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美國高校公開課對(duì)高中物理課堂的啟迪論文
對(duì)于高中物理，筆者在實(shí)際教學(xué)中了解到學(xué)生存在這樣一種心理，高中物理知識(shí)枯燥無味，書本上的知識(shí)在工作、生活中使用的機(jī)會(huì)很少。大學(xué)教師則反映中學(xué)物理與大學(xué)內(nèi)容脫節(jié)，教學(xué)中存在學(xué)生動(dòng)手能力差，基本的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)不夠等現(xiàn)象[1].在學(xué)習(xí)麻省理工學(xué)院沃爾特·列文（Walter Lewin）教授的公開課的過程中，筆者受到諸多的啟發(fā)，現(xiàn)將部分列出，以供廣大教師學(xué)習(xí)和借鑒。
一、治學(xué)態(tài)度要嚴(yán)謹(jǐn)
物理是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中往往會(huì)把物理當(dāng)數(shù)學(xué)看待，認(rèn)為只要能得到正確的數(shù)字就好，而忽視了單位、小數(shù)點(diǎn)的保留及誤差分析等問題。為端正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，引用沃爾特·列文“經(jīng)典力學(xué)”一節(jié)課上的例子。
在驗(yàn)證“一個(gè)躺在床上的人要比站著的時(shí)候要高一些”的觀點(diǎn)時(shí)，沃爾特·列文教授現(xiàn)場請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)做實(shí)驗(yàn)（如圖1、圖 2所示）。測量結(jié)果表明，該學(xué)生站著時(shí)身高為183.2 cm,躺著時(shí)為 185.7 cm,該學(xué)生在躺著時(shí)要比站著高出2.5 cm,測量用的尺子精度為 0.1 cm,雖然其中有±0.2 cm 的誤差，但也足以反映其身高確實(shí)發(fā)生了變化。如果改用精度為1 cm 的米尺，就會(huì)有±2 cm 的誤差，無法得到正確結(jié)論。借用沃爾特·列文教授的一句話，“如果不考慮誤差，任何測量都將沒有意義”.
在“失重和超重”這節(jié)課中，為了描述失重這一狀態(tài)，部分教師會(huì)在不經(jīng)意中用到“零重力”這個(gè)詞，而沃爾特·列文教授在課上明確指出了這個(gè)表述是錯(cuò)誤的，可以說一個(gè)物體“零重量”,但不可以說一個(gè)物體“零重力”.例如，一架飛機(jī)在空中，不管它的引擎是開是關(guān)，甚至是自由落體，重力永不為零，而自由落體時(shí)沒有的是重量，不是重力。如果學(xué)生錯(cuò)誤地把“失重”用“零重力”來表示，那么他自然地就會(huì)把它理解成不需要考慮重力的影響，從而導(dǎo)致受力分析錯(cuò)誤。
二、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)矛盾，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
所謂創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)矛盾，并不是指實(shí)驗(yàn)本身有問題，而是通過教師的精心設(shè)計(jì)，悄悄改變一些不易察覺的實(shí)驗(yàn)條件而得出矛盾的現(xiàn)象過程。這種實(shí)驗(yàn)最容易調(diào)動(dòng)學(xué)生的求知欲，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師再以此為契機(jī)引導(dǎo)學(xué)生，獲得實(shí)驗(yàn)背后的物理道理。巧妙的實(shí)驗(yàn)矛盾創(chuàng)設(shè)會(huì)使學(xué)生由被動(dòng)接受變成主動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效率必然顯著提高[2].
在“牛頓定律”中有這樣一個(gè)問題（如圖3、圖4 所示），一重物被一根較細(xì)的輕繩吊在天花板上，重物下端系有同樣的細(xì)繩，當(dāng)用手向下緩慢地拉下面的細(xì)繩時(shí)，哪根先斷？如果用手向下猛拉下面的細(xì)繩時(shí)，情況又怎樣？
該實(shí)驗(yàn)中的道理很簡單，教師可以通過受力分析，用牛頓定律解釋兩種不同的結(jié)果。如果慢拉，上面的繩子先斷，如果猛地拉，下面的繩子先斷。但是如果只是單純的理論講解，學(xué)生的感悟不夠，經(jīng)過一段時(shí)間后很容易遺忘。
沃爾特·列文教授就把它創(chuàng)設(shè)成一個(gè)矛盾實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前先讓學(xué)生判斷哪根繩子會(huì)先斷。當(dāng)大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為上面會(huì)先斷時(shí)，就猛拉細(xì)繩讓下面的輕繩先斷。讓學(xué)生再次判斷，改變實(shí)驗(yàn)條件緩慢拉動(dòng)繩子，這次換上面的輕繩先斷。兩次結(jié)果完全不同，從而順?biāo)浦厶岢鲑|(zhì)疑。
此時(shí)學(xué)生便會(huì)陷入困惑，強(qiáng)烈的好奇心會(huì)驅(qū)使他們?nèi)ふ覂蓚�(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異背后所隱藏的道理。教師可以稍加點(diǎn)撥，提醒學(xué)生思考兩次實(shí)驗(yàn)條件的區(qū)別。最后由學(xué)生自己感悟，兩次拉繩子的快慢不同。緊接著和學(xué)生一起探討拉繩子的快慢導(dǎo)致受力的不同，最后教師再給出正確解釋。經(jīng)過這樣一系列的過程，學(xué)生明白一個(gè)道理：即使是相同的實(shí)驗(yàn)裝置，如果實(shí)驗(yàn)的條件發(fā)生了微小的改變，其結(jié)果可能截然相反。由此強(qiáng)調(diào)在解題過程中也一定要把前提條件看清楚，否則只是做無用功。
三、演示實(shí)驗(yàn)必須易于觀察
好的演示實(shí)驗(yàn)一定是便于觀察，現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃寣W(xué)生更好地理解。在設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)[3].
在講到正負(fù)電荷的時(shí)候，一般教師都會(huì)解釋絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電，并且還會(huì)演示摩擦后的帶電棒可以吸附輕小物體。這對(duì)學(xué)生認(rèn)知靜電相互作用有一定的幫助，但同時(shí)也會(huì)存在很多的問題。例如，帶電棒是否因紙片潮濕而粘在一起，紙片受到擾動(dòng)會(huì)掉落下來，紙片過小不易全班觀察，無法得知正負(fù)電荷之間的作用規(guī)律。總的來說，此實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的視覺沖擊感并不強(qiáng)，無法很好地激起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。
而沃爾特·列文教授的實(shí)驗(yàn)演示，解決了上面所說的問題，實(shí)驗(yàn)過程為：用絲綢摩擦玻璃棒使其帶正電→帶電玻璃棒可以吸引不帶電的氣球→同種電荷相互排斥→異種電荷相互吸引（如圖 5所示）。
帶電玻璃棒能夠吸附輕小物體是由于電極化的原因，通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)所有的學(xué)生都能明顯看到氣球偏向了導(dǎo)體棒（如圖 5b 所示）。實(shí)驗(yàn)簡單明了，視覺沖擊強(qiáng)。同時(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)還可以演示同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。
氣球的球殼是由導(dǎo)體材料構(gòu)成，通過接觸的方式，先把玻璃棒上的電荷傳導(dǎo)給氣球，此時(shí)氣球和玻璃棒帶的是同種電荷，我們發(fā)現(xiàn)氣球與玻璃棒的排斥作用明顯 （如圖 5c 所示）。另外拿一根毛皮摩擦過的橡膠棒，靠近氣球時(shí)可以發(fā)現(xiàn)氣球被吸引（如圖 5d 所示），畫圈的黑色棒為橡膠棒。
上述演示實(shí)驗(yàn)易觀察并且能夠同時(shí)解釋電極化現(xiàn)象、接觸起電，以及靜電的相互作用這三個(gè)物理現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)材料簡單易尋，極大地簡化了實(shí)驗(yàn)過程并達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。
四、結(jié)語
物理這門學(xué)科之所以可愛，在于它就來源于生活中，有些時(shí)候它稀疏平常隨處可見，但有時(shí)又很奇妙且耐人尋味。在高中課堂中，教師應(yīng)該充分地利用這些特點(diǎn)，讓學(xué)生深刻體會(huì)到物理的可愛，從而樂于去了解、學(xué)習(xí)和欣賞它的美。沃爾特·列文教授嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、豐富的學(xué)識(shí)和幽默風(fēng)格都讓筆者深深地感到敬佩，它山之石可以攻玉，教師應(yīng)積極學(xué)習(xí)和借鑒他人的優(yōu)點(diǎn)，并納為己用，才能一步一步成長為名師。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王景文。新課改下高中物理教學(xué)中的問題及其對(duì)策[J].中國校外教育（上旬刊），2014（1）：84.
[2] 張志樹。優(yōu)化高中物理課堂的策略探討[J].中學(xué)物理，2014（23）：37-38.
[3] 張主方，楊鳴華。新課程背景下中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能的再思考[J].物理教師，2009（7）：6-9.
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