高中物理教学论文 试论物理学科能力的三个层次.doc

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1、试论物理学科能力的三个层次国家教育部考试中心副主任应书增先生在答记者问中读到物理学科能力的三个层次为：知其然，知其所以然，举一反三。　　　　前几年，国家教委考试中心的《物理科高考说明》中把物理学科能力归纳为五个方面，即理解能力、推理能力、分析和综合能力、运用数学处理物理问题的能力以及实验能力。应先生的“三层次说”是对“五方面论”的发展和完善，并且语言更简洁，大众易记易懂。五方面论是对物理学科能力的横向展开、具体阐释，三层次说是对物理学科能力的纵向说明。五方面是并列的，三层次是递进的，一层比一层高。本文试图结合高中物理对“三层次”加以理解和说明。　　　　一、知其然——理解物理概念和规律的内

2、容和表达。7用心爱心专心　　　　物理概念，是物理知识的概括，是物理推理的语言，是物理实验的结晶。学习物理，首先要理解概念，而不是背定义。要理解概念，必须知道该概念所描述的物理对象、物理定义，了解它的来源，知道它的定义、单位，是矢量还是标量，是状态量还是过程量等等，还要知道它与其他相近、相似物理概念的区别与联系。例如加速度这个概念，首先要知道它是表示物体运动状态变化的快慢的物理量（物理定义），它的表达是通过速度的变化与时间的比值来实现的，即单位时间内速度的变化。它的定义式是a＝(υt－υ0)/t，它的单位是米每二次方秒（不可读米每平方米，更不能读为每平方秒米），字母为m/s2，写作米/秒2

3、，它是矢量，它的方向是速度变化的方向。它是状态量，与某一时刻相对应。要注意加速度与速度的区别：速度表示物体运动的快慢，加速度不表示运动的快慢。某物体运动时，速度大加速度不一定大甚至可为零，如高速匀速运动的列车，υ很大，但a＝0；加速度大速度不一定大，如枪瞠中运动的子弹，加速度很大，其速度直到飞出时才很大。再如竖直上抛的物体，上升到最高点时，速度为0，加速度为g。　　　　对于物理规律，包括定律、定理和公式，要理解它的适用范围（条件）及结论，知道它的表达（文字表述、公式表达和图象表示），理解规律中各个物理量之间的变化关系及每个物理量的含义、字母及单位，还要知道是矢量式还是标量式。例如动量守恒

4、定律，它的适用条件是系统不受外力或所受外力合力为零或者外力合力远小于内力，其适用范围非常广泛，从宏观到微观，从低速到高速，从２个物体的系统到多个物体的系统，从正碰（同一直线）到斜碰，从碰撞、打击到反冲、爆炸，因而是自然界最普遍的规律之下。它在两个物体正碰条件下的表达式为m1υ１＋m2υ2＝m1υ１'＋m2υ2'，此式为矢量式，在应用中先选定正方向，然后用“+”、“－”号表示其方向，可用代数运算代替矢量运算。动量守恒定律与机械能守恒定律的区别：一是条件不同，前者是合外力为零，后者是系统外力不做功并且系统内力中只有重力和弹力做功，也就是没有摩擦力等做功，二是表达式的意义不同，前者为矢量式，后

5、者为标量式。　　　　二、知其所以然——了解物理概念和规律的来龙去脉。7用心爱心专心　　　　物理概念和规律，在物理学史上有其产生和发展的过程，了解这个过程，有利于深入理解这些概念和规律，也有利于培养学生的科学思维能力——象物理学家那样思考物理问题。　　　　在物理教材和物理教学中，物理规律的来源主要有三种，一是实验列出，如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第中磁感应定律、光的反射和折射定律、气体三定律等；二是推理得出，一般教材中是用已经学过的知识（定理、定律）来推导新的规律，如牛顿第一定律、万有引力定律、动量守恒定律、机械能守恒定律、气态方程、洛仑兹力公式、透镜成像公式等。三是不加推导而直接告诉学

6、生的，如单摆周期公式、爱因斯坦光电效应方程和质能方程（Ｅ＝mC2）。　　　　对于第三种，要尽量用实验去介绍，甚至学生动手做实验去体验。对于第二种，不仅教师要详细讲解，学生也要在认真听讲和读书的基础上自己能够推导或论证，这不仅能够培养学生的推理、论述、表达能力，还能使学生对此规律的理解更深刻。　　　　例如带电粒子在硬物中所受洛仑兹力公式f＝Bqυ（υ与B垂直时）是由安培力公式F＝BIL推导出来的，而后者是从实验中得出的。推导过程如下：　　　设在一匀强磁场中，垂直于磁场方向放入一段长l(m)的通电导线，导线中自由移动电荷的密度为n(即单位体积内电荷数)，每个电荷的电量为q(C)，定向移动的速

7、度是υ(m/s)。因此，截面A右侧υt(m)长的导线中的自由电荷，在t(s)内全部通过截面A（如图１，A、B间为导线L的一部分），这些自由电荷的电量Q＝q·nsυt（S为A、B截面面积(m2)）。根据电流强度的定义，导线中的电流：I＝Q/t，即I＝qnsυ。　　　　磁场对这段导线的作用力（安培力）为：　　　　f＝BIL＝BnqsυL　　　　而长度为L(m)的导线的运动电荷的总数为N＝nsL，所以单个运动电荷受到的力为：　　　　f＝F