淺議學好高中物理的“學和思”的統一

崔宇軒

摘要：高中物理以其難度較大而為大多數高中生所恐懼，教師應引導學生通過學會觀察和實驗、重視物理方法以及感悟物理學史來提高學生的物理學素養。

關鍵詞：高中物理；科學方法；物理方法

中圖分類號：G47 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）51-0260-02

在高中學生中流傳著這樣一句話：“物理難，化學繁，數學習題做不完”，體現了物理學科的學習難度。高中階段不但要學習許多具體的物理知識，還要學會科學的方法更為重要。“學而不思則罔，思而不學則殆”是孔子最早提出的學習方法，同樣也可以應用在高中物理的學習。數學家拉普拉斯說“認識一位天才的研究方法，對于科學的進步……并不比發現本身更少用處。科學研究的方法經常是極富興趣的部分”。本文從學和思的辯證統一角度來探討高中生學習物理的方法，涉及了觀察和實驗、重視解題思路和感悟物理研究史等方面，以期起到拋磚引玉的作用。

一、認真觀察和實驗、體驗學習樂趣

物理學是一門以實驗為基礎的科學，講述的是物體在物理變化的過程中的道理。是在對自然界和實驗室內進行大量的觀察、實驗的基礎上建立起許多概念（或物理量），定律、公式和原理的，然后應用這些規律去解釋和解決自然界及生產、生活中出現的物理現象和問顆。

觀察是在事物或現象的自然狀態下，通過感官去認識事物或現象。可以說，沒有觀察就沒有物理學。我們知道，牛頓發現萬有引力定律，是和開普勒發現行星運動三定律密切相關的。而開普勒的研究素材完全依靠他的老師、天文學家第谷長期天文觀察的結果。可以說，沒有第谷的精確觀測，就沒有開普勒三定律，就沒有萬有引力定律，就沒有整個牛頓力學。可見，觀察對于物理學是何等的重要！

在學習過程中，要注意養成良好的觀察習慣：在觀察演示實驗和進行分組實驗時，要進行有目的觀察，要邊觀察邊積極思考，要把全面觀察和重點觀察結合起來，要認真紀錄觀察到的現象、數據和有關問題。我們不僅在課堂上要做好觀察，而且要留心觀察我們身邊發生的物理現象，并思考其原因。例如，洗衣機在切斷電源后，甩干筒在減速轉動的過程中，在某一小段時間內會發生劇烈振動現象，這是一種共振現象；洗澡后在拔去浴盆塞子時，水流一定是逆時針旋轉排出，這是北半球觀察到的科利奧里現象……這些生動的觀察不僅會擴大學生的知識面，也有利于激發學習物理的興趣和求知欲。

實驗是指在控制事物或現象的條件下用感官去認識事物或現象，是研究物理學極重要的手段。丁肇中教授說：“自然科學不能離開實驗的基礎，特別是物理學是在實驗中產生的。”首先，我們應重視做好必做的分組實驗。要獨立做實驗，不要養成別人做實驗，自己抄實驗結果的壞習慣；在實驗中把觀察和積極思維結合起來；在實驗中養成尊重事實、實事求是的科學態度和嚴謹的科學作風。我們做的實驗大多數是“驗證性實驗”，也有一部分“探索性實驗”，在“探索性實驗”中，我們要努力通過自己對現象的觀察、數據的測量去探索規律。從某種意義上說，這是在模仿科學家的探索過程。

另外還要留心并注意研究實驗中發生的異常情況。歷史上a，許多重大的發現就是由實驗中意外情況引起的：如德國物理學家倫琴發現的“X射線”、丹麥科學家奧斯特發現了電流的磁效應、法國科學家貝克勒爾發現了天然放射線……學生一般不會像科學家那樣做出意外的發現，但在實驗中，應該培養這種優秀的思維品質（懷疑思維）——抓住新事實，動搖舊觀念，由懷疑引發問題，由問題推動探索，從而達到創新。

二、重視解題思路、加強思維訓練

自然科學研究要使用各種方法，伽利略相信自然界的秩序必須滿足數學規律，他說“大自然這本書是用數學的語言寫成的”，他把數學方法與實驗相結合，發現了自由落體定律。科學方法范疇較大，這里僅就中學物理教學中常用的方法做一個簡單的介紹。

例如解力學問題常用的隔離法、整體法；處理復雜運動常用的運動合成與分解法；追溯解題出發點的分析法；簡單明了的圖像法；以易代難的等效代換法等，均為中學物理中基本的思維方法。在學習中，還要格外注意怎么建立物理模型；怎樣隨著審題而描繪物理情景；怎樣分析物理過程；怎樣尋找臨界狀態及與其相應的條件；如何挖掘隱含條件等。這些都遠比列出物理方程和完成解題任務更有意義。一旦領悟、掌握了方法，就會如虎添翼，往往能發揮出更敏捷的思維能力。

下面詳細談談建立理想化物理模型的方法：在高中物理學中遇到的理想化模型有對象模型和過程模型兩類。對象模型如力學中的質點、剛體、單擺、彈簧振子，熱學中的彈性球分子模型（即理想氣體模型），電學中的點電荷、理想導體、絕緣體、理想化電表、純電阻、純電感、純電容、理想變壓器、理想二極管，光學、原子物理學中的光線、薄透鏡、原子核式結構模型、玻爾模型等。過程模型如勻速直線運動、勻加速直線運動、勻速圓周運動、簡諧振動、彈性碰撞、完全非彈性碰撞、等溫過程、等容過程、等壓過程、絕熱過程等。正確的選擇物理模型很重要，通過下面的例題加以說明。

【例題】如圖1，在傾角為θ的斜面上，用水平細線拴一個質量為m的勻質小球。圖甲中線水平并通過球心，圖乙中線水平并系于球的頂部。試計算兩種情況下球對斜面的壓力。

【分析】在圖甲中，球受三力作用：重力G、支持力NA、拉力TA，這三個力均通過球心（如圖2），所以小球只能處于平動或靜止狀態。可以把球抽象為一個質點，由平衡條件可得：N=G/cosθ

對于圖乙所示的情況，如果我們也將它抽象成為一個質點，得出同樣的結論，那就錯了。實際上，圖乙中球受四力作用（圖3）；重力G、拉力TB、支持力NB和靜摩擦力f，這時小球存在轉動的可能性，因此必須當作剛體模型處理，由平衡條件ΣFx=0，ΣFy=0得：

TB+f·cosθ=NB·sinθ （1）

NB·cosθ+f·sinθ=mg （2）

再由各力對O點力矩平衡條件得

TB·R=f·R （3）

聯立以上三式，可得NB=mg

三、感悟物理學史、學和思相結合

最后，建議學生們有時間讀一點物理學史。愛因斯坦曾說過：“結論總是以完成的形式出現在讀者面前，讀者體會不到探索和發明的喜悅，感覺不到思想形成的生動過程，也很難做到清楚地理解全部情況。”目前我國中學物理的教學現狀也大體如此——學生通過課本學習了物理學的完美無缺的結論，然而對物理學家們的探索過程和研究方法卻知之甚少。一部物理學史就是一部科學家艱苦奮斗、勇攀高峰的生動記錄，也是一幅閃爍著科學家智慧火花的絢麗畫卷。通過讀史，可以了解到我們在課本上學到的科學結論，是科學家們在一定的社會背景下，經過精心的觀察、實驗，經過復雜艱巨的創造性勞動，經過長期的甚至幾代人的努力才取得的。通過讀史，我們可以結識一批品德高尚、才華橫溢的朋友：開普勒、伽利略、牛頓、法拉第、愛因斯坦、居里夫人……他們精妙的研究方法將給我們以無窮的啟迪，他們獻身科學的崇高精神將激勵我們在攀登科學高峰的征途上勇往直前。前蘇聯教育家蘇霍姆林斯基說得好：“在每一個年輕人的心靈里，都存放著求知好學，渴望知識的火藥。”讓我們掌握科學的方法，引爆心中的火藥，點燃燦爛的智慧之花！