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第25章 创造性地学习物理使思维变得富于创新

当今知识经济时代,创新对于人的生存与发展意义是不言而喻的。物理学由于其丰富的内涵,使我们学习物理的过程就是提升我们创新意识和能力的过程成为可能。创新能力和创新意识,只有在创新过程中才能提升。而学习过程中的创新,就其内容来说,只需对自己来说是创新的,就是创新。因此只要我们在学习过程中,想了我们自己没有想过的问题,在新情景中运用了我们没有运用过思路和方法,解决了我们自己没有解决过的难题,都是创新过程,都可提升自己的创新意识和能力,尽管这些事别人是想过的,这些思路和方法别人是在这个情境中运用过的;这些难题别人已经解决过。如何在学习物理过程中使自己的思维富于创新呢?这一点新课程的教材为我们做了许多工作。

1畅 理论联系实际

学习了物理知识后,我们以所学的物理知识去思考生活中的事件,肯定是新的思考,是个创新的过程。因为生活中的实际问题往往是多因素的。而物理知识一般是忽略次要因素和无关因素的。从物理角度去思考生活中事件需要对生活事件分析与研究,抓住主要因素,忽略次要因素。这个过程对学习来说是个充满创新的过程。

例如新课程必修枟物理枠(1)第二章“匀速直线运动”一章首图是上海磁悬浮列车的照片,图下有一段话“? ?据报道,上海磁悬浮总长33km,一次试车时全程行驶了7min30s,其中以430km/h的最高速行驶约30s,磁悬浮列车的速度比汽车快得多,是不是它的加速度也很大?学过这一章后你会看到,根据报纸上的数据,再根据实际情况做些简化的假设,你自己就能估算它的加速度。”

这是一个活生生的生活问题。引用的数据完全是原始的。我们联系加速度知识分析上述问题,对于高中学生来说,要想很多前所未想的问题。

首先,应该有个定性估计:因为全程行驶时间7min多,中间匀速行驶时间只有30s。以后如果算出的加速度很大,可能就有问题了。

其次,要分析列车加速与减速是否均匀的,这一点实际中并不知道,但我们能算的只有均匀的问题,而且是估算。实际影响列车行驶加速与减速不均匀的因素似乎很微弱可略于不计,就是均匀了。同时还要考虑不同的可能性,一种情况是列车加速时的加速度很大,但减速时加速度(绝对值)比较小,也可能相反。如果前一种情况,列车牵引力,也就是列车的动力会很强,对发动机的要求比较高,好像没有这个必要;后一种情况类似于急刹车,正常运行中似乎没有必要急刹车。于是我们假设列车匀速行驶的过程处于运行的中段,加速阶段和减速阶段所用的时间相同。

这样一个实际问题就变成了理想的物理模型:“物体从静止开始做匀速直线运动,在3 。5min的时间内速度达到430km/h,求物体的加速度。”从而不难求得列车的加速度是0畅57 m/s2.

0 。57m/s2 这个数据,我们联系实际想一想,重力加速度大约是10m/s2,列车的加速度大约是它的1/20,乘坐磁浮列车加速大概是很平稳,不能跟宇宙飞船的起飞相比,甚至不会有小汽车加速时体会到的“推背”感觉。

上述过程我们创造性的思考问题不是在加速度的计算。而是把一个实际问题变成理想的物理理论的过程。是把物理理论结合实际的过程,这一过程提高了我们的创造性!

新课程的教材中,类似于上面的例子比比皆是。提升我们的创新意识和能力,需要我们把理论的问题与实际的问题联系起来思考。例如我们常见的做习题:

例题 已知汽车质量为 m,行驶速度为 v0,汽车安装有防抱死刹车系统(ABS),制动力恒为 f,设驾驶员的反应时间为 t0,试问从驾驶员发现情况到紧急制动停车,汽车共经过多少距离?

不难求得:s= m2 vf20 v0 t0

求得结果后我们不妨想一想,这是一个交通安全的问题:汽车的制动距离s与质量为m有关,因而为了交通安全“禁超载”,又与速度v0 有关,因为了交通安全而要“禁超速”;还与反应时间 t0 有关,所以为了安全“禁酒后驾驶”。看来交通规则的“三禁”是有其物理原理的。

上述把习题与实际问题联想的过程,是多么富有创新的过程!

2畅 探究性学习物理

在学习物理过程中,如果把自己置身于自然和社会这个大课堂,主动地用所学的物理知识研究周围的世界。在解决未知的过程中一定能会用我们未用过的方法,产生我们没有想过的想法,一句话是个创新的过程。在这方面教材也给我们指引了方向。只是需要我们自己在平时的学习和生活中,随时随地留意观察周围的事物,对不明白的问题,要有问个究竟、探个明白的劲头。

例如,新课程必修枟物理枠(2)第六章圆周运动中有一道习题:

如图是自行车传动机构的示意图。假设脚踏板每2s转1圈,要知道在这种情况下自行车的速度有多大,还需要测量哪些量?请在图中用字母标注出来,并用这些量推导出自行车前进速度的表达式。

利用你家的自行车实际测量这些数据,计算前进速度的大小。然后测自行车的速度,对比一下,差别有多大?

如果我们没有把问题探个明白的劲头。只做了前面部分不难:设大小齿轮及后轮的半径 r1、r2、r3,前后齿轮角速度为 ω1、ω2

对链条来说,v= ω1r1 = ω2r2

可求得,而 ω2 = ωr2r1,而ω=2Tπ

所以自行车的速度 v1 = ω2 r3 =2Tπrr21 r3.只需测出 r1、r2、r3 则可。

上述过程,对学习者来说,创新的成分是极为有限的。如果探究出后面的实际问题,则需创造性地解决以下实际问题:

(1)脚踏板每2s转1圈,如何能做到?

(2)测量 r1、r2、r3 时,圆心如何确定?齿轮与链条的啮合是有一定厚度的,不是一条线,如果确定 r的另一端?

(3)自行车速度用什么方法测量?如何测量?

解决这些问题,才是一个创新的过程!

又例如每一册教材的后面,都安排我们进行课题研究。如果我们选择了一个对我们具有挑战性而且能完成的课题去进行探究,这一过程肯定是一个创新的过程,定能提高我们的创新意识与能力。但如果我们选了一个没有挑战性的很容易完成的课题,创新的成分就会很少,提升创新能力和意识的作用小,当然根本没有进行课题研究,就不能提升创新能力和意识。

要把学习物理的过程使自己的思维变为富于创新的过程,关键是学习过程中要有创新的意识,对未知要有强烈的探究的愿望!

(本讲作者,丁敏方:中学高级教师,物理特级教师。1980年毕业于丽水师范,1988年毕业于华东师范大学物理系,获理学学士学位。曾任第八届浙江省政协委员,首届浙江省特级教师协会理事。2000年参加了教育部委托华中师范大学举办的第二期国家级骨干教师培训。)

理解 记忆 实验 科学思维与训练

———学好高中化学的有效方法

化学是一门基础性、创造性和实用性的学科,是研究物质组成、结构、性质和变化规律的科学,它与其他科学一起帮助我们进一步认识自己,认识我们周围的世界。

高中化学由于知识面广、横向纵向联系多、疑难点密布。过去有的同学认为化学内容多、杂、乱———难学。说化学“一学就会,一听就懂,一多就乱,一长就忘”,在考试时很难得高分。这是因为许多同学在学习化学的过程中,对化学学科的特点理解不够,学习方法不是十分妥当,少数同学升入高中后仍然把初中一套习惯和方法照搬来,坚持以记忆为主要特征的学习方法,靠死记硬背,欠独立思考能力,不会归纳、总结学过的知识,养成了被动接受知识的习惯。

其实化学学科既体现了理科重视实验、重视思维推理的一面,又有文科重视读书、强化记忆的一面。知识点较琐碎繁多,各块知识间衔接紧密,看似并列,实为递进关系,知识的上下位之间关系明确。在高中阶段我们务必重视知识的理解,深刻理解化学原理,既要记住“是什么”,还要弄清“为什么”和“有多少”。在理解的基础上记忆,并能将学过的知识、方法进行归纳、总结,形成规律、方法,通过抽象、理想化的模型建立化学概念和规律。学会触类旁通,举一反三,则一定能学好高中化学,取得理想的成绩。

下面跟同学们谈谈学好高中化学的几种方法。

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