学习物理：实践与思考的关键

物理学研究范围极广,上至硕大无朋的天体,下至渺小绝伦的物质微粒。它所研究的规律具有很大的普遍性,是人类认识自然和改造自然的重要武器。物理学也是学习其它自然科学的基础,现代科学中的许多边缘科学是各门自然科学相互渗透而成的,其中当然包括物理科学。现代科学技术的飞速发展,要求科技工作者、生产技术人员具有更广泛、更深入的物理知识。为迎接21世纪挑战,成为21世纪的建设者,我们中学生学好物理是十分必要的。

1.重视实践

学习物理知识的过程,跟人类探索物理知识的过程有很多相似之处。纵观物理学史可以看出,物理学的建立、检验和发展都离不开实践。科学家对物理学的研究始终是以观察和实验为准则的。

(1)迈进科学大门的起点——观察

学会观察是学好物理的重要一环。我们知道,观察是搜集材料、积累数据获得感性认识和认识客观规律的一条重要途径。历史上许多科学家都有惊人的观察能力。大家都熟知的伟大的物理学家伽利略,在18岁时就注意到教学吊灯摇动周期与振幅无关,从而首先提出了摆的等时性。在学生时代养成良好的观察习惯,做大自然的有心人,对将来的学习、工作和研究是大有好处的。那么,怎样才能具有敏锐的观察能力呢?

观察要有目的性。没有明确目的只是一般的感知,不能叫观察。在观察时应明确观察对象、条件、要求以及观察的计划和步骤等。许多优秀学生表现出很强的观察能力,主要是因为他们观察的目的性很强,他们课下注意复习和预习,上课前对将学的知识已经有所了解,这样在教师演示实验时,他们的注意力很快就集中到最重要、最关键的现象上,丰富了感性知识,从而验证了自己预习时对知识的理解,很快掌握了所学知识。

观察要认真细致,专心致志,对每一个细小的变化都不放过。丹麦物理学家奥斯特于1820年某日在大学讲课时,机敏地观察到通电导线附近旋转的小磁针偏转了,他紧紧抓住这一细微的现象,深入研究,得出电流周围有磁场的结论。观察时粗枝大叶,漫不经心,是提高观察能力的大敌,永远不会有所成就。

还要注意观察方法。自然界千变万化,物理现象相互交织,错综复杂,这就要求我们善于从各个不同角度来观察,既要全面又要有重点,分清主次,观察有序。而且,有些物理变化过程不是短时间完成的。如固体的升华现象等,这就需要长期耐心的观察。第谷曾连续16个月观察一颗新星,这颗星后来被命名为“第谷星”。有些物理现象出得突然、迅速,又很快消失,这就需要多次观察,才能得到正确结果。为使观察的结果完整而深刻,要学会掌握观察的仪器和设备。随着科技发展,各种观察仪器和设备不断出现,大大推动了人类认识的深入发展,也有利于提高我们的观察能力。另外,观察时要善于提出问题,要学会记观察笔记,以便自己或他人进行深入研究。

(2)探索规律的重要途径——实验(www.xing528.com)

我们知道,重要的物理实验结果往往可以更新物理观念,直接影响科学技术的进步,对人类的文明进步产生一定的作用。自1901年到1980年,诺贝尔物理学奖共颁发了74次计117人次,其中有2/3以上是奖给物理实验或与实验有关的项目。这足以表明物理实验在物理学中的地位是何等重要。善于学习的学生从来都是非常重视实验的。每次实验,通过大量观察,独立操作,认真思考,查找原因,排除故障并随时做好记录。这样不但验证了所学的知识,加深了对新知识的理解,还可以探索新问题。

中学实验主要包括:教师演示实验,课外实验等,你要特别珍惜每一次亲自动手的机会。爱迪生一生发明达1328种之多,很重要的原因是他一生不停地动手实验:在家里,地窖成了他的实验室;在火车上,吸烟室成了实验室;当电报员,值班室成了实验室……由于他有很强的动手操作能力,一旦形成设想后,就能迅速变成现实。通过动手做实验,有意识地培养自己的实验能力和掌握实验的基本方法,对你来说是非常必要的。例如,做“验证牛顿第二定律”的实验,可以培养你精心设计的能力:根据实验的目的、原理,要会选择器材,编写实验步骤,设计记录表格,等等。这个实验所需器材和仪器较多,从中你可以提高自己正确使用学生电源、打点计时器及其他仪器的操作能力。通过对实验所得纸带的分析,研究验证力、质量和加速度的关系,从而培养归纳总结规律的能力。

怎样才能顺利有效地完成实验呢?首先,你要明确课本内介绍的两种常用方法:一是归纳法,如“研究电磁感应”;二是如前例所述的验证法。其次,要掌握好控制条件的方法,如前述实验,在控制质量(m)不变的条件下,研究加速度(a)和力(F)的关系;在控制力(F)不变的条件下,研究加速度(a)和质量(m)的关系;最后看a、F、m的关系,从而验证牛顿第二定律。第三,学会运用数学方法分析总结实验规律。

2.勤于思考

物理知识来源于实践,但实践的经验并不就是物理知识,要从实践中总结出物理知识,必须进行抽象的思维活动。因为只有通过思维才能抓住事物的本质。丹麦科学家第谷连续20多年对行星的位置进行观察、测量,积累了大量的数据,但没有什么重要的规律总结出来,而他的学生开普勒,仔细地研究了第谷的观测资料,认真反复地进行思考,经过4年多的刻苦计算,先后否定了19种设想,最后,终于发现了行星运动三定律。开普勒行星运动三定律回答了行星怎样运动的问题,却没有解决行星为什么围绕太阳旋转而没按惯性做匀速直线运动的现象。牛顿则通过更进一步的思考,将开普勒的三定律和自己的力学成就成功地结合到一起,1968年发表了万有引力定律,圆满地解决了上述问题。牛顿说:“我一直在思考,思考,思考……”因此,只有勤于思考,才能总结实践经验,抓住事物的本质。

思考不是胡思乱想,不是想的时间越长,就一定越好。在实际工作中,能否取得成就,除依靠正确的观察和实验,以及丰富的基础知识和专业知识外,在很大程度上取决于科学地运用思维方法,如比较、类比;分析、综合;归纳、演绎等。物理学中还常用理想化的方法;等效变换的方法;利用数学工具解决物理问题的方法及提出猜想并用实验验证的方法。掌握方法,并不比掌握知识次要。如理想化的方法,就是在研究物理过程中,抓住主要的、本质的因素,抛开次要的、非本质因素,从而把物体本身或物体所处的条件理想化,其目的就是将错综复杂的物理现象归结为一个简单理想的问题。

勤于思考在学习活动中还体现在(1)要学习一点物理学史,研究科学家是如何发现问题和提出问题的。如伽利略是怎样驳斥亚里士多德关于重物体比轻物体下落得快的论点;热质论是怎样被推翻的;光的波粒二象性为何经过漫长的、辩证的过程才逐步确立。通过与先人交流,可以使你思路开阔,从中汲取营养,掌握科学思维方法。(2)独立思考。优秀的学生一般都善于独立地发现问题,独立地分析问题、解决问题,同时还能独立地检查结论的正确性。(3)不盲从,不轻信,凡事都要问一个为什么。对所学知识,要经过自己头脑思考后再接受。学习物理的同学都知道,物理的规律都有其适用范围。如欧姆定律对金属导体正确,对液体导电也正确,为什么对气体导电就不成立了?这样的具有怀疑精神的学习,可以加深对欧姆定律的理解。(4)运用所学知识解决学习中的问题,必须勤于思考。如在作题时如何选择公式,动量守恒和机械能守恒有什么区别,研究对象的确定,内、外力的区分……必须掌握好知识之间的区别和联系,把学过的知识融会贯通。

同学们,愿你在物理学习中勇于实践,勤于思考,掌握开启知识大门的“金钥匙”,翱翔在物理知识的海洋之中。