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中学物理名师讲座(第一讲)蒋大桥老师


做一名有思想的 物理老师
蒋大桥

——从“悟”理谈起 物理,悟理! 不悟无理。 理在物中, 理在悟中。 学物之理, 悟人之理。

关于“位移”和“路程”
人生之路如同位移和路程,选择正 确的方向很重要。如果没有正确的 方向,即使有很长的路程,位移也 可能很小。

参考系——“换位思考”

/>? 对于同一物体的运动,当选择不同的参 考系时,对运动的描述一般是不同的。 ? 运动本身是绝对的,但对运动的描述却 是相对的。
——人与人之间通常会在看法不一时产生矛盾,就是 因为缺少了换位思考。在你看来认为是正确的东西, 在他看来未必就是正确的。人要学会选择不同的角 度看问题,学会换位思考。 ——教师总习惯站在自己的立场上“发号司令”,如 果换位思考,站在学生的立场上去思考,就会更多 地知道学生在想什么,需要什么。

被抹杀了个性的“质点”
? 在牛顿的眼里,万物皆可视为质点,物 体丰富的个性被抹掉, “质量”成为其 统一的标志。
——在不合理的教育体制下,学生就像一个个 的“质点”,教育磨灭了他们丰富的个性, “考试分数”成为其统一的标志。

关于“合力”和“分力” ? 合力不一定大于分力。只有当各 个分力的方向大致相同时,合力 才大于分力。
——对于一个集体,只有将每个人都团结起 来并统一思想朝一个方向共同努力时,这 个集体的力量才会更强大。如果缺乏共同 的方向,即使个人力量再强大,整个集体 也可能是毫无战斗力的。

关于“力、功、能”
? 有力不一定做功,用力不当就会“徒劳无 功”。而做功也有正有负,只有对物体不 断做正功时,物体的动能才不断增大。 ——我们希望学生努力学习、用功学习,但 一定要激发学习的学习动力,指导学生正 确的学习方法。

热和功——教师对学生的两种关爱
? 热和功是改变物体的内能两种方式, 这两种方式对改变内能是等效的。
——教师对学生的关爱,有时是一席温暖的谈话 (如同热传递),有时是一句严厉的批评(如 同做功),方式虽有不同,效果应该相同。

“物理”一词的来由

判天地之美 析万物之理
——庄子
? 出自《庄子·天下第三十三》 天下大乱,贤圣不明,道德不一,天下多得一察焉以自好。譬如耳 目鼻口,皆有所明,不能相通。犹百家众技也,皆有所长,时有所 用。虽然,不该不遍,一曲之士也。判天地之美,析万物之理,察 古人之全,寡能备于天地之美,称神明之容。是故内圣外王之道, 暗而不明,郁而不发,天下之人各为其所欲焉以自为方。悲夫,百 家往而不反,必不合矣!后世之学者,不幸不见天地之纯,古人之 大体,道术将为天下裂。

天地有大美而不言, 四时有明法而不议, 万物有成理而不说。
——庄子

? 庄子《知北游》第二节:“天地有大美而不言,四时有明法而 不议,万物有成理而不说。圣人者,原天地之美而达万物之 理,?”

细推物理须行乐, 何用浮名绊此身.
——杜甫
? 出自杜甫《曲江对酒》 一片花飞减却春,风飘万点正愁人. 且看欲尽花经眼,莫厌伤多酒入唇. 江上小堂巢翡翠,苑边高冢卧麒麟. 细推物理须行乐,何用浮名绊此身.

高怀见物理 和气得天真
——于右任

对联

境自远尘皆入咏 物含妙理总堪寻
原意是:远离喧嚣红尘的环境都是可以入诗文的, 蕴涵哲理的东西都是可以追寻的.

“物理学”的来由

从希腊文到中文
? 希腊文Φνσικα(自然) ? 英文physics ? 日本人翻译成“物理学”

从亚里斯多德到牛顿
? 亚里斯多德(公元前384— 322):《物理学》 ? 伽利略(1564~1642):《两 种新科学的对话》 ? 牛顿(1642—1727):《自然 哲学的数学原理》

从“格致学”到“物 理学”
? 格致学(1845年——1902年) 1902年京师大学堂在格致科下设 物理学课目,1912年改格致科为 理科,下设物理门.同年金陵大学 设物理学课目,1918年商务印书 馆出版了由陈幌编写的《物理 学》,这是第一本国人命名为 《物理学》的“physics”著作。 ? “格物致知”一词源于儒家“致 知在格物,格物而后知至”的思 想。

什么是物理学?

? 物理学是研究物质结构和物 质运动基本规律的学科。

从高中物理看“物质运动的基本规律”
模块 力学 物质 质点 运动 机械运动 规律 牛顿运动定律 动量守恒定律 机械能守恒定律 热力学定律 库仑定律 欧姆定律 楞次定律 电磁感应定律 惠更斯原理 波动图象

热学
电磁学

分子
电荷 质点 (介质) 光子、 原子、 原子核

热运动
电荷在电、磁场中的运动 /电流 机械振动在介质中的传播

机械波 光学/ 近代物 理学

光在真空与介质中的传播 微观粒子的高速运动

反射定律 折射定律 质能方程 测不准原理 狭义相对性原理

物理教师的“三部曲”
? 研究物理怎么教?——教法(教是为 了不教) ? 研究物理怎么学?——学法(学是为 了终身学习) ? 怎样做到师生教学合一?——教学法

物理“怎么教?”——教材教 法 ? 物理概念教学
? ? ? ? ? 物理规律教学 物理实验教学 物理习题教学 物理专题教学 物理复习教学
物理难, 难在概念!

一、搞好衔接教学 初中→高中→大学,构建螺旋上升的知识体 系。 二、搞好复习教学 初三、高三总复习,打破教材章节,重整结 构,纵横联系,推陈出新。 三、为迁移而教 “类比——迁移”教学法。

物理“怎么教?”——教法研 究

物理“怎么学?”——学法指 一、把方法教给学生 导 ——将“科学方法”转化为“学法”
(1)观察与实验 (3)分析与综合 (5)数学方法 (7)理想化方法 (9)等效法 (2)归纳与演绎 (4)假说与验证 (6)类比方法 (8)外推法

? 科学是一种方法,它教导人们,一些事物是怎样被 了解的,什么事情是已知的,现在了解到什么程度 (因为没有事情是绝对已知的),如何对待疑问和 不确定性,证据服从什么法则,如何去思考事物, 做出判断,如何区别真伪和表面现象。 ——费曼

物理“怎么学?”——学法 指导
二、把时间还给学生
—— 培养三种学习能力

(1)自主学习 (2)合作学习 (3)研究性学习

关于物理概念教学的几点思考
1.概念的形成

2.概念的发展与认知发展规律
3.概念体系的建立

概念的形成——加速度
参考系 坐标 质 点 时标 位置 时刻 位移 速度 时间 加速度

概念的发展——质量
初中 经典 力学 高中 质量的测量 牛顿运动定律 弃“质”保“量” 惯性质量

万有引力
动量与动能 光子的质量 质量亏损

引力质量
质量与速度无关 动质量 静质量

相对论

质速关系
质能关系

相对论质量
质能方程

概念的发展——速度
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1、速度概念的逐步拓展 初中“速度”——平均速度的大小 高中1——速度的矢量性(区分速度与速率、速度的合 成与分解) 高中2——速度的瞬时性(平均速度、瞬时速度、平均 速率、瞬时速率) 高中3——速度的相对性(相对速度) 高中4——类比引入角速度(线速度与角速度) 高中5——机械波的波速(区分振动速度) 高中6——电磁波的波速/光速 高中7——速度的极限/光速不变原理 2、速度与其他概念之间的关系的探讨 速度与动能 速度与动量 速度与质量

概念的认知发展规律
从现象到本质 从感性到理性
从具体到抽象 从定性到定量

光 浮力
电荷 动能

光线

光波、光子

浮力是对物体产生的一个 物体上下表面的所受的 向上托的力 压力差 带电的小球 物体由于运动而具有的能 点电荷(理想化模型)

1 Ek ? mv 2 2
(高中)W ? Fs cos ?
自感电动势 电磁场 洛伦兹力 实验探究

从特殊到一般
从一般到特殊 从分立到统一 从宏观到微观


电动势 场 磁场力

(初中) W ? Fs
感应电动势 电场和磁场 安培力

从理论到实践 弹性势能 理论分析

电学量概念体系(横向)
电功率 力 时 间 电 量 电场力 电场强度





电势能













电势差

电阻率

电动势

“能量”概念体系(纵向)
模块 力学 机械能 概念 动能 重力势能/引力势能 弹性势能 热学 电磁学 光学 物体的内能 电磁能 分子动能 分子势能 电势能/电场能 磁场能

光能 E=hν(量子论) 核能 物质的总能量 E=mc2(相对论)

原子与原子核

? 一个概念从形成、发展,直到形成体系,是需
要一个过程的。由于从初中到高中乃至大学的

整个学习进程中,物理教材呈现出螺旋上升的
结构特点,因此老师在教学时必须始终关注与

思考:某个概念在什么地方“开始出现”、
“再次出现”、“反复出现”?每次出现以后

对教学提出了什么样的新的要求?

物理概念教学设计——“问题策略”
1 2 3 4 为什么要引入这个概念?最初是怎么来的?如何引入这个概念? 它是怎样定义的?有定义式吗? 这个概念和以前学过的哪些概念容易混淆? 这个概念有何应用? 看看它是哪种类型的物理量? ①是基本量还是导出量? ②是矢量还是标量? ③是过程量还是状态量? ④是常量还是变量…… 这个物理量的单位是什么?从单位能看出它的物理意义吗? 求解这个物理量有哪些方法? 如何测定这个物理量?是直接测量还是间接测量?有几种测量方法? 这个物理量和别的物理量有何关系?这种关系将反映出什么样的物理 规律?

5 对 物 理 量 而 言

6 7 8 9

物理概念教学的几种模式
“子概念——概念”模式 “理论——生成”模式 “实验——探究”模式 “类比——迁移”模式 “甄别——归纳”模式 “目标——诊断”模式

类比——迁移教学法
——《磁场》单元教学分析

类比方法
A类对象具有a、b、c、d属性
根据 B类对象具有aˊ、bˊ、cˊ、dˊ属性 对比 aˊ、bˊ、cˊ跟a、b、c相似

推论 B类对象可能具有属性dˊ,且dˊ与d相似

? 类比像闪电一样,可以照亮学生所学学科的黑暗 角落。—— 苏联学者瓦赫罗夫 ? 我重视类比胜于任何别的东西,它是我最可信赖 的老师,它能揭示自然界的秘密。—— 开普勒 ? 每当理智缺乏可靠论证的思路时,类比这个方法 往往能指引我们前进。——康德 ? 在物理学上往往因为看出表面上互不相干的现象 之间相互一致之点而加以类推,结果意想不到有 了很重要的进展。——爱因斯坦

? ? ? ? ?

类比——就是拿“未知”和“已知”作对比, 在“陌生”和“熟悉”中徘徊,在“模仿”中 进行“创新”。 类比——就是“同中求异、异中求同”。 类比——能启发思维,提供解决新问题的线索。 类比——如同架设一道桥梁,让新旧知识沟通 起来,能使新的知识变得更易于接受和理解, 能快速推进学习,做到事半功倍的效果。 类比——是一种教学策略,能构建一种新的教 学模式。

迁移——从“学会”走向 “会学”
一种学习 引力场 静电场

另一种学习 静电场 磁场

机械振动
机械波/声波

电磁振荡
电磁波/光波

两种现象的类比
项目 发现 电现象 磁现象 ①带电体可以吸引轻小物体 ①天然磁石可以吸引铁钴镍 (极化) (磁化) ②摩擦起电、静电感应 ②电流的磁效应(奥斯特实验)

场源 定性

①两种电荷(正、负)、 ②基本电荷(量子化)
同种电荷相斥, 异种电荷相吸 电荷——电场——电荷 库仑定律(中学) 摩擦(感应)起电的实质 ——电子的转移

两个磁极(N、S) 电流 同名磁极相斥,异名磁极相吸 同向电流相吸,反向电流相斥 磁体——磁场——磁体 磁体——磁场——电流 电流 ——磁场——电流 安培定律(大学) 磁现象的电本质 ——安培分子电流假说

引入“场” 定量 从现象到 本质

两种场强的类比
项目 电场强度E 磁感应强度B

探测元
定义式
E?

试探电荷q
F (比值定义) q
B?

电流元IL
F (比值定义) IL

理解
方向 单位

E与F、q无关,由电场本身决定
E的方向与F的方向相同或者相 反 N/C或V/m

B与F、I、L无关,由磁场 本身决定 B的方向总与F的方向垂直 T——特斯拉

矢量性
其它

矢量,服从场强叠加原理
U E? d

矢量,服从场强叠加原理
B? ? S?

(匀强)

(匀强)

两种场线的类比
项目 电场线(静电场) 磁感线 形象描述场的强弱与方向,实际不存在

曲线上某一点的切线方向为场强的方向 相似
场线越密的地方,场越强 空间任何两条场线不相交 不代表带电粒子运动的轨迹 从正电荷(或无穷远) 出发,终止于负电荷 不同 (或无穷远),电场线 不闭合。 外部从磁极的N出发回到 S极,内部从S极到N极。 磁感线一定是闭合曲线。

常见的电场、磁场的类比
项目 电场 磁场

最基本的场

单一的点电荷的电场
Q E?k r

无限长的直线电流的磁场 (安培定则)
B ? k? I r

最简单的场

匀强电场 ①两个同种电荷的电场 ②两个异种电荷的电场 ③带电导体表面附近的 电场

匀强磁场 ①环形电流的磁场(安培定 则) ②通电螺线管的磁场 ③地磁场

其它典型场

两种场力类比
项目 静电力 安培力 洛伦兹力

大小

F ? Eq
①当q为正时,F的方 向与E的方向相同; ②当q为负时,F的方 向与E的方向相反。

F ? BIL sin ?
F的方向总是垂 直于B和I所确定 的平面(左手定 则)

F ? qvBsin ?

方向

F的方向总是垂 直于B和v所确定 的平面(左手定 则)

说明

通电导体放在磁 电荷在磁场中运 电荷在电场中运动, 场中,不一定受 动,不一定受到 一定受到电场力作用 到安培力作用 磁场力作用

带电粒子在匀强场中的运动规律类比
类别
直线 运动

初始条件
初速度方向 与场线平行

匀强电场
匀变速直线运动 匀变速曲线运动 (类平抛) qUl2 ①偏转距离 y ? 2
2m dv0

匀强磁场
匀速直线运动 (一维) 匀速圆周运动 (二维) mv ①半径 r ? qB 2?m ②周期 T ? qB 空间螺旋运动 (三维)

初速度方向 与场线垂直 曲线 运动 初速度方向 与场线斜交

②偏转角

tan? ?

Uql 2 m dv0

匀变速曲线运动 (类斜抛)

两种场能类比
项目 电场 磁场

做功 的特 静电力做功与路径无关 点 W ? Uq 电场能、电势能 能量 电容器储存电场能

洛伦兹力始终不做功
磁场能 通电线圈储存磁场能

安培力做功对应着电能的 静电力做功对应着电势 变化:安培力做正功,电 功能 能的变化:静电力做正 能转化为其它形式的能; 关系 功,电势能减少;静电 安培力做负功,其它形式 力做负功,电势能增加。 的能转化为电能。

学会将复杂的物理问题分解
布鲁纳的著名假设: 任何学科都能够用在智育上 是正确的方式,有效地教给任 何发展阶段的任何儿童 。
何为智育上是 正确的方式?

? 对基础差的学生也可以讲复杂 的问题。 ? 讲解复杂问题需要分步到位。
——因为复杂的问题其实就是由若干简单基本的 问题综合而成。如果你能做到把复杂的问题分 解成若干较为简单的问题(分阶梯,由浅入 深),然后进行综合处理(深入浅出),这就 是合适的方式。

问题分解一(撤去拉力前 )
(1)判断运动:AB是否发生相对滑动? (2)分析受力 :A、B各自受到哪些力的作用? (3)求加速度:A、B的加速度各是多少?

(4)求速度:撤去拉力时,A、B的速度各为多大?
(5)求位移:A、B的位移各为多大?相对位移又是多少?

问题分解二(撤去拉力后 )
(6)撤去F后, A、B各自如何运动?其加速度为多少? (7)经多长时间A、B达到共同速度?共同速度是多大?
(8)这段时间内,A、B的位移各为多少?相对位移为多少? (9)A、B达共同速度后如何运动?它们的加速度各为多大? (10)它们是否同时停下来? (11)此过程A、B的位移各为多少?相对位移又为多少?

整合:综合以上过程,能否得到答案?

规划职业生涯

七个阶段
? (1)职前准备期:主要指大学四年的职 业学习及见习、岗位培训等; ? (2)上岗适应期:大约一、二年时间; (3)快速成长期:从初步适应后到30岁 高峰期; ? (4)“高原”发展期:30岁至40岁; ? (5)平稳期:40岁至50岁; ? (6)缓慢退缩期:50岁至60岁; ? (7)平静退休期。

感悟教育真谛 品味物理人生
——自勉联

关于“教育真谛”
? ? ? ? 教育的真谛是唤醒! 教育的真谛是呵护人性! 教育的真谛是塑造灵魂! 教育的真谛是爱,是感动!

悟理人生:十年磨一剑!
咬定青山不放松, 立根原在破岩中。 千磨万击还坚劲, 任尔东西南北风。
——郑板桥《竹石》

THANKS!
2014/03/21


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