第10卷第5期
2011年10月
常州信息职业技术学院学报
JournalofChangzhouVocationalCollegeofInformationTechnology
Vol．10No．5
Oct．2011
收稿日期:2010-09-29
作者简介:左南君(1971-)，男，中学一级，从事研究方向:物理教育、成职教育
物理抽象思维能力培养在简谐运动教学中的体现
左南君
(宜兴市官林成人文化技术学校江苏无锡214251)
摘要:结合新课标中简谐运动的具体教学内容，论述了物理抽象思维能力的培养，点明物理抽象思维能力的培养在新课中
有具体体现。
关键词:物理抽象思维;简谐运动;新课标
中图分类号:G633．7文献标志码:B文章编号:1672-2434(2011)05-0030-03
TheCultivationofPhysicalAbstractThinkingin
SimpleHarmonicMotionTeaching
ZUONan-jun
(GuanlinAdultCultureandTechnologicalSchool，Wuxi214251，China)
Abstract:Takingthedetailedteachingcontentsofthenewcurriculumstandard，thepaperexpoundsthecultivationofphysicalabstract
thinkinginSimpleHarmonicMotion，andconcludestherequirementsareincludedinthenewcourse．
Keywords:physicalabstractthinking;SimpleHarmonicMotion;thenewcurriculumstandard
物理抽象思维是指以物理概念为思维材料，以
物理判断和物理推理的形式来反映客观事物的运动
规律，从而达到对物理事物的本质特征和内在联系
的认识过程。物理抽象思维不仅是学生提出物理问
题、掌握物理概念、把握物理规律、形成物理理论的
重要思维方式，也是提高学生综合运用所学物理知
识解决具体问题能力的必要条件。简谐运动的教
学，可以使学生在理解概念，掌握规律的过程中，对
物理抽象思维能力进行培养。
1合理构建教学内容的逻辑体系
物理学是以基本概念为基石，以基本原理为骨
架，以基本方法为纽带所构成的逻辑体系。教材编
写和教学内容的设计都体现了合理的逻辑结构。课
堂教学中的逻辑主线是:提出问题———分析探究问
题———解决问题。
“振动现象在自然界中广泛存在。钟摆的摆
动、水中浮标的上下浮动、担物行走时扁担下物体的
颤动、树梢在微风中的摇摆……都是振动，一切发声
的物体都在振动，地震是大地的剧烈振动，振动与我
的生活密切相关。”(新课标选修3-4第十一章机械
振动第一节简谐运动)与学习过的匀速直线运动、
匀变速直线运动、匀变速曲线运动(平抛、类平抛运
动)和匀速率圆周运动相比，振动是一类相对较为
复杂的运动形式。在自然界中一切复杂的运动形式
都是由最简单的运动形式组成，并且学生的认知遵
循先简单后复杂的规律。为此应该从最简单的情况
出发，学习振动的描述及振动的性质。构建模型就
是将物理过程模型化，将一些复杂的物理过程经过
分解、简化、抽象为简单的易于理解的物理过程。在
实际教学过程中，可利用已有的物理知识中的概念
规律和对物理问题的研究方法来构建一种物理模
型———弹簧振子。弹簧振子是一个不考虑摩擦阻
力，不考虑弹簧的质量，不考虑振子(金属小球)的
大小和形状的理想化的物理模型。
如图1所示是一个弹簧振子的模型，其中金属
杆光滑，轻质弹簧质量远小于金属小球的质量，故可
忽略不计。
图1弹簧振子
通过实验演示，让学生分析研究弹簧振子的位
移和时间的关系。
实验一:如图2所示是弹簧振子的频闪照片。
图2弹簧振子的频闪照片
实验二:如图3所示是利用传感器和计算机描
绘简谐运动的图像。
图3用传感器和计算机描绘简谐运动的图像
深入研究弹簧振子的位移与时间的关系:
方法一:利用初中数学课本中已经学习过的正
弦函数的知识，假定现在得到的振动位移时间关系
是正弦曲线，用刻度尺量出几个特殊点的纵坐标和
横坐标，看看是否满足正弦函数表达式。
方法二:利用计算机处理位移传感器经数据采
集器的数据在屏幕上作出的位移—时间图像，猜想
弹簧振子的位移—时间关系可以用什么函数表示。
从而得到简谐运动的定义:“如果质点的位移与
时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像
(x-t图像)是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐振
动。”“简谐运动是最简单、最基本的振动。”(新课标
选修3-4第十一章机械振动第一节简谐运动)
以上过程就是遵从课堂教学的逻辑主线，先提
出问题，后分析探究问题，再解决问题，最后是系统
物理知识，形成知识结构。其中，对实验现象的分析
总结，可培养学生的归纳概括能力，同时明确知识点
在知识结构中所处的地位。
2积极传授物理抽象思维的方法
物理学中抽象思维的方法包括比较与分类的方
法、分析与综合的方法、判断与推理的方法、抽象与
概括的方法、归纳与演绎的方法等。教学过程中，引
入弹簧振子模型，既具合理性又有必要性，使学生把
复杂问题简单化。这就教给学生将物理过程模型
化，将一个复杂的物理过程经过分解、简化、抽象为
简单的易于理解的物理过程，将实际问题转化为物
理问题，从而培养了学生研究和处理问题的分析与
综合、抽象与概括、归纳与演绎等思维方法。
物理概念是抽象思维的成果，在教学中要使学
生搞清物理概念所反映的物理现象、物理过程的本
质。物理概念是物理规律把握的基础。为了能够描
述简谐运动的规律，要先弄清楚描述简谐运动的几
个物理量:振幅A、周期T和频率f、相位φ。
物理规律是在观察实验的基础上，经过物理思
维和数学推理得出的。在物理规律的教学中，要使
学生在把握新旧知识的相互联系和建立物理规律的
事实依据的基础上，搞清建立物理规律的思维方法
和思维过程。从初中数学知识即可得知正弦函数的
表示式为x=Asin(ωt+φ)
“要描述简谐运动的位移x与时间t之间的定
量关系，必须知道物理量A、ω、φ。它们是描述简谐
运动的基本物理量。”(新课标选修3-4第十一章机
械振动第二节简谐运动的描述)
进一步分析后，得到简谐运动位移—时间表达
式x=Asin(
2π
T
t+φ
0
)
式中A是振幅，T是周期，
2π
T
+φ
0
是相位，φ
0
是初相。
学生在感性材料的基础上运用分析、综合、比
较、抽象、概括等方法得出物理概念，同时了解物理
概念的外延和内涵，搞清各物理概念的来龙去脉。
3注重分析物理教学的因果关系
因果关系是客观世界中一种普遍的、本质的关
13第10卷第5期左南君:物理抽象思维能力培养在简谐运动教学中的体现
系。在物理教学中，深入揭示物理事物、物理概念及
物理规律中的因果关系，既有助于学生牢固掌握物
理概念和物理规律，灵活运用它们解决实际问题，也
有利于抽象思维能力的培养。
力是使物体运动状态发生改变的原因。“物体
做匀变速运动时，所受的合力大小、方向都不变;物
体做匀速圆周运动时，所受的合力大小不变、方向与
速度方向垂直并指向圆心。那么，物体做简谐运动
时，所受的合力有什么特点?”(新课标选修3-4第十
一章机械振动第三节简谐运动的回复力和能量)
在图1弹簧振子的例子中，分析振动小球所受
合力就等于弹簧对振动小球的弹力，力的大小与弹
簧的形变量成正比，即力的大小与振动小球相对于
平衡位置位移的大小成正比，力的方向总是指向平
衡位置，它的作用总是要把振动小球拉回到平衡位
置。因此得到了关于振动小球做简谐振动力的约束
关系表达式:F=－kx(式中k是弹簧的劲度系数。
X是振动小球相对于平衡位置位移)。教师可引导
学生在此模型基础上进行分析与综合、判断与推理、
抽象与概括、归纳与演绎，从而概括得出定义:如果
质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正
比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运
动。通常把这个力称为回复力(restoringforce)。
生活中经常可以看到悬挂起来的物体在竖直平
面内摆动，用细线悬挂着的小球来研究摆动的规律。
这里可以比较弹簧振子构建另一种物理模型———单
摆。在处理不同简谐运动的模型时都要去分析它的
受力情况，从而找出回复力由谁提供:某一个力或某
一个力的分力或几个力的合力。弹簧振子的回复力
一般是弹簧的弹力提供，单摆的回复力又由谁来提
供呢?通过对摆球的受力分析，可知摆球在圆弧方
向上受到的只是重力在这个方向的分力，这就是摆
球的回复力。“我们在一般条件下研究单摆是不是
做简谐运动，最简单的方法是看它的回复力是否满
足F=－kx的条件。”(新课标选修3-4第十一章机
械振动第四节单摆)因此单摆在偏角很小的条件下
振动时，可近似认为是简谐运动。当得出理想单摆
的周期公式T=2π
槡
L
g
，就知道决定单摆周期的
是摆长和重力加速度。单摆的摆球质量和振幅对单
摆的周期没有影响。
在分析简谐运动的特点时，应该综合运用比较
与分类、分析与综合、判断与推理、抽象与概括、归纳
与演绎等抽象思维的方法建立起已知内容和未知内
容之间的因果联系，得到判定质点是否做简谐运动
的条件是它受到的回复力是否与质点离开平衡位置
的位移成正比，即是否满足F=－kx的关系。
4搞清物理学中的辩证关系
物理学中存在着许多对立的东西，如大与小、动
与静、内在与外在、常与变、曲与直、有限与无限、精
确与近似、数与形、一般与特殊、量变与质变等。这
些看似完全对立的事物双方，在相互排斥、相互斗争
的同时也相互依存、相互贯穿。在具体的教学过程
中让学生分析其辩证关系，培养学生的辩证思维能
力，使学生的物理抽象思维能力得到提高。
弹簧振子物理模型中振动小球的运动轨迹是直
线，单摆物理模型中摆动小球的运动轨迹是曲线，运
动轨迹它们是相互对立的，但本质上它们是相互统
一的，都是简谐运动。
质点的简谐振动既可以用数学表达式x=
Asin(ωt+φ)来表示，也可以用振动图线来表示。
数与形是反映事物间关系的两种不同的形式，它们
是相互对立的，同时又是相互统一的，都可以用来描
述物理规律。它们之间相互补充、相互替代、相互转
化，从不同方面反映了质点做简谐运动的规律。
数学公式x=Asin(ωt+φ)具有概括、简约、精
确的特点，而图形图线则具有形象、直观、生动的特
点。物理教学中揭示数与形的辩证关系，可以有效
地培养学生抽象思维的灵活性、深刻性和辩证性。
5结束语
总之，在进行简谐运动的教学活动中，教师只要
深入钻研教材，精心组织教学内容，充分挖掘学生蕴
藏的思维潜能，就能很好地培养学生的物理抽象思
维能力，从而加强学生对物理世界的探求能力，不断
提高学生学习物理的积极性。
参考文献:
［1］张维善．普通高中课程标准实验教科书(物理)选修
3-4［M］．北京:人民教育出版社，2007．
［2］阎金铎，田世昆，胡卫平．物理思维论［M］．南宁:广
西教育出版社，1999．
23常州信息职业技术学院学报2011年10月
|
|
