中学物理规律教学的探讨

【摘要】2.使学生掌握物理规律是物理知识教学的中心任务 学习和研究自然科学，中心任务是掌握自然规律并用来为人类服务。物理学是自然科学中的一门重要学科，学习物理知识的中心任务应该是...

物理规律反应了物理现象、物理过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律，揭示了在一定条件下某些物理量间内在的、必然的联系。整个中学物理是以为数不多的基本概念和基本规律为主干而构成的一个完整的体系，是由基本概念、基本规律和基本方法及其相互联系构成了学科的基本结构。其中，基本概念是基石，基本规律是中心，基本方法是纽带。要使学生掌握学科的基本结构，就必须使学生学好基本规律。在中学物理教学中，学生的智力和能力也主要是在观察、实验、探索和分析物理现象，理解、掌握和运用物理概念、物理规律的过程中不断发展起来的，所以，我们应当在抓好物理概念教学的基础上，认真抓好基本规律的教学。

一、物理规律教学的重要性

物理规律是物理学知识体系的核心构件，物理规律教学也是中学物理教学成功的关键环节。

1.物理规律是物理学知识体系的核心

物理学的知识体系是以一系列的物理规律凝聚而成的。在物理学发展史上，人们正是以一系列的物理规律为中心而建立了物理学的各个分支体系。例如光的反射定律和折射定律是光学知识的中心，欧姆定律、串并联电路的规律和焦耳定律是电学知识的中心等等。

2.使学生掌握物理规律是物理知识教学的中心任务

学习和研究自然科学，中心任务是掌握自然规律并用来为人类服务。物理学是自然科学中的一门重要学科，学习物理知识的中心任务应该是掌握物理规律并应用于实际。

在物理教学中，要使学生建立概念和掌握规律之间存在着不可分割的、辩证的联系。一方面，形成清晰、准确的概念是掌握规律的基础，如果概念模糊不清，就谈不上准确地掌握规律；另一方面，掌握了物理规律又可以深刻而全面地理解概念。例如，只有理解力的三要素概念（大小、方向、作用点），才能理解同一直线上或互成角度的二力合成的规律（如图1）和二力平衡条件（如2）等；反之，通过掌握力的合成规律和二力平衡条件，又能更深刻地理解力的三要素概念。所以，物理规律的应用比物理概念的应用更为广泛，理解和掌握物理规律才能更有效地利用物理知识去解决实际问题。由此可见，使学生掌握好物理规律是物理知识教学的中心任务。

二、物理规律的特点及其分类

1.物理规律的特点

物理规律反映了在一定条件下某些物理量之间内在的必然联系，它是客观存在的，不以人的主观意志而转移。它具有以下特点：

（1）物理规律只能发现，不能创生。

任何客观规律都只是被发现，而不能被“创生”，但不同学科的规律被认识与发现的途径又是不尽相同的。物理学规律揭示的是物质的结构和物质运动所遵循的规律，因此必然与人们认识物理世界的途径有关，即都与观察、实验、抽象、思维、数学推理等有着密不可分的联系。

（2）物理规律反映了有关物理概念之间的必然联系。

任何一个物理规律，都是由一些概念组成的，这些概念常常表现为物理量，可以用一些数字和测量联系起来，物理规律则把概念之间的一定关系用语言逻辑或数学逻辑表达出来。

例如，欧姆定律是由导体、电流（I）、电压（U）、电阻（R）等概念组成的，研究对象是导体，电流（I）、电压（U）、电阻（R）是3个可测量的物理量。它表明了通过研究对象（导体）的电流与研究对象（导体）的电阻（R是反映研究对象本身的量）和加在研究对象（导体）两端的电压（U）之间的定量关系。

2.物理规律的分类

在大千世界里，物理现象千姿百态，物理运动各有不同的形式，有宏观的、微观的，有机械运动现象、热现象、光现象、电磁现象等，所以物理规律就有多种多样，物理规律也就有不同的表述形式。中学物理规律主要包括以下类型：

（1）物理定律

一般是直接从观察实验的结果中概括总结出来的物理规律，如牛顿运动定律、能量转化与守恒定律、欧姆定律、光的反射定律、焦耳定律等。

（2）定理、原理

定律和原理一般是从已知的物理规律或理论出发，对某特定事物或现象进行演绎、推理，从而得出在一定范围内有关物理量之间的函数关系或新的论断，并经得起实践检验的物理规律。

如阿基米德原理（F浮=G排=ρ液gV）、功的原理等。

（3）方程、公式

这是利用数学式子来描述物理量之间关系的物理规律。

如串联和并联电阻的计算公式：R=R1+R2+…+Rn；

1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn。

（4）法则、定则

即利用特定方法表示的物理规律，如矢量合成的平行四边形法则、右手定则和左手定则等。

（5）其他

如力（包括二力、共点力）的平衡条件、串联电路的分压规律、并联电路的分流规律、平面镜和透镜成像规律、晶体融化和凝固规律、液体压强规律等。

三、物理规律教学的一般过程

人类在研究和探索物理规律的过程中逐步形成了物理学研究的基本方法。学生认识物理规律的过程也相当于一个探索与研究的过程，因此，物理规律的教学方法与物理学的研究方法大体上是一致的。

1.提出问题，创设便于发现规律的物理环境

作为新授课的物理规律的教学，首先要按照导入新课的方法，以提出问题的形式导入学习物理规律的课题。教师要有意识地提供一个便于探索规律、发现规律的物理环境。创设物理环境常用的方法有实验法和举例法。

（1）实验法

教师借助于演示实验或学生实验，使物理现象或过程展示出来，让学生观察。例如讲授牛顿第一定律时所做的小车分别通过毛巾、棉布、木板表面所滑动距离大小的实验（图3）。

（2）举例法

即列举出学生在日常生活中熟悉的、能引导发现规律的物理现象。例如，讲授影响蒸发快慢的因素时，举出以下例子：“同样湿的衣服，晾在树荫下干得慢”；“同样多的水，倒在碟子里干得快，装在瓶子里干得慢”。

2.探索物理事实的内在联系，形成规律

这一教学过程主要是把第一步骤所摆出来的物理事实进行抽象思维，探讨物理规律现象的内在联系，提供建立规律的科学依据。根据不同的物理规律，可以采用下列具体方法：

（1）实验归纳法

例如，用一般水做实验得到“浮力等于物体所排开的水重”，再改用煤油或酒精做实验也得到了同样的结果，而且把物体全部浸入水中或部分浸入水中做实验都得到了同样的结论，最后归纳得到了阿基米德原理。

（2）单因子实验法

对于多因子的物理过程，可运用单因子实验，先分别固定几个物理量而研究其中两个量之间的关系，最后综合为一个完整的物理规律。例如，研究电流与电压、电阻之间的关系，可以先保持电阻不变而改变电压，观察分析电流随电压的改变情况，得到电流与电压之间的关系；再保持电压不变而改变电阻，观察分析电流随电阻的改变情况，得到电流与电阻之间的关系。最后综合成为一条物理规律，即欧姆定律。

（3）先定性后定量推演法

限于中学实验条件，精确测定数据有困难，有些定量的实验不易成功，因此，可以在观察定性实验现象的基础上进行定量推演或分析介绍，最后形成规律。例如焦耳定律，实验时观察通电后煤油温度的高低来定性说明电流产生热量的多少。实验表明，电阻越大，电流强度越大，通电时间越长，电流产生的热量越多。然后介绍科学家焦耳的研究成果，进而得出定量描述，形成焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，Q=I2Rt。

3.下定论并对规律进行讨论，加深理解规律

经过第二步的探讨和思维加工，初步形成规律后，要整理成文，用科学而又简明的语言文字或数学工具来表述物理规律。

（1）规律的物理意义

解释规律的内容，说明它表示什么样的物理含义，必要时还要与相近规律进行比较。用数学公式或图像表述规律的，在教学中要引导学生讨论如何根据规律的内容得出公式或图像；反之，又如何从公式或图像来理解其物理意义。例如焦耳定律，其内容是电流通过导体时产生的热量与电流强度的平方、导体的电阻、通电时间有关，这个关系是正比关系，由此得到焦耳定律的数学表达式为Q=I2Rt。

（2）规律表述中的关键词语和公式中各字母的意义

例如，阿基米德原理的公式F浮=G排=ρ液gV，公式中字母F浮代表物体所受的浮力，G排表示排开液体的重力，ρ液是液体的密度，g是重力加速度，V表示排开液体的体积。这个公式中各字母代表的物理意义，学生必须十分清楚，运用过程中才不至于出现差错。

（3）公式中各物理量的单位

中学阶段，物理单位的教学也不容忽视。

例如公式Q=I2Rt，式中I、R、t的单位分别是安培、欧姆、秒，Q的单位必须是焦耳。

物理规律的公式中各物理量的单位都是确定的，不能随便乱用。

（4）规律的成立条件和适用范围

物理规律本身是反映在一定条件下物理事物内在的必然联系，并且物理规律是在一定条件下和一定范围内总结出来的，因此，也只能在这个条件下、这个范围内才成立。学生学习物理规律时，往往只知道死背条文而忽视了成立条件和适用范围，在实际应用中乱套，在遇到情况变化时就难以下手，所以，在教学中要重视讲清规律的成立条件和适用范围。

在一般物理规律的表述中，前语是成立条件或适用范围，后语是结果，即因果关系基本连结成一个完整的句子。通过分析规律的语句结构，从字里行间就可以知道规律的成立条件和适用范围。例如牛顿第一定律，它的适用范围是“一切物体”，条件是“没有受到外力作用”（原因），结果是“保持静止或匀速直线运动状态”。

有些规律在叙述中只提出成立条件，必要时可以补充说明适用范围。例如阿基米德原理，要指出也适用于气体。有些规律限于学生的基础和认识水平，只强调成立条件，而暂不提适用范围。例如，欧姆定律、焦耳定律，不提及只适用于纯电阻电路。

四、学生学习物理规律中的常见问题

为了有效地引导学生学好物理规律，我们还必须研究和认清学生学习物理规律中的常见问题和心理障碍。在中学阶段，主要存在以下几个方面的问题：

1.感性知识不足

中学物理规律的教学，许多是从事实出发经过分析归纳总结出来的。中学生抽象思维能力不强，他们理解物理规律特别需要有充分的感性材料作基础。如果没有足够的、能够把有关的现象与现象之间的联系鲜明地展示出来的实验或学生日常生活中所熟悉的曾亲身感受过的事例作基础，势必造成学生学习上的困难。

例如，研究电磁感应和自感的有关规律，如果没有足够的、能够逐步揭示现象间本质联系的实验作基础，学生对这些规律就很难理解。

2.学生在日常生活中形成的错误观念的干扰

学生在日常生活中积累了一定的生活经验，对一些问题形成了某些观念。这些观念中，有的比较正确，但往往有一定的表面性和片面性，甚至是错误的观念。这些先入为主的错误观念对学生正确理解物理规律往往起着严重的干扰作用。如：学生在运动和力的关系上往往有“物体受力才能运动，不受外力，物体根本不会运动”的观念，这就给学生正确理解运动和力的关系带来了很大的困难。

3.抽象逻辑思维能力不强

在物理规律的研究和运用中，有时要进行严格的逻辑推理和科学的想象等抽象思维活动；在运用物理规律解决某些问题时，要想取得正确而全面的解答，学生要具有较高水平的思维品质。然而，中学生在心理发展上正处在思维发展过渡期，对于不同年级的学生和不同的学生个体，这个发展在迟早快慢上有差异，有些学生由于没有形成逻辑思维的习惯，抽象思维能力不强，这就使他们在学习和运用物理规律时遇到了较大的困难。

4.不会运用物理规律说明、解释现象和分析解决实际问题

中学阶段，学生在理解物理规律上，经过努力并不会感到很困难，但是运用起来常常会束手无策。形成的原因，除了知识上的欠缺和思维习惯、思维定势的干扰等因素外，最主要的是学生还未掌握运用物理知识去分析、处理、解决问题的思路和方法，因此，学生在完成认识的第二个“飞跃”上困难较大。

物理规律的教学要有阶段性，要有一个逐步深化、提高的过程。对于同一物理规律，初中、高中有不同层次的要求，因此，我们应遵循学生的认知规律，由浅入深，一步步地通过一系列的教学活动，来提高物理规律的教学水平。

参考文献

[1]阎金锋 田世昆 中学物理教学概论[M]。

[2]阎金锋 田世昆 中学物理教学概论（第二版）[M]。

[3]阎金锋 朱小明 中学物理教学[M]。

[4]韩景春 邹万全 物理教学概论[M]。