进行命题。2004年春季高考全国卷中第24题就是这种类型的题目。
例2(2004年春季高考全国卷)(16分)神州五号载人飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨,由原来的椭圆轨道变为距地面高度h=342km的圆形轨道。已知地球半径R=6.37×103km,地面处的重力加速度g=10m/s2。试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式(用h、R、g表示),然后计算周期T的数值(保留两位有效数字)。此题目是用新情境考察了比较基础的天体运动的知识,我用此套题目进行测验,对7个平行班级统计结果如下:
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从这道题目可以看出学生对新情境问题的分析能力没能形成。不能从新情境中把物理模型抽象出来。所以教学过程中一定要注重理论联系实际。还有超导磁悬浮列车这一高科技成果,与电学知识密切相关,我国已进入试运行阶段,可以结合磁场和电磁感应等电学知识进行命题。通过研究这些问题,使高科技与学生所学物理知识拉近了距离,从高不可攀变为伸手可及。这既能极大地激发学生的学习兴趣,增强学习物理的信心,又可以破除学生对科学的神秘感,坚定探索科学奥秘、献身科学的信念。特别是今年神州六号的成功发射使学生真正感受到物理学就在身边,体会到中学物理原来还有这么大的用处。
二、重视知识的形成过程,渗透研究方法,提高建模能力
1.注重方法教学
在传统的物理教学中,重理论轻实际,重结论轻过程,重习题训练轻方法教育的现象普遍存在。这将导致了研究物理学的科学研究方法的价值大量流失,因为科学方法比知识本身更富有创造价值。这些科学方法,是无数科学家的智慧结晶,是物理学的精髓所在。这就是俗话说的“授人以鱼,不如授人以渔”。学会科学方法,学生会终生受益。渗透科学方法,可以结合教材和物理学的发展史,着重介绍与中学物理密切相关,符合学生认知水平,有利于理解物理知识和提高思维能力的典型方法。如观察方法,实验方法,理想化方法,数学方法,以及等效、类比、分析与综合、归纳与演绎、猜想与假设等思维方法,这些科学方法和思维方法,是打开新情境问题之门的金钥匙。
科学方法体现在具体的物理研究过程中,只有把研究过程充分合理地展现出来,学生才能看到科学方法的特征、作用等,以及利用科学方法是怎样解决问题的,才能体会到掌握科学方法的重要意义,去自觉地学习科学方法。在此过程中,教师应发挥主导作用,可以在课堂上重点剖析一些综合性和探索性较强、能充分体现方法的新情境问题,实现方法的迁移,给学生以示范和启发,使学生体会并领悟怎样应用方法从而感受到科学方法的无穷魅力,在潜移默化中受到科学方法的熏陶和教育。
2.培养构建物理模型的能力
从书本的理论知识到实际应用,关键在于从问题中抽象出物理模型。模型是连接理论和应用的桥梁;经验材料、实验事实和背景知识是构建物理模型的基础;而抽象、等效、假设、类比等则是构建物理模型的基本方法。例如以黑洞现象研究为背景,黑洞现象研究问题特点是:以研究天体对光的引力作用为背景;渗透了高中物理万有引力、圆周运动、牛顿运动定律等知识,提供万有引力势能、黑洞模型信息,要求运用第二宇宙速度模型解答问题。
例3 1997年8月26日在日本举行的国际天文学大会上,德国Max Planck学会的一个研究组宣布了他们的研究成果:银河系的中心可能存在一个大黑洞,他们的根据是用口径为3.5m的天文望远镜对猎户座中心附近的星体进行近5年的观察所得到的数据。他们发现,距离银河系中心约6×1010km的星体正以速度2×103km/s围绕银河系中心旋转。根据上面数据,试在经典力学的范围内(见提示),通过计算确认,如果银河系中心确实存在的话,其最大半径为多大?(万有引力常量为G=6.67×10-11km3.kg-1.s-2)。
分析与解:这个问题是以前沿科学研究热点──黑洞做为问题背景,问题中提供了三个信息,第一个是关于黑洞的背景材料,第二个是关于处理黑洞问题的经典方法,第三个是求解黑洞半径所用的引力势能公式。解答这个问题需运用高中物理力学重要知识(万有引力定律,圆周运动,牛顿第二定律,机械能守恒定律)。先运用牛顿第二定律和圆周运动知识求出黑洞的质量,列出:
GMm/r2=mv2/r &
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