【浅谈物理学科与其他学科的联系】物理学科素养

　　【摘要】《物理课程标准》“课程理念”明确提出,要“注意不同学科间知识与研究方法的联系与渗透,使学生关心科学技术的新进展和新思想,了解自然界事物的相互联系,逐步树立科学的世界观。”注意物理学科与其它学科间的联系,不仅能减轻学生的学习负担,提高学习效率,还能帮助学生建立科学的研究方法,促进其各种能力的提高。本文就笔者十几年的实际教学经验,谈谈物理学科教学与其它学科的联系。
　　【关键词】学科渗透 学生能力培养 知识迁移
　　
　　初中物理学科教学系统是学校教学系统的有机组成部分,通过教师、学生、教材等各要素间的相互联系、 相互促进的教学过程来完成物理教学任务,达到物理教学目的。因此,加强初中物理与其他学科间的联系,对教师而言,可以开阔教学思路,挖掘教学潜力,提高教学效果;对学生而言,可以形成各学科间融会贯通的知识体系,培养和提高综合运用知识的能力和创造力;对教材而言,可以取长补短,使教材内容更加丰富多采,更引人入胜。与此同时,也使教学过程变得生动活泼,实现了从多方面提高教学质量、发展学生素质,并恰到好处地进行知识迁移,培养了学生的综合能力。
　　
　　一、认识英语的重要性,寻找物理教学中的英语规律,以减轻学习负担,提高学习效率
　　
　　众所周知,英语是国际上通用的语言之一。它作为通向世界的大门,对学生的发展具有十分重要的意义。据统计,目前世界纸质出版物使用英语的占大多数,公开发表的世界一流科学论文几乎都使用英语,国际互联网中使用英语的占了80%。因此,母语非英语的人在掌握本民族语言的同时,熟练掌握英语便成为了其必备的素质。新教材也更多地体现了物理与英语的联系性,从新旧教材的比较来看,旧的教材只在正文和附录中标出了物理量、物理单位的表示符号,新教材不仅标出了物理量和物理单位的符号,还完整地写出了物理量的英文单词,这也充分体现了物理教学内容与国际接轨的新理念。此外,在物理与英语的联系中,还存在一些规律性的问题,如能引导学生发现、掌握这些规律,必然能减少学生识记的内容,减轻其学习负担,从而提高学习效率,促进其综合能力的提高。
　　1.物理学名词的符号大多都是英文单词的第一或前几个字母。例如,力(F\force)、速度(V\velocity)、时间(t\time)、重力(G\gravity)、质量(m\mass)、功(w\ work)、频率(f\frequency)、南极(S\south)、北极(N\ north)等。
　　2.物理学名词单位的符号大多都是英文单词的第一或前几个字母,其中一部分为科学家英文名字的第一个字母。例如,米(m\metre)、秒(s\second)、分(min\ minute)、小时(h\hour)、牛顿(N\Newton)、瓦特(W\Watt)、千米(km\kilometre)等。
　　3.物理单位来源于英语造词法,国际单位制词头表示确定的倍数关系。(兆\106)、(千\103)、(分\10-1)、(厘\10-2)、(毫\10-3)、(微\10-6)、(纳\10-9)。
　　掌握了这些特点,就能使学生在自我学习和课外阅读中自然地实现知识的迁移,并懂得知识的规律性、联系性,从而促进其综合能力的逐步提高。
　　
　　二、学好语文,审词断义,解“理”于文,文“理”皆得
　　
　　1.注意物理语言表述的严密性、科学性,掌握物理概念的实质,防止简单错误。语文是学生学习的基础课,是一门工具性学科,它将直接影响其它学科的学习。一个学生语文水平的好坏对物理的学习影响很大,因为物理中的概念、定理、定律的文字叙述言简意赅,一字之差就会有天壤之别。例如,《牛顿第一定律的内容》为:“一切物体在不受外力作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。”学生往往不能理解“或”和“和”的区别,将两者混淆,从而造成了理解上的偏差与错误。再如,重力的方向是竖直向下,而不能叙述为垂直向下。此外,当物体吸热后温度升高了20℃和温度升高到20℃的含义截然不同,这些大多不是思维难度上的问题,只要教师在课堂教学中有意识地强调一下,问题就可以迎刃而解了,同时也培养了学生细致、认真的科学品质。
　　2.在中国丰富多彩的古典文化中感受语言之美、物理知识之实。许多诗词中既蕴涵着深刻的哲理,又蕴涵着丰富的物理知识。在欣赏这些诗词时,不仅要挖掘诗词的思想内涵,而且还应该探讨诗词所描述的自然现象与自然规律,并恰到好处地进行知识迁移,以培养学生的学习能力和综合运用知识的能力。唐代诗人白居易的《暮江吟》:“一道残阳铺水中,半江瑟瑟半江红。可怜九月初三夜,露似珍珠月似弓。”这首诗中蕴涵了如下丰富的物理知识:“残阳铺水中”是由于光的反射、镜面成像而形成的;“半江红”是由于红光的波长长,容易发生明显的衍射现象,使晚霞呈红色;“九月初三夜”说明“露”这一自然现象一般发生在秋天;“露似珍珠”说明露珠呈球形且晶莹透亮,呈球形是因为液体的表面张力作用,使液面有收缩到最小面积的趋势(在体积相等的各种形状的物体中,球形物体的表面积最小)。露珠特别明亮是由于光发生了全反射的缘故;“月似弓”是光沿直线传播而形成的。又如,“墙角数枝梅,凌寒独自开。遥知不是雪,为有暗香来。”的诗句中揭示了物体内的分子都在永不停息地作无规则的运动,这是气体分子的扩散现象。此类考察能力的问题,在中考中也倍受青睐。
　　
　　三、学会将数学作为工具,提高解决问题的能力
　　
　　俗语说:“数理是一家。”在初中各科教学中,物理与数学的联系最为广泛,因为数学是解决物理问题的工具。数学与物理的联系更多地体现在考查学生应用数学工具处理物理问题的能力上,方程、方程组、不等式、不等式组、函数、函数图像等数学知识都与物理有相当大的联系。在初中物理教学中,根据对学生要求层次的不同以及中学生现实认知的特点,教师应引导学生主要关注以下几方面的联系问题:
　　1.关注以数学图表、曲线等形式呈现的物理学信息。新教材中的许多内容,如识图和作图、分析和处理数据、解释数据、解读图表、分析数据等与数学的基础知识和基本技能有着密切的关系。对这部分内容既要研究具体的识、作图(表)的方法,还要研究有效信息的提取、转换和表达。在物理中考考察学生能力的习题中,以坐标曲线图、数据表格等形式呈现物理学信息的内容明显增多,如何对这些信息进行有效的解读和转换,是提高学生能力的重要内容之一。以2008年南京中考试题为例:小星用图甲所示的电路,探究通过导体的电流与导体电阻的关系,电源电压恒为6V。在实验过程中,他一共做了六次实验,每次改变电阻箱的阻值后,就通过调节滑动变阻器始终保持R′两端的电压不变,并记下相应的电流值。报据记录的六组数据,他在方格纸上描出了电流I与电阻箱阻值R′的关系图线,如图乙所示:
　　(1)记录第一组数据时,电阻箱R′的阻值为4Ω。此时电流表示数是多少?
　　(2)小星在实验过程中,控制电阻箱R′两端的电压是多大?
　　(3)记录第二组数据时,小星记下电流表的示数为0.4A,此时电阻箱消耗的功率是多少?滑动变阻器接入电路中的电阻是多大?
　　(4)记录第四组数据时,电阻箱和滑动变阻器消耗的功率之比是多少?
　　
　　在这类问题中,学科知识的渗透性强,难、易问题容易搭配,是考察、选拔学生,也是培养学生综合能力的极好形式。
　　2.认清物理公式与数学函数关系的联系与区别。物理公式往往是数学函数关系的具体表现,但又有别于数学中的问题解决方式,因此,教师要在教学过程中采取有效的方法,让学生抓住其本质。例如,在对数学中的正比例函数k=y/x(通常数学中写作y/x=k)的认识中,物理公式V=S/t,ρ=m/V,实质也是正比例函数,(S、m相当于y,t、V相当于x、V、ρ相当于常数k)只不过符号不同罢了。在这种情况下,学生就可以利用正比例函数的性质用数学方法来处理问题,例如,在物理图像处理的问题中,物理图像的横轴实质为数学函数图像的横坐标轴,竖轴实质为纵坐标轴,其斜率(纵坐标与横坐标的比值)即为常数k。这样就可以实现知识的有效迁移,让学生能够将数学作为工具,以正确地解答物理问题。但数学知识又不能生搬硬套,例如,在V=m/ρ,I=U/R中,学生看到形式与y/x=k相同,就认为ρ与m成正比,R与U成正比,从而造成了错误认识。因此,要引导学生从物理量的实际意义入手,即通常情况下,对固定物体来说,物质的密度和电阻是物质的物理属性,一般是不变的,即ρ与m、V的大小无关;R与U、I的大小无关。从而抓住问题本质,既有效地利用数学手段,又能理解物理本质,促进学生思维、判断能力的真正提高。
　　3.将数学作为工具,找到物理知识的规律,并内化为记忆知识,从而提高解题能力。物理课是初中学生感到难学的课程,其原因是:物理课不但有系统、严密的物理概念和知识,而且物理课与数学的知识联系很密切,多数体现能力的问题都必须以数学为工具。从对初中学生学习层次的要求来讲,大多数学应用都只是为了找到物理知识的规律,从而内化为记忆知识。许多教师在实际教学中一味强调降低教学的难度,直接让学生识记,这就导致学生不懂其中的道理,因而容易忘记,也不利于学生思维能力的提高。例如,在物理教学《简单机械》的习题中,会出现确定机械怎样使用使力最小的问题,这个问题不仅在教学中占据了一定的位置,而且在生活实际中的应用也十分广泛,与生活密切相关,且物理教材中没有给出判断的方法。这实际上是一个规律性的问题:在力的作用点确定的情况下,连接支点和力的作用点的线段就是力的最大力臂,此时施加的力就是最小的。以2005年江苏省泰州市中考题为例进行证明。如图1所示,使用羊角锤拔钉子,动力作用在锤柄上A点。请作出拔钉子时所用最小动力F的示意图。(注意:请在图上保留为确保作图准确所画的辅助线)
　　
　　对于这类问题,需要用数学方法予以证明,使学生知其所以然,并引导他们学会利用数学方法解决物理问题。具体方法如下:先连接OA,作出垂直于OA的力F,OA就是力F的力臂;再通过A点任意做一个力F1,作出F1的力臂OB,由图2可以看出OAB组成了一个直角三角形,很显然,斜边OA大于直角边OB。通过作图证明,学生对此类问题就有了一个理性的认识,容易掌握问题的实质,解决生活中的实际问题也就有规律可循。例如,用直硬棒撬重物用力
　　应在棒的末端,而且应垂直于棒用力;当车轮陷入泥坑时,以车轮直径为力臂时力的效果最明显。
　　
　　四、注重物理与化学学科的联系
　　
　　在初中物理与化学教学中,物理与化学知识相互渗透,并交织在一起。
　　1.从研究问题依据的内容看,物理与化学在某些方面有交叉和融合。例如,原子是物理与化学中共有的重要概念,其结构是物理和化学都要研究的内容。
　　2.从知识体系来看,物理与化学在初中阶段的内容彼此依赖,相互支持。分子的定义(保持物质化学性质不变的最小微粒)必须依赖于化学概念的建立;区分物理变化和化学变化是化学教学中的首要问题;溶液、溶质质量分数的计算实质就是物理中密度的计算;化学中灭火的方法,(也即防止燃烧现象)其中一种也就是物理方法,即降低燃料的温度,使其低于着火点。
　　3.从化学变化的过程看,在化学变化中一定有物理变化(分子运动的过程)。以氨水和酚酞的化学反应实验为例,将氨水和酚酞分别倒入两个小烧杯中,用一大烧杯罩住,半分钟后,无色的酚酞溶液变红,说明氨水分子运动到了酚酞中,同时也说明了氨水和酚酞发生了化学反应。如果教师能有效引导学生从不同角度思考这些实验体现的问题,就有利于学生综合能力的提高,有利于透过事物的现象看到本质。
　　
　　参考文献:
　　[1]张大昌.新课程理念与初中物理课程改革――《全日制义务教育物理课程标准(实验稿)》解析[M].长春:东北师范大学出版社,2004.