例谈科学家的科研特点对中学物理学习的启示

摘要:在中学物理学习过程中,科学家科研特点的学习会对中学生产生很大影响。在研究物理学史的过程中笔者发现,一般科学家的科学研究都具有以下特点:善于怀疑、批判、穷根究底、永远探索;运用经验与逻辑相结合的方法;自然界统一与和谐性的方法。本文将从以上几点出发,谈谈科学家的科研特点对中学生学习物理的启示。

关键词:探索;逻辑推理;真实图景;抽象思维

中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2009)9(S)-0078-2

科学家进行科学研究的特点对培养中学生的科学精神,提高中学生的科学素养来说意义非凡。下面本文从科学家进行科研的三方面特点出发,谈谈对中学生物理学习的启示。

1 善于怀疑、穷根究底和永远探索的特点

历史上的著名科学家在其一生中,如果一旦明确了方向,就会毫不动摇地探索真理,直至胜利。中学生在学习物理的过程中,就是要学习这种穷根就底的精神,这样一个物理问题就更容易掌握和理解。如在学习《感应电流方向——楞次定律》一节时,感应电流的方向是不是像楞次所说的那样呢?多问几个为什么?然后教师引导他们探究,帮助学生理解和学习,养成良好的学习习惯。先让学生写出探究方案交给老师。老师择优选取优秀方案并修改,提供给他们实验器材,探究楞次定律:

每三人一组,每组备有:原副线圈各一套(外面有明显的绕向标志),导线若干、灵敏电流表、电源、电键、滑动变阻器、然后教师发下实验用的讲义,教师重点指出以下几点:

(a) 什么是原电流、原电流方向、感应电流、感应电流方向;

(b) 原电流与原电流磁场的方向由学生自己控制;

(c)明确实验时磁通量的变化情况;

(d) 感应电流方向由灵敏电流表指针的偏向测出,电流从哪一端流入,指针就偏向那一端;

(e)在测出感应电流方向后,画出副线圈中的感应电流磁场;

(f)根据作图结合实验中的具体条件,找出感应电流磁场与原电流磁场方向间的规律;

(g)在实验小组内相互讨论总结出规律,先用自己的语言写出结论,然后再与课本对照,并找出楞次定律中的关键语句。

这样学习和模仿前人的科学研究方法,对提高课堂效率和学生的学习能力是十分有效的。

2 善于运用经验与逻辑相结合的方法,具有逻辑推理严密的特点

科学家一般善于从基本的问题出发,把真实图景与抽象思维相结合,经过严密的逻辑推理,建立新的理论。如法国科学家库仑根据万有引力和电荷间相互作用力之间的类比,猜想电力会不会同万有引力一样服从距离平方成反比规律。

解决物理问题有两条常用的思路,一条是从待求量开始,把问题逐步分解,找出未知量与已知量的关系(即逆向思维);另一条是从已知量开始,根据题意,把问题分成几个简单的部分来考虑,把各已知量之间的函数关系全部找到,再按说明书和有关物理规律及物理概念,把已找出的几个简单部分的结果综合在一起,从而得到问题的结论(即顺向思维)。而这种思路如从分析物理问题的题设图景出发,思路将更明了易找。

例题1甲、乙、丙三辆汽车以相同的速度同时经过某一路标,从此时开始,甲车一直做匀速直线运动,乙车先加速后减速,丙车先减速后加速,它们经过下一路标时速度又相同,则哪一辆车先经过下一个路标?

分析与解 由题可知这三辆汽车的初、末速度相同,它们发生的位移相同,而题中并不知乙、丙两车在各阶段是否做匀速直线运动,因此,我们只能分析一般情况,即变速直线运动,这样根据匀变速直线运动的规律就无法求解这一问题,如果我们利用图像法,即在同一坐标系中,分别做出这三辆车的vt图像,如图1所示,由此可知:乙车到达下一个路标的时间最短,即乙车最先通过下一个路标。

图像法是根据物体的运动规律及题中条件,将复杂的运动过程转化成简单、直观过程的一种方法。

例题2 如图2所示,质量为m的卫星,以速率v绕地球在圆轨道上运行,离地面高度为h。试用万有引力常数G、离地面高度h,地球半径R和地球质量M表示速率v。

分析与解 欲求人造地球卫星的运动速率,取卫星为研究对象,画出受力图。根据受力图和卫星的运动性质,确立万有引力作用下作圆周运动的图景。然后直接选择与速率有关的向心力公式:

F心=mv2/(R+h),①

其中向心力由万有引力来提供,故

GMm/(R+h)2=mv2/(R+h),②

v=GmR+h。

故由题设物理图景可得本题思路将表示为:

物理问题的概念和规律都是通过研究具体物体的物理状态及变化过程(即图景),而形成的同类问题的“抽象思维规定”。反过来,用以解决具体问题时如能注意对不同的图景的同类问题加以总结归类,强化思维模式,可以达到思维方法迁移的目的。并通过物理问题的相似性比较,提高学生的变通能力和归纳能力,从而在解决问题时,能快速回到研究的具体问题,达到举一反三之功效。

3 坚持自然界的统一性与和谐性

著名科学家爱因斯坦是一个唯理论者,他坚信斯宾诺莎的唯理论思想。他的一切工作都是为了寻求物质世界的统一和完美。狭义相对论就为当时电动力学和经典力学的统一而创立的;而广义相对论的建立,是为寻求运动和引力的统一性。实际上物理学中存在许多完美的、和谐的统一体。中学物理中有力学和电学的大致统一:力学中有匀速圆周运动,在电学里也有带电粒子在磁场中受洛伦兹力,而作匀速圆周运动。解题思路基本相同:找向心力的来源,建立方程求解。

例题3 如图4所示,在x轴上方有垂直于xy平面向里的匀强磁场,磁感应强度为B。在x轴下方有沿y轴负方向的匀强电场,场强为E,一质量为m,电荷量为-q的粒子从坐标原点O沿着y轴正方向射出,射出之后,第三次到达x轴时,它与点O的距离为L,求此粒子射出的速度v和运动的总路程s(重力不计)。

分析与解 粒子运动路线如图4所示,则:

此题目中,圆周运动是由洛伦兹力提供向心力,即带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,体现了力学和电学的综合性。

总之,在中学物理学习和教学中,应当学习科学家做科研的这些特点,善于思考,敢于探索,勇于创新,为物理学的发展和进步做出应尽的职责。

参考文献:

[1]季柏青. 物理学史[M] . 沈阳:辽宁大学出版社

[2]涛琪. 红对勾(高三)[M] . 呼和浩特:内蒙古大学出版社

(栏目编辑张正严)

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