高中物理理想規(guī)律教學中極限思想導入的研究——以“探究勻變速直線運動的位移時間公式”為例

摘? 要：理想規(guī)律課的教學對于學生理想化物理思維的培養(yǎng)有著深刻的意義。在課程的起始階段培養(yǎng)學生的學習興趣、激發(fā)學生的學習動機，是有效提升物理教學效率的關鍵。本文主要從高中物理理想規(guī)律課的導入環(huán)節(jié)著手，將理想規(guī)律區(qū)別于實驗規(guī)律與理論規(guī)律，將課堂導入的相關理論及方法應用于“探究勻變速直線運動的位移時間公式”教學案例中，進而提高學生在對高中物理理論規(guī)律進行學習時極限思想的滲透。

關鍵詞：極限思想;理想規(guī)律;導入

一、理想規(guī)律的概念界定

物理規(guī)律根據(jù)其獲取途徑劃分主要可以分為三種基本類型：實驗規(guī)律、理論規(guī)律、理想規(guī)律。

獲取物理規(guī)律的途徑有兩種：一種是實驗歸納法，得出的是實驗規(guī)律，如楞次定律、牛頓第二定律……，需借助實驗才能得出;另一種是理論推導法，得出的是理論規(guī)律，如動能定理、動量守恒定理、萬有引力定律……。理論規(guī)律教學時要注意培養(yǎng)學生的邏輯思維推理能力，可以是以事實為依據(jù)，通過理論推理得出的，也可以是由已有的物理規(guī)律推導出新的理論規(guī)律。而本文主要討論的理想規(guī)律，可以通過實驗歸納法得出，也可以是經(jīng)過理論分析法得到。它與實驗規(guī)律和理論規(guī)律的區(qū)別在于，由于缺少必要的實驗條件而無法進行實際操作或不能經(jīng)過直接的推導過程得出，要根據(jù)足夠多的實驗事實進行抽象的邏輯推演達到理想化的結果。就比如在“牛頓第一定律”這一節(jié)課的教學要求中，就有要學生能夠理解、運用理想實驗法的要求。

二、高中物理理想規(guī)律教學中極限思想導入的研究意義

學習物理，學生需要認識到，在對客觀世界進行研究時，影響研究過程和結果的因素中一些是主要的、不可忽略的，而還有一些則對結果影響不大、是次要的，如果研究時一并考慮進來反而會在研究過程中增添不必要的麻煩。所以教師需要在教學中讓學生學會運用理想化思維將不重要的先忽略掉。理想規(guī)律課程的教學重難點也在于此，教師需要考慮如何培養(yǎng)學生具有建立理想物理模型或情境的意識，要能夠在已存在的物理事實的基礎上，合理推理直至理想狀態(tài)從而得到理想規(guī)律，具有讓客觀事實理想化的意識，知道什么情況下需要考慮理想狀態(tài)。如：“輕棒輕繩需要忽略自身質(zhì)量，但在磁場中做切割磁感線運動的導體棒的質(zhì)量不可忽略?！备咧形锢泶蟛糠謫栴}的處理都涉及到理想化的思想，所以，一些關鍵的、典型的理想規(guī)律課的教學，在高中物理規(guī)律的教學甚至是整個高中物理課程的教學中都有著不可替代的意義。

由于理想實驗在實際中通常難以操作，因此需要在觀察實驗現(xiàn)象的基礎上進行邏輯思維的演繹推理，得出合理的猜測。理想狀態(tài)與日常生活也不符，對學生來說就會比較抽象。教師在新課導入時要盡可能聯(lián)系生活實際，化抽象為形象，增強學習樂趣，設置教學情境。通過問答或小組討論的形式增強學生的代入感，使學生更加積極地投入到教學活動中來。高中物理教科書上第一次提到理想實驗是在牛頓第一定律的第一節(jié)的伽利略理想實驗，該實驗現(xiàn)象無法通過實驗觀察來驗證。如果學生難以理解，教師的講解將沒有說服力，這時就需要教師在新課導入時給學生提供理想化的“極限思維”。

三、以“探究勻變速直線運動的位移時間公式”為例的“極限思想”導入案例

在本節(jié)課的教學中將運用到無限分割的思想，參考人教版高中物理必修一的講解：聯(lián)系之前學過的勻速直線運動，物體在時間t內(nèi)的位移x為x=vt，其速度——時間圖象所包圍的面積正好是矩形面積vt。引導學生思考：勻變速直線運動的位移x與其速度——時間圖象是否也具有類似的關系？如此循序漸進地引導，使學生產(chǎn)生新的疑問：勻變速直線運動的速度——時間圖象包圍的面積為直角梯形，那么如何確定勻變速直線運動的位移與速度——時間圖象的確符合如上的關系？接下來便運用到了將圖象無限分割的方式——把研究對象分割成無限小份梯形后再累加（積分）。此時高中生還未接觸過積分，為方便學生理解，教師就需要運用學生之前已經(jīng)接觸過的相關例子導入。例如，詢問同學們是否還記得小數(shù)學圓周率時所提到過的割圓術。它是我國數(shù)學家劉徽首先提出的，以極限思想——“割圓術”來求圓周率，是人類歷史上將極限分割引入理論論證的首例，不失為一次大膽的創(chuàng)新，為人類在科學領域的探究提供了解決問題的新思路。

蘇霍姆林斯基說過，要想提高教育效果，就要使孩子盡可能少地從教育現(xiàn)象中感知到教育者的設計意圖。在一堂新課起始——導入環(huán)節(jié)講述一個看似和新課沒有關系的故事。一方面，由于學生的身心發(fā)展水平是不平衡的，在一節(jié)課的開始，并不是所有學生的注意力都能迅速地集中到本節(jié)課的教學中來。這樣做區(qū)別于平時的“直奔主題”，可以提升學生的新鮮感，從而更快地進入學習狀態(tài)。另一方面，學科的交叉讓學生在具有新鮮感的同時又產(chǎn)生一種熟悉感，提升學生的學習自信。有了這一導入，學生在思考第二個疑問時迅速聯(lián)想到導入的案例，無意間對學生起到了引導作用，并且培養(yǎng)了他們主動思考和舉一反三的能力。這種能力一旦培養(yǎng)成，會提高學生的學習內(nèi)驅(qū)力，對今后的學習也有相當大的益處。

四、結束語

本文針對物理規(guī)律“理想規(guī)律”課提出的導入方法，主要針對“極限思想”的滲透，運用相關案例導入，從學生視角找素材，以方便高中物理教師在教學時能夠高效導入。并不一定適用于所有理想規(guī)律教學的導入環(huán)節(jié)，教師在運用時也僅作參考之用。對于實際操作時可能會遇到的問題，教師要根據(jù)實際情況進行合理變通。

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[2] 邱鍾慧，馬德宜，柳福祥.基于數(shù)學史視角的圓面積教學設計思考[J].教學與管理，2019（08）：50-52.

作者簡介：

張桂苑（1997—），女，漢族，籍貫：山西省沁水縣，職務/職稱：研究生在讀，學歷：本科，研究方向：學科教學（物理）