4)在學生質疑的基礎上,教師有的放矢地提出錯誤的“猜想”;“浮力的大小是否跟物體的形狀有關?是否跟物體浸沒入液體中的深夜有關?”引導學生分別設計相應的實驗來研究這些問題,最後一一予以否定,摒棄了與浮力無關的因素,從而消除了學生的疑點。
5)總結出阿基米德定律:F浮=G排=ρ液gV排,並從理論上對阿基米德定律進行初步的論證,指示浮力產生的原因是水中的向上和向下的壓強差對物體造成的壓力差,這一點在所有液體中是一致的。從而實現了理論論證和實驗結果的統一。這樣,把有關水的浮力的實驗推廣到一般液體就有了理論根據,進而推廣到流體也同樣適用。
【理論分析導出法】
關於運用理論分析方法導出物理規律的課題,采用演繹推理和實驗檢驗相結合的教學方法,引導學生學會研究問題的科學方法,培養他們獲取新知識和探索新規律的能力。
學生學習了重要概念、定律和理論之後,就應發揮理論在進一步學習中的指導作用,要引導學生從已掌握的理論出發,運用演繹推理方法進行有關問題的分析、推理、論證,得出新結論,推導出新概念或新規律。當然,通過理論分析和演繹推理得到的結論是否符合實際情況,能否成立,還必須經過實驗檢驗,需要通過設計實驗給予驗證。因此,配合理論推導設計驗證性實驗,引導學生從中學會研究問題的科學方法,在高中物理教學中應占有不可忽視的地位。
物理教學中應用理論分析方法其主要教學程序如下圖所示:
這裏以“閉合電路的歐姆定律”的教學為例,來闡明理論分析方法的具體教學過程,一般可分為如下三個環節:
1)運用“類比法”引導學生進行“科學猜想”。
講課開始時,有計劃地向學生提出三個引導性的係列問題,啟發學生運用“類比法”進行“科學猜想”:
麼作用?
②在閉合電路中對電流起推動作用的是什麼物理量?起阻礙作用的是什麼物理量?
③在這些物理量之間可能有什麼關係?提出這些問題的目的是引導學生對部分電路與全電路進行類化,促進學生定向思維活動,從而推想出:在維持電流ε方麵與U相當;在阻礙電流方麵(R+r)與R相當。由於這些內
的相似。然而這隻是通過聯想猜測的可能關係式,形成命題是否正確尚需進行理論上的論證,並需通過實驗加以驗證。
這樣提出“猜想”引導學生思考有兩點好處:
一是直接點出探索的課題,明確了本節課的主攻方向,激發學生的定向思維活動,有助於在指導學生進行理論上的論證時有明確的方向性,便於推導出有關的規律和公式。
二是培養學生把未知的事物和已知的事物對比,學會“類比法”,並進行“科學猜想”,培養學生的聯想力、想象力和創造性思維能力。
2)運用理論分析和邏輯推理的論證方法導出閉合電路的歐姆定律的公式。
在上述“猜想”的基礎上,引導學生運用能量守恒定律和焦耳定律,
教師不要代替學生論證,而是提出係列研究性的思考題引導學生自己推導得出結論。
①在閉合電路中電流流動一周,有幾個做功過程?有幾個能量轉化過程?
②在t時間內非靜電力做了多少功?在t時間內電流做了多少功?
③根據能量守恒定律應該得出怎樣的關係(引導學生得出關係式:εIt=I2Rt+I2rt)?
生自紿至終圍繞著問題而開展研究和推導。
義獲得了透徹的理解,而且還訓練了學生運用分析與綜合的思維方法。把閉合電路這個整體分解為三部分:電源和內、外電路,把它們從整體的聯係中暫時割裂開來,找出各自的做功過程,分別得出關係式εIt、I2rt、I2Rt,這是分析法。然後,把這三部分的做功關係根據能量守恒定律聯結起來考慮,這種聯結不是各種因素的簡單堆砌,而是根據三部分之間的內在聯係,從總體上把握事物的一種方法,這是綜合法。
推導公式的過程中還運用了演繹法。因為是從能量守恒定律這個一般原理出發推導出閉合電路的歐姆定律這個特殊結論的,所以閉合電路的歐姆定律可視為能量守恒定律的一個具體表現。在教學中既要引導學生掌握物理規律的一般性,也要注意它們的特殊性。整個推導過程訓練學生運用分析、綜合和演繹法,從而培養學生邏輯思維和運用數學解決物理問題的能力,培養學生用舊知識來處理新問題和運用知識的能力。
3)通過設計實驗來驗證理論論證導出的公式的正確性。
變換導出ε=I(R+r)=U+U’這一關係式後,還要通過設計實驗來驗證這一
關係式的正確性,即通過實驗來驗證電源的電動勢ε在量值上等於外電路上的電壓U和內電路上電壓U’之和。這樣不但可以使學生對閉合電路歐姆定律獲得更透徹的理解,而且可以具體體會理論分析和實驗驗證這一科學方法的全過程。
驗證性實驗和探索性實驗在物理教學中同等重要,它們都是研究物理規律的重要方法。驗證性實驗具有目的性強,減少盲目性等優點,在物理學研究中,很多規律都是采用先通過理論推導出結論,然後再用實驗檢驗的方法從而被人們確認的。因此,在中學物理教學中培養這方麵的能力也是非常必要的。