淺談物理分析高初中物理銜接例析
時間:2022-04-02 04:06:53
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摘要:剛開始學習高中物理,高一新生幾乎都自覺不自覺地弱化物理分析,而用數學分析或直接套公式運算切入,造成物理過程不清晰、胡亂套公式等,高初中物理銜接效果差。因此,需要強化物理分析切入,學會清晰分析物理過程,減小初中物理簡單套公式的學習慣性,提升高初中物理學習銜接的效果。
關鍵詞:高初中銜接;物理分析;高一新生
以物理分析切入還是以數學分析切入,是高一新生學習高中物理能否入門、能否學好的關鍵之一。這里所謂的物理分析就是將物理問題建立物理模型,對物理情景進行定性的概念理解、過程分析、受力分析、運動分析等。所謂的數學分析就是將物理問題直接建成數學模型,選擇物理規律表達式,具體聯立求解,再用計算結果來判定之前的猜想等。高一新生常常一開始學習高中物理就急于拔高高中物理的數學要求,幾乎都自覺不自覺地以數學分析作為解決物理問題的切入點,不重視物理分析,結果欲速不達,造成高初中物理銜接效果差,甚至造成不可逆的后果。
一、高初中物理銜接受阻于弱化物理分析的切入
高中物理學習時期,是形象思維(初中物理)向形象思維與邏輯思維融合(高中物理),再向更加偏重邏輯思維(大學物理)轉化的關鍵階段。學生剛進入高中,思維仍然是以實際物體、實際例子、實際物理過程等為依托,更多考慮的是某個具體物體、某個單一過程、某兩個物理量的簡單關系等,屬于典型的形象思維,還沒有達到“由現象到本質”的思維層次,也沒有“由本質到理論(數學表達)”的思想準備。但是,學習一個高中物理知識或解決一個高中物理問題,往往思維更加復雜,不僅需要物理分析,而且需要數學分析,二者缺一不可。這二者并非并列關系,需在物理分析基礎上進行數學分析,數學分析反作用矯正物理分析,經過循環往復,思維質量才能一步一步地上升。很多高一新生不適應物理分析的細節與繁瑣、書寫的嚴格與精煉,比如常常認為題目的過程多、模型多、細節多、規范要求多,常常出現思維上繁雜亂,書寫上隨意不嚴謹的情況。于是試圖繞過物理分析,認為直接采用數學分析,從套用公式、列式子、式子變形、聯立求解等數學手段入手,這樣就能一步到位,直接命中卷面得分點。這樣的結果是致命的,比如亂套公式,忽視公式滿足的條件,亂賦予公式中字母的意義,容易混淆多個式子間的聯系,聯立解的數學技巧偏難等根本無法解決,總之書寫的東西反映出學生的思維一片混亂。可見,從思維發展的角度來看,高初中物理銜接容易受阻于弱化物理分析的切入。
二、弱化物理分析切入的原因解析
根據多年的跟蹤分析研究,高一新生弱化物理分析切入的原因有:(一)原有學習方法的慣性。有的初中生在物理課堂上,常常沒有完整地聽完教師講課,更沒有去思考教師講了幾個問題以及幾個問題間的邏輯關系,一節物理內容最后就落腳到某個公式上,只要能夠套用這個公式就行。因為初中物理更多的是單個物體、單個過程,有時套公式可行,于是學生習慣于把學習初中物理簡化成“背公式、套公式”,甚至再簡化成簡單算一算,解題就直接給出式子和幾個數字進行計算,只要算的數字結果是正確的,得分概率還挺大。但這個方法常也有不靈的時候,比如沒入水中的物體上浮直至漂浮,涉及兩個很容易混淆的公式:F浮=ρ水V排g和G物=ρ物V物g,如果不知道有哪些物理量、物理量的意義、公式與物理過程的對應關系等,將無法正確解答。但學生常常沒有意識到學習方法不對,反而錯誤地歸因為套錯了公式、背錯了公式、變錯了公式。這樣的印象一次次加深后,久而久之便形成“背公式、套公式”的方法定式,而且慣性還很大,這種方法定式進入高中較難自我改變。高中物理需要把現象抽象為理論,涉及的規律和公式比初中多很多,如果沒有弄清這些規律和公式的物理過程及其條件,直接套用規律、套用公式的方法絕不可行。可見“背公式、套公式”的方法定式,給學習高中物理帶來了巨大的方法障礙。(二)原有學習思維的慣性。我們知道,物理學是從具體問題到抽象為普遍規律公式,再回到具體問題中來解決問題。學習物理的思維需要從偏重形象思維(初中物理)向形象思維與邏輯思維融合(高中物理),再向更加偏重邏輯思維(大學物理)進行轉化,學習高中物理必須將形象思維與邏輯思維有機融合起來[1]。初中生的這兩種思維更多地處于分離狀態,交叉的概率很小,談不上融合,更談不上有機融合。當遇到一個物理問題時,要么套用某個概念、某個現象、某個單位等,多用于選擇題;要么套用公式、公式變形、計算等,多用于計算題,做不到分析物理過程對應反映出什么規律、什么公式,也做不到某個規律、某個公式對應著什么樣具體的物理過程。可見形象思維與邏輯思維的分離,給學習高中物理帶來了巨大的思維障礙。(三)初中訓練(考試)題目設置的慣性。設置初中物理考題總的來講要求基礎簡單,要求及格率要高,要求分數普遍要高,因此,試卷有大量記憶類的單項選擇題目。單項選擇題無法顯示分析、判斷、計算等過程,通常很容易選,甚至有時候憑著感覺也能猜對;加上計算題目也過于簡單而且評分標準過于寬泛,往往“背公式、套公式”的方法十分有用,有時用解數學題(甚至算術題)的方法也會得較高比例的分數。因此初中物理考題導向并助推了學生習慣于“套一套”“算一算”,失去了分析物理過程與對應的規律公式建立聯系的訓練。這樣長時間并大題量的訓練,形成技能之后很難改變,很難適應高中物理學習,給高初中物理銜接造成習慣性的障礙。
三、強化物理分析切入,以《力》一章為例
(一)高一新生要知己知彼。高初中物理銜接,尤其在思維上需要把握好物理過程(形象思維)與數學運算(邏輯思維)相融合(非“拼盤”)關系的這個度。要知道,高中物理更多的用數學來描述物理本質、物理規律,離開了數學的物理僅僅是物理現象,不是物理學;離開了具體物理過程的數學叫數學,不叫物理學。因此分析物理問題時要清楚,物理現象的那部分是基礎也是關鍵,運用數學的那部分是提升也更重要。但更多的高一新生既不知道自己已有的知識結構、學習方法、思維方法等不適應于高中物理學習,也不知道學習高中物理要怎么做,常處于“不知己不知彼”狀態。比如《力》一章知識結構可分為兩部分。第一部分講述重力、彈力、摩擦力等基本概念。主要掌握三種力的物理屬性,如怎樣產生,怎樣定義,怎樣描述大小、方向、作用點三要素等。這些幾乎都是基于物理現象、物理概念、物理過程,是以“觀察和實驗”形象思維為主的學習過程。第二部分講述力的合成與分解所遵循的“力的運算規則”。主要掌握利用平行四邊形定則,描述一般情況的合力或分力的大小和方向的運算,進一步學習正交分解,將一般情況的力分解為互為垂直的兩個分力,以計算力的大小和方向,這是有極強因果“邏輯思維”特征的數學過程。實際上很多高一新生由于存在物理知識結構、思維方法、學習習慣的慣性,不重視重力、彈力、摩擦力等基本概念的內涵理解,更不重視物理過程分析、受力分析、運動分析,而“習慣性”地把學習重點就放在第二部分力的“平行四邊形定則”“正交分解”運算上,造成高初中銜接困難。因此,教師務必引導學生認識到學習高中物理有道坎,對知識結構、思維方法、學習習慣等需知己知彼方可逾越。(二)高一新生要擺正數學的地位。很多高一新生知道數學是高中物理學習極為重要的方法或者工具,但不知道數學不是高中物理的核心方法,也不是基本方法(觀察和實驗)。一旦這個關系沒擺正,高中物理學習很難上道。比如,在學習完《高中物理必修1》整冊書之后,頭腦里對《力》一章的印象只有“平行四邊形”“正交分解”兩個關鍵詞,而重力、彈力、摩擦力的印象基本沒有,甚至還停留在初中物理的理解認識上,就會給后面學習重力、彈力、摩擦力(尤其三種力同在)做功、能量轉化、能量守恒、功能原理等埋下巨大的知識、思維、方法等隱患。到那時,想要再回過來重新學習已不可能,致使高中力學越學越難,高中電學就更難,于是高初中物理銜接只能是失敗。因此,高一新生要重視擺正數學在物理中的地位,要在物理思維、物理分析基礎上使用和融合數學。實踐證明,放棄或繞過物理思維、物理分析基礎,直接使用數學套用,高初中物理銜接還沒有成功的例子。(三)高一新生要矯正理解偏差。很多高一新生對于物理概念理解、物理過程分析、受力分析、運動分析等,總有不夠到位或存在一定偏差的情況,這也是高初中物理銜接的障礙之一。教師需要堅持從第一個高中物理知識起,在“如何學”“如何思考”“養成什么習慣”等方面,刻意規定幾個物理分析的“動作”,幫助高一新生矯正理解偏差。例1.如圖1所示,兩木塊的質量分別為m1、m2,兩輕質彈簧的勁度系數分別為k1、k2,上面的木塊壓在上面彈簧上(但不拴住),整個系統處于平衡狀態,現緩慢向上提上面的木塊直到它剛離開上面的彈簧,在這個過程中:①下面木塊m2移動的距離為()A.m1gk1B.m2gk1C.m1gk2D.m2gk2②上面木塊m1移動的距離為()A.m1gk1+m2gk2B.m1gk1+m1gk2C.m1g+m2gk1D.m1g+m2gk2分析:這是關于彈簧彈力為重點的受力分析問題,是《力》一章的核心問題之一。高一新生往往覺得彈簧彈力非常簡單,只有一個公式,只要記住公式就能解決問題了,于是只關心所述彈力、勁度系數、彈簧壓縮量三者的關系,并從公式入手(數學分析切入),結果對這樣的題目無所適從。由于該問題涉及兩個物體的兩個狀態的受力情況,必須從受力分析入手(物理分析切入),操作如下:①必須用隔離法將物體m1和m2隔離出來;②必須分析物體m1和m2的兩個狀態所受彈簧彈力;③再進行數學分析,應用平衡狀態ΣF=0,計算彈簧彈力大小,運用公式F彈=k•△x變形△x=F彈/k計算位移大小(彈簧長度的該變量),才能正確解答本題。例2.如圖2所示,在粗糙斜面放置物體A和固定物體B,在A與B之間用一根橡皮筋C連接,求橡皮筋C的拉力F的大小。分析:這是關于受靜摩擦力分析的問題,是《力》一章的另一個核心問題。高一新生往往也認為靜摩擦力非常簡單,只要抓住物體A平衡合力為零,直接從計算拉力F的大小入手(數學分析切入),但該問題并非如此,存在多解的情況,結果很難完整正確解答。正確操作應如下:可將橡皮筋C看成一根輕質彈簧。如圖3所示,該問題涉及斜面并且定量(需要正交分解重力,求出重力沿著斜面向下的分力GX=mgsinθ);涉及靜摩擦力的方向(需要判斷相對滑動趨勢可能斜向上、可能斜向下、可能為0);涉及沿著斜面方向合外力為零,建立方程(ΣF=GX-F±f=0),涉及的這三個問題中最為核心的問題在于確定靜摩擦力的方向,這是屬于典型的物理分析與數學分析相融合的過程。①如果F=GX,則沒有相對滑動趨勢,f=0;②如果F>GX,則A有相對向上滑動趨勢,f=F-GX,f斜向下,那么F=GX+f,f存在最大值,F的最大值FMAX=GX+fMAX;③如果F<GX,則A有相對向下滑動趨勢,f=GX-F,f斜向上,那么F=GX-f,同樣f存在最大值,F的最小值FMIN=GX-fMAX,方向斜向上。可見拉力的大小在GX-fMAX≤F≤GX+fMAX范圍而非某一個值,方向存在向上和向下兩個情況而非一個方向。
綜上所述,多數高一新生處于自己原有的知識結構、學習方法、思維方法等不適應于高中物理學習狀態,也處于不知道學習高中物理要怎么做的狀態,教學中教師要堅持強化物理分析切入、擺正數學地位、強調物理分析理解到位等,這樣高初中物理銜接效果才會更好。
參考文獻:
[1]余俊文.中下生學習物理入門切入點的理性思考[J].物理通報,2012,(5):31-33.
作者:余俊文 單位:邛崍市平樂中學
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