淺談?dòng)谜J識論指導物理教學(xué)

　　長(cháng)期以來(lái)，物理學(xué)就是一門(mén)教師難教、許多學(xué)生難學(xué)的課程。但物理學(xué)的規律常通過(guò)教學(xué)的推理、演繹，以精確的形式表達；物理的發(fā)展與哲學(xué)思潮息息相關(guān)。它反映的思維方式非常豐富。這使物理課在“拓寬視野、改善思維、提高學(xué)生的素質(zhì)上”有著(zhù)重要的作用。為發(fā)揮這一作用，筆者嘗試著(zhù)變“傳授式”的教學(xué)模式為“誘導閱讀式”，用辯證唯物的認識論、方法論指導教學(xué)。下面是筆者的點(diǎn)滴體會(huì )。

　　數學(xué)是研究現實(shí)世界空間形式和數量關(guān)系的抽象科學(xué)。從數學(xué)的抽象到物理的具體，這是認識上的又一次飛躍。物理的一個(gè)任務(wù)就是要幫助他們完成認識上的這一次飛躍。例如討論氣體體積膨脹做功時(shí)要用到定積分概念，經(jīng)過(guò)分析已得到體積膨脹ｄＶ所做的元功為ＰｄＶ，學(xué)生也容易理解所有元功之和即為總功。但物理與數學(xué)脫節，沒(méi)有意識到這就是定積分。這時(shí)，筆者通過(guò)圖形幫助學(xué)生回憶起定積分的幾何意義，使學(xué)生很快領(lǐng)悟到有限過(guò)程的功由對ＰｄＶ積分得到，Ｐ（Ｖ）曲線(xiàn)下的面積即為過(guò)程的功。通過(guò)課后對定積分進(jìn)一步復習，并具體計算等壓、等溫等過(guò)程的功，學(xué)生感到數學(xué)幫助他們解決了物理問(wèn)題，在物理中的應用又加深了對微積分概念的理解。二者相輔相成，相得益彰。

　　數學(xué)的框架往往揭示出物理問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。推導理想氣體絕熱過(guò)程的泊松方程就是一個(gè)很好的例證。筆者首先用等溫、等容等過(guò)程啟發(fā)、引導。對服從狀態(tài)方程ＰＶ＝ｎＲＴ的理想氣體，一般情況下有兩個(gè)獨立參量，增加一個(gè)條件（例如等溫），剩一個(gè)，方程變成ＰＶ＝ｃ等形式。絕熱過(guò)程條件為ｄＱ＝０，也應該只剩一個(gè)獨立參量。與等溫、等壓、等容過(guò)程的不同之處在于Ｐ、Ｖ、Ｔ三者中任何一個(gè)都可以作為獨立參量，方程也就可以寫(xiě)成ｆ（Ｐ．Ｖ）＝０等形式。如何由狀態(tài)方程和條件ｄＱ＝ｄＥ＋ＰｄＶ＝０來(lái)推導呢？首先有ｄＥ＝ＮＣＶｄＴ，得到三個(gè)參量的方程組。

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　　如何消去Ｔ，得到ＰＶ之間的關(guān)系？思維活躍的學(xué)生很快會(huì )提出先對式（１）微分，取得形式一致后消去Ｔ，再積分便是所求。稍差一點(diǎn)的學(xué)生一經(jīng)啟發(fā)也不難明白。此后，式（１）的微分，以及消元、積分均由學(xué)生在課堂上自己閱讀完成，筆者只需在最后總結時(shí)對積分常數略加說(shuō)明。由于抽象的數學(xué)框架使學(xué)生抓住了事情的實(shí)質(zhì)，提高了他們看問(wèn)題的高度，因此教學(xué)過(guò)程不僅順利，而且學(xué)生能觸類(lèi)旁通，有的學(xué)生甚至感到了“輕松愉快”，是種享受。

　　理想化的方法是科學(xué)抽象的一種形式。理想氣體模型是普遍物理課中的典型實(shí)例。實(shí)際中的氣體，溫度較高、分子密度較小時(shí)，與分子間的平均距離相比，分子的體積很��；與碰撞相比，分子間的相互作用很校于是科學(xué)家在思維中進(jìn)行極限轉化，將次要因素，即分子大小和相互作用完全忽略不計，抽象出服從ＰＶ＝ｎＲＴ的理想氣體模型。思維中的極限轉化使次要因素由有到無(wú)，事情發(fā)生質(zhì)的變化，這種簡(jiǎn)化問(wèn)題的理想模型和理想實(shí)驗在物理學(xué)中彼彼皆是。通過(guò)理想氣體模型強調這一轉化，此后出現的其他模型（如準靜態(tài)過(guò)程），學(xué)生都覺(jué)得易于理解。

　　用方法論能很好地引導學(xué)生從理想向實(shí)際過(guò)渡。例如，當溫度降低或壓力增高時(shí)，實(shí)際氣體并不能很好地遵守上述狀態(tài)方程，二氧化碳即為一例。究其原因為條件變化，次要因素的作用會(huì )上升。范德瓦耳斯認為兩條假設，即忽略了次要的因素，是引起偏差的主要原因。針對忽略分子大小，實(shí)際分子運動(dòng)的有效空間有所減少，體積項要修正. 分子間的相互吸引相當于補充了一點(diǎn)“內壓力”，壓強項也有所改變。對模型的修正從忽略的次要因素入手使問(wèn)題得以解決。教師如此引導，學(xué)生課后大都能夠順利地閱讀教材。后續課程中從理想氣體到真實(shí)氣體、理想溶液到真實(shí)溶液的化學(xué)勢的過(guò)渡，學(xué)生亦覺(jué)得自然。

　　遇到少數內容深奧的問(wèn)題時(shí)，筆者教導學(xué)生“一個(gè)正確的認識，往往要經(jīng)過(guò)由實(shí)踐到認識、由認識到實(shí)踐這樣多次的反復才能完成”的道理來(lái)教導學(xué)生，使他們知道，一下子不能透徹理解是正常的，當學(xué)習的知識多了，認識能力提高了，回過(guò)頭來(lái)再一看，發(fā)現它們并不那么深奧。由于學(xué)生本身就有這種體會(huì )，教師這樣的教誨使不少學(xué)生焦灼的心情一下子放松下來(lái)。他們冷靜地跟著(zhù)教師分析問(wèn)題的癥結，并通過(guò)反復演算習題加深理解。

　　總之，教學(xué)方法的變更提高了學(xué)生學(xué)習物理的興趣，方法論使師生在教學(xué)中嘗到甜頭。

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