1、摘要的部分显示, 这篇文章使用了三个在中学物理教课过程当中有关深度思考的案例来展开说明, 并且借由这些案例把中学物理教师所坚持的那种叫做格物致知的教学思想给大家讲清楚了。关键词是格物致知, 还有深度思考这两样东西。
中图分类号写着g622, 文献标识码是b, 文章编号为1002-7661（2016）12-155-02。我在物理教学这个行当里干了二十多年, 心里头始终就守着四个字, 那就是“格物致知”。《现代汉语词典》里头的解释讲得很清楚, 什么叫格物致知呢?
就是要把事物的原理和法则一个一个地搞清楚、弄透, 最后把它们总结归纳成理性的知识。
我这个人是一一个中学物理教师, 我的主要任务就是去培养学生的科学精神, “格物致知”这个理念一直引导着我往前走, 让我不断地去探索, 接下来, 我会拿出三个教学随笔作为例子, 来和大家聊一下我在教物理的时候是怎么做深度思考的, 同时也想和大家进行交流, 第一个深度的思考是关于万有引力定律和库仑定律这两者的类比。
2、在高一物理万有引力这一章的习题里, 老是会出现一种题目: 假设有个质点在一个质量分得特别均匀的球壳里面, 问它受到的总引力是多少。回答是哪怕这个质点在里面的哪个地方, 它受到的合力都是零, 学生觉得这太不好懂了。
为了解决这个问题到底是怎么回事, 我去查了相关的数学书本, 也花了很长时间去想。后来发现事情没那么简单, 还非得把立体角这个概念拿出来引用一下不可。
在人教版选修3-1第一章库仑定律里, 提到了卡文迪许通过类比的方法, 判断出了点电荷之间静电力满足平方反比定律, 为了弄清楚卡文迪许的是如何得出结论的, 我又大量查阅了资料, 原来早在库仑定律发现之前十多年, 卡文迪许就用两个球壳做过一个精巧的实验来证明球壳内部电场强度为零。
因为牛顿在他的那本书里面写了叫自然哲学的数学原理的东西, 他说万有引力和距离的平方成反比, 这个规则是这样的。
3、律, 证明了在均匀物质球壳内任一点引力合力为零。卡文迪许由此想到, 正因为b球壳内电场强度为零, 与牛顿书中提及的均匀球壳相似, 所以两带电体之间的静电力, 也应该服从和万有引力一样的平方反比规律。这种方法, 就叫类比。我尝试着把以上的思考和学生共享。
从引入立体角这个概念开始, 然后是推导在球壳里面的质点所受到的万有引力合力为零, 接着到了通过静电实验研究卡文迪许的这种类比思想方面, 学生和我就一起进入了那种进行思索的绝妙境界。深度思考二是关于演示运动的合成与分解这一主题。
在十多年以前, 我作为教师第一次去讲授运动的合成与分解这一章节的第一节课程的时间段里, 当时我亲手实施并开展了一个具体的实验动作。
这个实验所包含的具体操作流程以及各个步骤如下所列: 第一步, 拿来一支一端开口另一端封闭的长型号玻璃管容器, 往这个大容量容器内部完全装满纯净的水介质资源, 随后小心地将一小截呈现规则圆柱体外貌形态特征的小号蜡烛头部残块安置并放置在刚刚装好的清水水面处使其处于悬浮状态之中, 最后用一个小尺寸的橡胶材质塞子将这个敞开的玻璃管口彻底封堵严实从而完成密封处理操作；第二步。
4、把玻璃管迅速倒置, 让蜡烛头部在玻璃管的底部, 接着让玻璃管贴着黑板, 让学生仔细观察小蜡烛头向上运动的情况, 它从底部匀速上升到顶部, 位移是ab。
之后, 第二次再次迅速把玻璃管倒置, 重新使得蜡烛头部处于最底部的位置, 保持玻璃管依然紧靠黑板, 以水平且匀速的方式移动玻璃管到达c点, 要求学生二次留意小蜡烛头的动态, 表现为向右上方做匀速运动, 对应的总位移被记录为ad。
结论是这样的, 你看图3里那个实验的情况, 它说明了红蜡烛这个东西, 它是同时参与了水平方向的运动跟竖直方向的运动的, 所以说位移ad那是位移ab和位移ac加在一起弄出来的合位移。我原本打心底里觉得这问题简单得很, 学生们肯定不会有什么疑问的。
但是, 没想到下完课没多久, 就有学生跑过来问我, “就说这个蜡烛, 它为什么会在水里头做出那种匀速运动? ”我当时也没多想, 顺口就接了一句说, 那肯定是因为它正好处于悬浮的状态, 重力和浮力这两个力相等啊平衡了。
接着学生又问了一句说, “那好, 你回答的那个是中间稳定阶段的情况, 那我指的是它刚开始动的那一段, 那段又是怎么回事儿? ”。蜡烛在底部的时候，不是速
5、起初, 速度为零吗? 为什么马上就开始做匀速运动了? 其实, 刚开始的时候, 肯定是做加速运动的。至于具体的分析, 我说要等到明天才会告诉你。在接下来的时间里, 我一直询问同组的同事, 并且自己也在不停地深入思考, 到这时候才醒悟过来, 意识到自己之前犯了一个非常大且严重的错误。
真实状况是, 我完全忽略了一个非常重要的要素, 即水的阻力作用。蜡烛在上升的时候, 不光要受水的浮力, 还要受到水对它向下的阻力, 而且这个阻力会跟着速度的变大而增大。刚开始的一段时间里, 浮力是比重力和水的阻力都要大的, 所以蜡烛就开始加速往上升去。
随着阻力的不断变大, 于是蜡烛就做着加速度一点点变小的运动, 同时速度却一直在变大, 这就是所谓的变加速运动。等到那个浮力、重力、还有阻力加起来合力为零的时候, 加速度就成了零, 这时候的速度是最大的, 之后蜡烛就做匀速的运动了。
可以看出, 物理老师得反复去琢磨事, 不断地把想问题的范围扩大些, 努力达到那种既深入又广博的境界。深度思考三: 多普勒效应。
6、公式推导的过程是, 在一次物理课的时间段里, 我面向我的学生群体去讲解多普勒效应这一章节, 我心里原本认为这节课不处于重点环节的地位范围以内, 所以学生们大概不容易碰到理解上的障碍, 我说出所谓的多普勒效应这句话, 它的意思是描绘一种现象的状态, 这种情况是由波源或者是观察者出现了运动行为所导致的, 其结果就是被观测者测量到的频率数值, 和波源自身发出的频率数值不相等, 我的讲解过程带着强烈的自信情绪, 接着我还使用了一个打比方的方式来表达概念, 假如波源在一秒钟这个时间单位里面发出了十个波的个数, 那么波源的频率数值就是十赫兹。
当观察者对着波源挪动步子走的时刻, 那他在一秒钟之内吃进肚子的波长数量, 那肯定是多于十数的, 于是乎观测到的那个频率值, 也就大于了十点零零赫兹的刻度线, 如果反过来他背着波源的方向溜达的话, 情况恰恰就和前面说的那个是反向的, 同理可得, 假设观察者稳如泰山定在原地不动, 而波源则朝着观察者的面容扑过来时, 所探测到的频率数值呢依旧是要高于十倍赫兹这个关隘的 , 我十分清楚, 此等物理公式之推导过程, 于高中阶段的课程纲要之中那绝对是列在免除考核清单之列的, 可既然有懵懂学子抛出了问题询问, 那我总归得变着法子给他整出一个让他拍案叫绝或者心满意足的答复出来才是。
可是, 我该怎么把这件事说清楚? 在反复进行了思考, 并且去查找了相关的资料和大学里的专业书籍之后, 我终于总结出来一种推导的办法。
当时感觉心里像被点亮了一样, 特别通透, 所以马上就动手, 把这些内容详细地记录在了笔记本上。
我的思考过程是这样的: 就像图中画的那样, 那个o点表示的是波源的位置, 那一圈圈同心的圆代表的是波面的形状。
那么, 对于观察者这个存在来说, 什么是波长? 就是以观察者为参考系, 去量算相邻的两个波面之间的半径差距, 这就是波长。那什么又是波速? 就是。