選有用、正確的資訊,才能邁上解題成功之路。

3.引導學生做到「從生活走向物理,從物理走向社會」

物理課改新理念就是要引導學生「從生活走向物理,從自然走向物理,從物理走向社會」。學習物理一定要從實際中來、到實際中去,切實做到理論聯絡實際,千萬不能空對空。只有將學生已有的生活體驗與物理問題緊密聯絡起來,才能使學生感到物理是親切、實在、有用的,從而用心去學好物理、用好物理,真正成長為用豐富物理知識武裝起來,有一定實踐能力和辨證發展眼光的二十一世紀青年人才。

[例4]地球圍繞太陽做橢圓運動,陽光普照大地,萬物生長。若不考慮流星及外星球與地球發生碰撞的可能性,根據學過的物理知識論述一下,隨著歲月的流逝,地球公轉週期、太陽與地球之間的平均距離以及地球表面溫度的變化趨勢。

地球公轉週期可視為,的變化情況取決於、。因此,主要是找出太陽與地球間平均距離和地球環繞太陽速度的變化趨勢。因為太陽內部時時刻刻都在進行著劇烈的熱核反應,輻射出大量的光子,由此據質能方程,太陽質量將不斷減小。

從太陽質量變小作為切入點,一切問題也就隨之迎刃而解。由萬有引力定律可知,太陽對地球引力也將不斷減小。因而由地球公轉的向心力,可推斷出地球與太陽間的距離會不斷增大,並導致地球克服太陽引力做功,地球環繞太陽的速度變小的情況,這也可從輕易得出結論。

顯然這種情況下地球公轉週期是增大了。正是由於太陽質量的不斷減小,輻射光子的功率也隨著逐漸減小,且由於地球與太陽間的距離相應變大,所以輻射到地球表而的熱功率就變小,地球表面溫度當然也就逐漸降低。

注意:物理知識與現實生活、現代科技、社會環境密不可分,涉及了人類生活的整個空間。重要的是要讓學生樹立一種思想,那就是我們所學的物理知識本來就根植於人類所處的環境中,是一門鮮活生動、多姿多樣的科學。

物理學在現實生活中的應用和對現代科技的催化作用是任何其他學科所無法替代的?一定要引導學生在物理學習過程中,以「物」明「理」,見「物」思「理」,不要簡單理解為單純從理論到理論,用公式套公式。

4.引導學生注重學科間的相互滲透與交融

在立足牢固掌握物理學科內容、擁有堅實學科能力的基礎上,物理教學要適當地以不同學科的知識交叉部分作為培養學生綜合素質和能力的切入點,關注與化學、生物、地理等學科的復合交叉和有機融合。尤其值得特別注意的是,物理學是一門精確的科學,諸如三角、幾何、解析幾何等數學知識都可以成為物理解題的有效工具。所以,強化物理解題過程中的數學意識,提高學生應用數學處理物理問題的能力絕對不能輕視。

因為學生在解題過程中,往往數學意識淡薄,數學歸數學,物理足物理,涇渭分明,從而導致思維的僵化與思路的閉塞,這是學生解答相當一部分物理題失敗的原因。

[例5]氡是一種放射性稀有氣體,當它被吸入人體後,將繼續發生放射性衰變,放出射線形成「內放射」,嚴重損傷人體組織和器官,導致病變和癌症。而我們居室下面的土壤、房屋使用的建材、日常飲用水、煤以及天然氣就會放出氡(),故氡被稱為居家裡的隱蔽殺手:

回答下列問題:

(1)關於氡穩定同位素導,下列說法正確的是( )

a.核內質子數與中子數之差為136

b.氡元素位於元素崗期表第六週期ⅷa

c.氡氣分子式為,

d.氡元素性質穩定,很難與其他元素化合

(2)研究表明,放射性元素鈾、釷、錒在放射性衰變中都能形成質子數為86的三個不同原子,分別被稱為「雷射氣」「釷射氣」「錒射氣」,可分別表示為、r、,下列說法錯誤的是( )

a.它們互為同分異構體

b.儘管它們結構不同,但它們化性相似

c.它們都具有放射性

d.它們原子最外層均為8電子

(3)建材中含量最多的釙(po)發生衰變生成氡,請寫出該核反應方程

(4)放射性物質致痛的原因是( )

a.基因突變

b.基因重組

c.基因互換

d.染色體變異

(5)降低居室中放射性汙染的方法是( )

a.勤開窗戶通風透氣

b.利用其他元素中和

c.加熱使放射性物質分解

d.不用放射性超標材料

(6)採自地質深層的礦泉水常溶有岩石所含放射性物質在衰變過程中釋放的氡,下列關於該類礦泉水說法正確的是( )

a.該礦泉水宜存放一段時間再用

b.該礦泉水越鮮越好

c.鮮用和存放一段使用對人體危害是一樣的

d.越深層開採礦泉水汙染程度越小

此題以居室環境汙染,有害氣體氡對環境汙染為背景,設定了6個小問題,從不同角度考察了對氡汙染**、人體危害以及如何防護等知識的了解情況,還有物質結構、核裂變反應、基因突變等重要化學、物理、生物知識點,是一道理、化、生跨學科綜合題。

上題:(1)應選d;(2)應選d;(3)核反應方程為;(4)選a;(5)選ad;(6)選a。

注意:以現實生活中的熱點問題、實際問題立意命題,運用多學科知識分析和解決實際生活問題,是綜合科命題的重要特色。引導學生立足於物理學科核心心知識的牢固掌握和深刻理解,充分利用數學工具,注重與化學、生物等學科的有機結合,反覆揣摩、用心領悟,順利實現跨學科的綜合應用,是新課標下高中物理教學必須面對的重要課題。

三、培養學生的科學素養與人文精神

對學生進**感與價值觀的教育,培養學生的科學素養與人文精神並追求二者的初步融合,是高中物理教學不可或缺的核心任務之一。

1.了解科學源流,培養科學素養

物理課堂教學必須結合教學內容,把科學史上前人創新過程和創新方法適當地加以簡要反映,使學生感受到前人的創新情景,從中學到科學的研究方法,頑強的探索精神和不折不撓的堅強意志。同時也要特別關注人類生存面臨的重大問題及由此開展的相關活動。這些內容的介紹,重要的並不是要求學生完全了解,而是從中感悟到科學研究的責任、艱辛和使命,還有研究的方式和方法以及科學家們嚴謹的治學態度科研精神,適時地對學生進行科學態度和科學精神的培養。

以《電磁感應現象》的教學過程為例,教師可以在教學中介紹丹麥物理學家奧斯特2023年發現電流的磁效應後,在當時科學界引起強烈反響的情況。那時許多科學家以無私的科學獻身精神,投入到了對電磁感應現象的廣泛研究中,其中熱情最高、最執著的代表人物,就是英國物理學家法拉第。他對電流磁效應作了一系列的深入研究後,得出了「電能生磁,磁也能生電」這一英明的科學論斷。

最後還可以特別強調,法拉第是經過十年的艱辛探索和無數次的失敗後才證明了這一觀點的。有意思的是法拉第正是因為實驗操作時沒有同時看電流錶的這一失誤,使他耗費了這十年的心血;可貴的是他信念堅定,毫不氣餒,終於發現了「磁生電」的條件,在物理學史上譜寫了光輝的篇章,為人類的文明進步作出了卓越貢獻。最後再引導學生共同利用實驗裝置探索這一問題。

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