摆脱对备课的误解_机械振动论文

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人们常说:台上一分钟,台下十年功。可见,走上讲台上课之前,认真备课是多么重要!备好课是上好课的前提,这已经成为多数教师的共识。然而,在不少的情况下,往往事与愿违,认真备课的教师也有可能会自觉或不自觉地走进备课的误区,上课时出现尴尬的场面。本文通过一些课例,分析教师走进备课误区的原因,指出自我提高、走出误区的方法。

一、反复推敲教材的每一处细节

一位教师通过对比,选定了一本教学参考资料作为备课时的主要参考。在进行高一物理第七章“机械能”第一节“功”的备课时,部分采用了该书对“正功、负功”这部分内容[1]的提法。

上课时,在讲了做功的两个不可缺少因素、功的计算公式W=Fscoscα和功的单位之后,板书并讲述:正功和负功。

当0°≤α<90°时,cosα为正值,W为正值,称为力对物体做正功,或说力对物体做功。

当α=90°时,cosα=0,W=0,力对物体做零功,即力对物体不做功。

当90°<α≤180°时,cosα为负值,W为负值,称为力对物体做负功,或说物体克服这个力做功。

教师讲到这里时,稍作停顿,目的是给学生1分钟的思考消化时间。这时一位学生突然举手要求发言。在得到教师的允许之后,该生提出这样的问题:“如果α=-30°,请问力对物体做正功呢还是做负功?”

学生突如其来的发问,教师有点措手不及。但这位教师能较快地沉着下来,思考了15秒钟之后作出这样的回答:“因为,所以力对物体做正功。”

教师刚回答完,又有一位学生提出第二个问题:“如果α=210°,请问力对物体做正功呢还是做负功?”这次教师只思考了10秒钟便作出了回答:“因为210°角在第三象限里,第三象限的余弦是负值,所以力对物体做负功。”

笔者认为,课上到这里,已经进入荒唐的阶段。

图1

大学物理教材用粗体字母表示矢量,恒力的功表示为W=F·s=Fscosα,这里F·s是力矢量与位移矢量的数量积,也叫做标积。α为F方向与s方向的夹角,如图1所示。由于矢量的标积具有交换律F·s=s·F,所以两矢量的夹角只能在0°~180°之间,既不可能是负角,也不可能是大于180°的角。即不会是图1中的ψ角。

懂得了这一点,就没有必要写成“当0°≤α<90°时,……”,只要写出“当α<90°时,……”就可以了。

2003年6月和2006年11月人民教育出版社出版的第1版、第2版《全日制普通高级中学教科书(必修)物理(第一册)》都是这样表示的。1961年7月人民教育出版社出版了北京大学物理系普通物理教研室编写的《高等学校教学参考书普通物理学(力学部分)》也是这样表述的。

可见,对教材的每一处细节,教师备课时都必须反复推敲,真正弄清楚其表示的意义,才能避免在课堂上出现尴尬局面。

二、正确理解物理概念

一位教师在上高中物理教科书第二册第九章“机械振动”的第一节“简谐运动”时,讲完了机械振动的概念和书本所列举的机械振动现象之后,采用提问的方式,要求一位学生略举机械振动的实例。被提问的学生站起来后很快作出回答:“拍篮球时,篮球的上下运动是机械振动;发动机开动时,汽缸内活塞的运动,是机械振动。”

该教师使用的书本是2006年11月人民教育出版社出版的《全日制普通高级中学教科书(必修加选修)物理(第二册)》第2版,以下简称该书为“理科书本”。该书在19页是这样表述机械振动的:“物体在平衡位置附近所做的往复运动,叫做机械振动,通常简称为振动”。根据振动的这个定义,该教师对学生的回答作出这样的评价:“篮球的平衡位置在地面,拍篮球时,如果篮球上下运动的幅度较大,有可能超出‘平衡位置附近’这个范围,所以拍篮球时,篮球的上下运动不一定是机械振动。如果汽缸内活塞的运动是在竖直方向的,则汽缸内活塞的运动不是机械振动,因为活塞并非在‘平衡位置附近’做往复运动。”

对于教师的评价,回答问题的学生表示不能接受。因为他领到的书本在第2页是这样定义机械振动的:“物体(或物体的一部分)在某中心位置两侧所做的往复运动,叫做机械振动,简称振动。”他所列举的两个例子,物体都是在“某中心位置两侧”做往复运动,完全符合书本关于机械振动的定义。该学生把书本递给了教师。教师接过书本一看,这本书对机械振动的定义确实与自己所用的书本不同。该书是2006年11月人民教育出版社出版的《全日制普通高级中学教科书(必修)物理(第二册)》第2版,以下简称该书为“文科书本”。该教师看后呆站着1分钟,忘了自己正在上课,自言自语道:“同一年同一个月同一个出版社出版的两本高中物理课本,对同一个物理概念竟然有两种不同的说法,真是不可思议!”学生哄堂大笑。

学生笑过之后,那位教师作出终审裁定:“物理概念应该以理科书本所讲的为准,文科书本所讲的只能作为参考。”

笔者认为文科书本对振动下的定义是正确的,理科书本下的定义不正确。那位教师在课堂上作出的“终审裁定”是错误的。这是备课时没有正确理解物理概念,走进了备课误区的结果。

机械振动最主要的特点是往复运动,具有重复性。从广泛的意义来讲,任何一个物理量在某一个定值附近的反复变化都可以称为振动[2]。

电流、电磁场、温度、周期性化学反应时反应物质的浓度等等,在某一值附近作来回重复的变化,都称为振动。因此,从广泛的意义上说,振动存在于所有的物理现象中。在化学、生理学、气象学等等许多自然科学也会涉及各种各样的振动[3]。

“文革”后的第一本高中物理课本是由中小学通用教材物理编写组编写,人民教育出版社1979年12月出版的《全日制十年制学校高中课本(试用本)物理(上册)》。该书在第242页至243页是这样表述机械振动的:“物体(或者物体的一部分)在某个位置附近沿着直线或圆弧作往复运动,叫做机械振动。”这个表述与前面所列的两种表述有所不同,它不提“平衡位置”,也不提“某中心位置”,而是讲“某个位置”。

1983年12月,人民教育出版社出版了由刘克桓等编写的《高级中学课本物理(乙种本)上册》,该书在182页是这样表述机械振动的:“物体在某一中心位置两侧所做的往复运动,就叫做机械振动,简称振动”。这个表述比“文科书本”的表述少了“(或物体的一部分)”。

1987~1995年间人民教育出版社出版的《高中物理课本第一册(必修)》对机械振动的表述与“文科书本”相同。

1961年7月人民教育出版社出版了北京大学物理系普通物理教研室编写的《高等学校教学参考书普通物理学(力学部分)》,在该书1978年3月第10次印刷本的第158页是这样表述振动的:“物体在一定位置附近的来回重复运动,称为振动。振动是一种十分普遍的运动形式。”

上海科学技术出版社1978年9月出版了由复旦大学物理系和上海师范大学物理系联合编写的《高等学校试用教材物理学(力学)》。该书在第310页是这样表述振动的:“所谓振动,就是物体在某一中心位置附近来回往复的运动。”

拍篮球时,篮球的上下运动是机械振动但不是简谐运动。简谐运动的定义比机械振动的定义要严格得多了,地球上每年发生几百万次左右的地震(其中多数是人们没有感觉的地震)是机械振动,但不是简谐运动(目前对地震发生原因的流行说法是“板块间的挤压”)。人和动物心脏的跳动、呼吸时肺部的扩张与收缩、人走路时两手的摆动、声源的振动等等;都是振动。没有振动就没有五彩缤纷的世界,但绝大多数振动不是简谐运动;必须区分简谐运动和机械振动这两个不同的概念。

三、慎重选择例题

一位教师在上高中物理教科书第二册第十三章“电场”的第一节“电荷库仑定律”时,讲完书本的内容后,补充了下面所列的一道选择题,以培养学生的解题能力。

【题目】将两个相同的金属小球分别带电。当两者相距较远时相互静电作用力大小为F。若两个小球接触后再分开放回原处,相互静电作用力大小不变仍等于F,则两小球原来所带电荷

A.一定是等量的同种电荷

B.可能是不等量的同种电荷

C.可能是不等量的异种电荷

D.不可能是异种电荷

在课堂上经过思考和计算,约有半数的学生得出结论:C选项是唯一正确的。这部分学生以下称之为甲组学生。但也有接近半数的学生认为只有A、D两个选项是正确的。这部分学生以下称之为乙组学生。教师要求甲、乙两组学生分别派一名代表上讲台将解答过程写在黑板上。两组学生写出的计算过程是相同的,但选择的答案是不同的。现把他们的解答过程抄录如下。

解:本题的解答分两步进行。

甲组学生认为:根据式(1),立即可以确定选项B是错误的;根据式(2),又可以确定选项A、D也是错误的,只有选项C是唯一正确的。

根据本节书所讲的元电荷理论[4]:“电子和质子带有等量的异种电荷,电荷量。实验指出,所有带电体的电荷量都是电荷量e的整数倍。因此电荷量e称为元电荷。”乙组学生认为:无理数是无限不循环小数,式(2)中的电荷量起码有一个不等于元电荷e的整数倍或分数倍(分数可以表示为有限小数或无限循环小数)。可见,事实上,人们不可能使两相同金属球分别带上有式(2)关系的电荷量,否则不仅要推翻元电荷理论,甚至还要推翻夸克理论[5]:“60年代以来,在高能物理的研究中提出了一个设想,认为质子、中子等粒子是由更基本的夸克组成的,夸克所带电荷量是元电荷的1/3或2/3”。上述表明C选项无疑是错误的,只有A、D选项才是正确的。

上这节课的教师,原来备课时的想法与甲组学生相同,认为选项C是唯一正确的。在课堂上乙组学生的陈述,是他始料未及的,突如其来的变故,使他不知所措。幸好这时下课的铃声响了,他顺水推舟,对学生说:“时间到了,下节课我们继续讨论这个问题”,便匆匆离开了教室。

作为配合新课教学,使学生加深对刚学过的物理概念、定理、定律的理解,学会运用新知识来分析解答的例题,最好不要选用有争议而又不容易解释清楚的题目,因为时间不允许。但是,如果作为习题课的例题,刚才的那道题目就不失为一道好题。

那位教师在下一节课怎样才能向学生解释清楚这个问题,看来还得下工夫备课。“台上一分钟,台下十年功”,这种说法虽有些夸张,但很深刻。

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