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物理,悟理!格物致知

(2020-11-13 06:36:16)

2020.11.8大连交通广播空中名师课堂直播内容梳理

   你知道吗?

   烧水时,水壶上方会冒出“白气”,有时打开冰箱门也会呼呼的涌出“白气”,无论冷时还是热时,产生的白气竟然都和露水形成是同样的道理;用放大镜看近处物体时是放大的,但用放大镜看远处物体时却是缩小的;气球靠浮力升上天空,同样升上天空的飞机、风筝却不是靠浮力作用;电视、空调等都是家用电器,它们的电源线有的是两脚插头,有的却是三脚插头……
   这些看似不同的现象背后有着相同的道理;而看似相同的事物中遵循的规律却又不相同

   预告语

   物理,悟理!格物致知,析万物之理。有人说聪明人才能学好物理,我说学好物理会让你变得更聪明。大家好,我是西岗区教育事业服务中心的物理教研员袁佩琳。很期待,跟你一起聊聊物理学科的学习,对我们的成长、工作、生活到底有着怎样的特殊价值?

   物理是一门怎样的课程?从这门课中能学到什么?怎样学好物理?......

  一、物理是怎样的一门学科?

  在我们国家,大部分地区从八年级开设物理课程,也有一些地区像浙江从小学到初中一直延续着科学课程,科学课程中包含物理、化学、生物等学科内容,这些学科都属于自然科学,物理是自然科学的皇冠。

  物理是一门与我们生活密切相关的科学,它研究力、热、声、光、电等现象,这些现象时时刻刻发生在我们身边,从我们的一言一行中,一个事物、一个场景中都能找到物理知识

 【例如】我们的声音是怎样传到听众的耳朵里的?

  说话人的声带振动发出声音,声音具有一定的特性——音色、响度、音调。声音通过空气传到话筒,话筒把声音信号转化成电信号,然后用调制器把音频信号加载到高频电流上,再通过天线产生电磁波发射到空中,我们交通广播电台发射的电磁波的频率是FM100.8MHz(调频100.8兆赫)。收音机通过天线接收到信号,收音机的天线能接收到各种各样的电磁波,转动收音机的调谐器的旋钮,可以从中选出特定的信号,这个信号有高频电流的成分,再通过解调器滤掉高频电流,将音频信号留下。音频信号经放大后被送到扬声器里,扬声器再把音频信号换成声音,我们就听到广播电台的节目了。过程如下图,这些内容,初中物理就能够学到。

  有很多我们司空见惯的现象、事物中都会含有物理知识。

  当下,为防止疫情传播,同学们在课堂上时刻带着口罩,戴眼镜的人很苦恼,因为镜片上会有“哈气”,但是夏天这种现象就少的多,什么时候容易在镜片上形成哈气?我们经常看到烧水时,水壶上方会冒出的“白气”,有时打开冰箱也会呼呼的“涌出白气”,这些现象与镜片上“哈气”的形成是一样的道理,甚至跟天上的云,空中的雾、草木上的露水形成也是一样的,它们都属于热学中的物态变化。那么“哈气”“白气”、雾到底是什么?形成的条件是什么?在物理课上,老师用一节课就解密了——液化现象,液化放热,降低温度和压缩体积都可以使气体液化。但是人类从发现现象、找出共同的特征、探究出规律形成知识要经过漫长的时间,在物理学习上,如果只学习结论,是不会解决问题的。除了知识,探寻规律的方法更值得学习。

  你可能想象不到,物理学家常常对习以为常的现象感兴趣,有时甚至异想天开。据说,300多年前,牛顿从苹果落地联想到月亮为什么不会从天上掉下来,在总结前人研究的基础上,经过锲而不舍的探索和思考,终于发现了支配天体的万有引力定律。有了这一发现,人类才认识到宇宙天体的运动和变化,并制造出人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器,为通信、气象、资源勘探和进一步的宇宙探索提供了条件。

  我们身边的交通工具,汽车、火车、轮船、飞机,还有形形色色的电器电灯、电话、电视、电脑,它们的发明制造,都离不开物理规律。可以说,没有物理学的发现就不可能有现代生活中的一切。

  为什么叫物理学?

   因为这世界这空间所有的东西都是物,人类要弄懂它在这空间的理。所谓“物理,格物致知,析万物之理” 就是“穷究事物原理,从而获得知识,悟出道理”,解析万物之理。所以在清末的洋务学堂中,就把物理、化学等学科称为“格致”,即“格物致知”的简称。

   你可能有疑问:探寻规律、发明创造,那是物理学家的事儿,我学物理干嘛?就是为了考试吗?我们再来聊一聊从物理这门课中能学到什么?怎样检验在物理课程中所学到的东西?

   二、从这门课中能学到什么?

   国家开设的每一门课程都有自己的功能,在物理学习中除了必备的知识外,还有探究,探究即使学习内容又是重要的学习方式。在物理知识学习过程中获得情感体验,拥有像科学家一样的思考方式和科学精神。

   例子1:关于速度的学习

  小孩子都知道是速度是描述运动快慢的,还会用“光速”来描述运动极快的物体。孩子在小学阶段就接触速度的运算,什么过桥问题、追击问题、相遇问题,为什么初中还要学习速度呢?

  我们要学的是建构“速度”这个概念的方法和意义。为什么引出速度概念?

  生活中经常用到比较物体的运动快慢,如百米赛跑,过程中你看到谁在前面谁快(形同时间比路程),结果是谁先到终点谁快(相同路程比时间)。假如两个运动物体不同时出现呢,这两种方法都不行了。如日本的新干线高速车和我国的动车,那个更快?建立速度的概念后比较快慢就很容易了。把路程和时间之比定义为速度,意义为物体每个单位时间(相同时间)内通过的路程,这种方法叫比值法,物理学很多物理量都是用比值法定义的,如密度、压强、功率等,定义了新的物理量后,原来较为复杂的问题就变得简单了。

  比值定义法会转化成一种思想,如我们用相同时间完成的量来比工作效率。我们用完成相同的事,质量的高低来比较工作效益。

  速度的学习,绝不是计算那么简单。就是计算题也要有物理的规矩,大连物理中考三道计算题20分,知识不难,规范是考查的一个重点。

   例子2 查找电费陡增原因

  某用户家上个月交电费243元,这个月增加到416元,涨了173元,这事儿就需要探究。钱是一个方面,关键是探究有没有用电安全隐患。

  首先,你需要有一定的物理知识。用户交的电费与某段时间耗电量有关,家里用电工作的电视、电灯、洗衣机、烤箱、充电器、路由器.....,它们都在耗电。我们称为消耗电能,电能用电能表(俗称电度表)来计量,在数值上等于电功W,电功W等于电压、电流、通电时间的乘积,(W=UIt)。这些知识是九年级物理课程内容。

  其次,你需要有物理思维和探究能力。

   就电费陡增这件事的探究,先看看测量仪、测量人与没有问题,排除测量仪和测量人的因素之后进入下一步探究,W=UIt,从电压U、电流I、用电时间t逐个分析排查。

   学过初中物理的人都知道我国的供电电压220V,但是我测过我家的电压230V240V之间,这让我很吃惊,我们平时通过家用电器的额定功率和用电时间计算出的电能(W=Pt)就不准了,必须进行实验探究。

   除了电压因素外,电流也是影响因素之一,增加一个电器会引起电费多少变化?我看到网上有人说当电流超过电能表的标定电流时,电能表跑的快,如果这件事是真的,就应该换电表。

   探究这个问题,初三学生就可以完成,主要用到控制变量法。探究过程需要设计方案,进行实验搜集数据,对数据进行分析论证等过程,验证猜想是否正确。这过程里就有物理思维和物理探究的因子。

  电费陡增这事儿在某个地区曾引起热议,上了电台,结果是换了智能电表引起的。那么更换了智能电表为什么会引起电费陡增?网上说法不一,继续寻找证据、科学分析论证去辨别真伪,这也叫探究。在探究的过程中尊重事实、科学论证,当发现用电安全、社会问题等,把你的研究据结果分享或发布,拥有科学态度和社会责任感。

  可见,学习物理,不仅要学习物理知识,更重要的是学习科学家探索获得物理知识的方法,用于实际生活中,解决实际问题,获得实践能力。

  物理学最突出的特点是实验,如果你在物理课程中没有进行动手实验,相当于没有进入真正的物理学习。探究是物理课程重要的学习内容和学习方式,如果你学了物理还不会探究,说明初中物理学习没有达标(国家标准)。

  三、怎样检验所学到的东西?

 考试是最有效的教学指挥棒。在校就读的学生及其家长来说,关心考什么怎么考,这是最正当的事情了。  

20191129日教育部发布《关于加强初中学业水平考试命题工作的意见》,意见中提出(节选):

  1.注重加强对学生理想信念、爱国主义、品德修养、知识见识、奋斗精神、综合素质等方面的考查。

  2.依据科学课程标准(国家)命题。

  3.发挥引导教育教学作用。基于情境、问题导向、深度思维、高度参与。

 试题命制既要注重考查基础知识、基本技能,还要注重考查思维过程、创新意识和分析问题、解决问题的能力。提高探究性、开放性、综合性试题比例。

   这些都是对教学的有力导向。

  大连地区的中考物理考题,从结构上符合教育部要求基于情景和问题导向,即便是基本知识、基本技能的考查也不会是死记硬背的形式。

   在能力考查方面,通过多项选择题和部分单项选择题,考查学生分析综合能力。通过综合题(中考30-32题)考查实验、探究能力;通过简答题(2829题)考查应用物理知识解释现象的能力。

  例如,简答题难的原因是能力要求高。2020年大连中考29

   物理两个班级正在进行拔河比赛,场上参赛同学的体重都较大,他们的身体会适当地向后倾斜,如图13所示。这样,比赛时他们的脚下不易打滑,身体(相当于杠杆)也不易向前倾倒。请分析其中的原因。

  思路:

 1)翻译成物理问题:

  不易打滑——摩擦大

  不易向前倾倒——对方用力要大

 2)确定对应知识:

  摩擦力、杠杆平衡条件 (题中提示杠杆是为了化解难度,但是学生只知道平衡条件,与实际对不上号)  

 3)结合情景、知识,分析说理

  滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关(知识基础),在拔河情境中,参赛同学体重大,对地面的压力大(生活用词向物理词语的转化),鞋底地面的粗糙程度没变(说清条件),摩擦力增大了,不易打滑(扣题中那个现象)

 身体相当于杠杆,拔河中,脚与地面的接触点为支点(支点确定正确后面说理才有可能)身体后倾降低重心,增大了人体重力的力臂,减小了绳子对人拉力的力臂(结合实际对应上力、力臂)。根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2,重力F2不变,重力与其力臂L2的乘积增大,即F2L2 增大,而拉力的力臂L1减小,所以F1增大,对方需要较大的力。所以后倾不易被拉向前倾。

  通过解释拔河这个生活中的问题,就可以看出物理高能力的试题的考查内容是多方面的,阅读理解是基础,明确解释的现象,抓住关键词,找出关联的物理知识,用严谨的语言准确描述知识,知识与情境契合。仅有物理知识不够,须有严密的逻辑思维、严谨的表达

  有良好的物理思维——遇事分析、尝试解释习惯;

   有严谨的治学态度——凡事弄明白搞清楚,绝不似是而非

   语言表达科学简练——物理知识准确、结合实际扣题,一语中的。

  物理是一门严谨的科学,考试自然也体现出这一点,专有名词准确,在主观题的作答中,必须用物理语言、遵循物理规范,结论有条件、用证据说话

  物理学习中重视实验,初中物理课程标准要求20个必做实验,学生必须亲身经历,做实验不仅要动手操作,更要动脑思考。如我们课堂中做过的实验怎么做是对的?为什么这样做?有没有改进方法等,这样的内容通过综合题考查物理基本实验知识技能和探究能力

  总结:学物理课程有什么特殊价值

   学好物理的人,实践能力、探究能力都强。

   经历不同阶段的物理学习价值是不一样的,初中物理科普成分大,高中物理为物理专业学习奠基,钻研物理的人达到“悟理”的境界,人生就有高度和深度啦。研学物理到一定程度,他眼中的世界和别人是不一样的。

   对于初中阶段的物理学习

   1、善于发问,会问出问题(到底是振动发声,还是发声才能振动);乐于探索,为终身学习打基础。

   2、对一些生活自然现象,能说出其中的道理,可以解读魔术、戏法中道理。

   3、解决生活中的实际问题,动手能力强,如平常人不容易打开的罐头瓶盖用螺丝刀起个缝隙,听到嗤嗤进气后,一扭便开了。

   4、思维方式改变了,做事将程序,先思考后行动,简化过程,效率高。

   5、讲科学,不盲听盲信传言,凡事讲证据。

   

  听众问答

  1、孩子就要上初中了,想提前针对物理学习做一些准备,希望袁老师能给一些建议,或者推荐一些适合孩子看的物理方面的书,让孩子提前培养学科兴趣

  小学科学是初中理物理、化学、生物、地理学科的基础,实验、探究的要求是延续的,到初中会有更高的要求,能力和素养的形成不是一朝一夕,要重视小学科学课程。教材中的实验一定要孩子亲自动手做,经历观察、推理、预测、分类、交流等活动,经历探究的过程,像科学家那样思考!

   推荐浙江教育出版社出版的《科学探索者》丛书,美国初中主流理科教材,我们课改后的物理教材很多内容都有借鉴。与物理知识相关的有五本,书的特点每个知识的学习都是从探索开始的,通过文字、图片、动手活动、启发性的评估活动等多种形式培养学生的探究技能。

  2、孩子上初二,感觉上课时都能听懂,因为许多都是生活中的现象,有些现象虽然陌生,但经老师讲解后也能理解,只是一做题就感到茫然,不能和所学的知识联系起来。这个该怎么办呢?

  这是一个非常普遍的问题,应该从教和学两个方面来解决。从教的方面,教师急于教会学生知识,通过大量练习应对考试,不舍得花课堂上的时间探索和思维训练,直接给出一些问题的答案,学生当然能听懂具体问题,但遇到新问题不会方法,就不会解决了,这叫欲速则不达。从学生学的角度看,所学的知识越来越多,应该学会梳理,将知识结构化,如表面不同的现象遵循的共同原理做归属,把看似相近的现象遵循的不同知识进行区分,从而达到对知识深刻理解的目的。做题属于应用,应用建立在理解的而基础上,理解是内化的过程别人代替不了。

  物理知识是形成能力的素养的载体,学知识关键是提高能力、形成素养。

  学物理就要用物理的方法学习,善于观察、实验,多问为什么,然后去解决问题,如果学习物理费力,那就是把物理知识的学习当成重点了,越学越多,小脑袋瓜装不下就头痛了。学习发现问题解决问题的方法,越学越通透。当然,从别的课程中习得的好习惯方法是学习物理的基础,比如阅读、理解、表达。

 

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