高中物理中的物理学思想与方法的研究

1引言

行为主义学派先驱巴甫洛夫指出：“重要的是科学方法，科学思想的总结，认识一个科学家的方法远比认识他的成果价值更大”， 2003年我国教育部颁布的《全日制普通高级中学物理课程标准》内容目标中明确指出：“学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决某些问题”，“通过物理概念和物理规律的学习过程，从中体会物理学的思想与研究方法”.足见新的课程改革是非常重视学生对物理学的思想与方法的感悟.探析高中物理教材中所呈现的物理学的研究思想与方法并在教学中有意识地向学生渗透这些思想与方法，这将非常有利于学生的终生发展.

2必修模块中的主要物理思想

物理学思想是指物质、物质运动形式和自然规律在人脑中的反映，这些客观存在经过人脑一系列的思维活动而最终发现其本质属性或内在联系的过程.人教版高中物理中所呈现的主要物理学思想有：

2.1实验探究思想

近代物理学的奠基者伽利略提出了“生动直观现象观察――抽象思维――到实验”的物理学研究思想.该思想使近代物理走上了以实验为基础的道路.他在对物体运动的研究中创造了一套现代自然科学发展行之有效的方法，即“对现象的观察――提出问题――运用数学逻辑推理手段得到特殊结论――通过物理的、思想的实验对推论进行检验――对假设进行修正和推广 ”例如，伽利略研究自由落体运动的规律时.他认为：“自然界总是习惯于用最简单、最容易的手段行动”，所以他首先假定自由落体运动是匀加速直线运动，然后用实验和数学相结合的方法证明了沿斜面下滑的物体做的是匀加速直线运动，最后经过合理的外推说明自由落体运动是匀加速直线运动.

2.2数理结合思想

开普勒对哥白尼的“日心说”所描绘的天体运动的和谐性与简单性感到欣喜若狂.他认为这种和谐性一定与数量之间有着密不可分的关系.开普勒根据丹麦天文学家第谷的观测资料对火星运动规律进行研究，他以火星按圆形轨道运行的模型而计算的结果与第谷观测数据之间存在8′的差异.他坚信第谷观测而放弃火星圆周轨道运行模型，采用火星椭圆运动轨迹模型最终与第谷观测数据十分吻合，从而提出开普勒行星运动三大定律.在建立开普勒三大定律之时他企图用数学公式来表达定律并获得成功.自开普勒时代起采用数学公式来表达物理规律的方法便开始在物理学界日益盛行.呈现于高中物理教材中的物理规律、定律、定理几乎都有它相应的数学表达形式.例如：匀变速直线运动的速度与时间关系式、位移与时间关系式、位移与速度关系式；胡克定律表达式；牛顿第二、第三定律表达式；万有引力定律表达式；动能定理表达式；机械能守恒定律表达式等等.通过数学公式的形式，简单、明了地表述物理规律的思想在物理学中是常见的思维形式.

2.3自然界普遍存在的和谐与统一的思想

在研究地面上物体所受到的力与物体运动之间的关系的过程中，牛顿提出了动力学三大定律.他认为天体的运动与地面上物体的运动应是和谐统一的，它们应该遵守相同的物理规律，他经过合理的假设、推导、论证，最终提出了万有引力定律.牛顿运动三大定律与万有引力定律同时呈现在1687年出版的牛顿著作《自然哲学的数学原理》一书中，这是人类文明史上自然科学的第一次大综合，推动了以后300多年间自然科学的发展.

3必修模块中的主要物理方法

《全日制普通高级中学物理课程标准》总目标中要求学生“尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律，通过物理概念、物理规律的学习过程了解物理学的研究方法”.哲学家黑格尔在《逻辑学》中指出：“在探索认识中，方法也就是一种工具，具有主观方面的某种手段，主观方面通过这种手段与客体发生关系 ”物理学的方法是人们认识物质、发现自然现象、探索自然规律、进行物理实验中所使用的各种手段.例如：建立物理模型的方法、比值法、极限思维方法、微分方法、微元法、等效替代法、控制变量法、作图法、转换思维法、类比法、逆向思维法、观察法、隔离法、整体法、理想化方法、归纳演绎法、分析综合法等.人教版高中物理教材中所呈现的主要物理方法做以下介绍：

3.1建立物理模型的方法

人教版高中物理教材中所呈现的物理模型主要有两种：一是实体模型，比如：质点、轻杆、轻绳、轻质弹簧、光滑表面；二是动态模型，实际上高中物理中介绍的物体的运动状态大都属于理想状态下的物理动态模型.比如：匀速直线运动、匀变速直线运动、自由落体运动、平抛运动、匀速圆周运动、天体的匀速圆周运动.这些物理模型的建立便于我们更方便、简洁地处理物理问题.这种忽略次要因素、抓住主要因素，反映客观存在的内在联系的物理模型是物理学研究的重要方法.

3.2比值法

3.3极限思维方法

现代汉语词典（第五版）对“极限”一词的解释是：最高限度.在物理学中我们把某一物理过程推至某一极端，物理现象将发生突变.例如，用力推静止于水平面上的物体，逐渐增大推力物体最终将滑动，我们把物体刚要滑动时所受的摩擦力称为“最大静摩擦力”；又如，逐渐增大拉力去拉弹簧时弹簧的形变量也将逐渐增大，当拉力增大到一定值之后，如果继续增大拉力的作用弹簧将不能再恢复其原长.我们把弹簧恰好不能恢复其原长的形变状态称为弹簧的“最大限度”.又如物理教材必修2第3页，曲线上的任意两点A、B靠的很近时，割线AB就成了曲线的切线.

3.4微元法

3.5等效替代法

物理学中，在研究某些物理现象或某些物理过程，为了使问题便于解决，我们通常用一物理量与其他物理量进行等效替换或把某一物理过程与其他物理过程进行等效替换.例如，力的合成与分解是物理量之间的等效替换；把平抛运动看成是水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动的合运动是物理过程之间的等效替换.后续学习中还有电阻与电流回路中总电阻之间等效的替换.

呈现于高中物理教材文本中的物理学思想与方法不仅只有本文中所介绍的这些，还有许多的物理学的思想与方法渗透于教材文本.深入挖掘这些思想与方法，在实践教学中有意识地向学生介绍这些自然科学的研究思想与方法对于学生的终生发展是百益而无害的.