新課程背景下教師應(yīng)具有怎樣的一桶水

新課程背景下教師應(yīng)具有怎樣的“一桶水”

在教與學(xué)中，人們經(jīng)常提到“一杯水”與“一桶水”的問題。單擺是簡諧運(yùn)動(dòng)中的重要內(nèi)容，下面筆者以單擺教學(xué)為例談?wù)劷處煈?yīng)有怎樣的“一桶水”。一、教師的這“一桶水”應(yīng)廣而雜我們從知識(shí)的廣度上暢想一下與單擺有關(guān)的內(nèi)容。一根不可伸長的不計(jì)質(zhì)量的繩一端固定，另一端系一質(zhì)點(diǎn)便形成一個(gè)理想的單擺（也叫數(shù)學(xué)擺）。單擺在擺角小于5°（新教材放寬到10°）時(shí)所做的無阻尼振動(dòng)可以看做簡諧運(yùn)動(dòng)，擺球可看做諧振子。單擺長時(shí)間地?cái)[動(dòng)，其擺動(dòng)平面將會(huì)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，這是因?yàn)閿[的運(yùn)動(dòng)可以超然于地球的自轉(zhuǎn)，但懸掛擺的支架一般要帶動(dòng)它參與地球的自轉(zhuǎn)。150多年前的傅科擺實(shí)驗(yàn)已經(jīng)讓人們體會(huì)到了地球的自轉(zhuǎn)。由于我們討論的單擺擺動(dòng)時(shí)間較短，故不考慮單擺擺動(dòng)平面的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。單擺的等時(shí)性由科學(xué)家伽利略首先發(fā)現(xiàn)。單擺的周期公式由荷蘭科學(xué)家惠更斯推導(dǎo)出來，他還設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)擺鐘。從單擺的等時(shí)性聯(lián)想到時(shí)間及單位本征時(shí)間的定義。古人以脈搏跳動(dòng)來定義單位時(shí)間，也有以滴水間隔為時(shí)間單位，更有利用漏沙進(jìn)行計(jì)時(shí)。各種計(jì)時(shí)方法有一個(gè)共同點(diǎn)：找一個(gè)恒定的時(shí)間間隔來定義單位時(shí)間。但上述計(jì)時(shí)方法中的時(shí)間間隔都不夠恒定。隨著科學(xué)的發(fā)展，近代人們以地球自轉(zhuǎn)時(shí)間作為一個(gè)恒定的時(shí)間間隔，這一計(jì)時(shí)方法比“脈搏”“滴水”及“漏沙”精確了很多。但后來發(fā)現(xiàn)，由于受各種因素的影響，地球自轉(zhuǎn)的周期在逐漸減小，地球自轉(zhuǎn)的不均勻性使得天文方法所得到的時(shí)間（世界時(shí)）精度只能達(dá)到，無法滿足20世紀(jì)中葉社會(huì)經(jīng)濟(jì)各方面的需求。隨著人們對(duì)計(jì)時(shí)精度要求的不斷提高，一種更為精確和穩(wěn)定的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生，“原子鐘”以一定數(shù)量的原子精細(xì)躍遷（到目前為止所能找到的最恒定時(shí)間間隔）為恒定時(shí)間間隔而確定單位本征時(shí)間“秒”。單擺知識(shí)從廣度上拓展開，當(dāng)然不僅這些。如果我們的物理教師能夠有所掌握，可以在單擺周期公式的教學(xué)中將如此廣度的知識(shí)告訴給所有學(xué)生，相信它必將滲入每個(gè)學(xué)生的心中，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，拓展學(xué)生的視野。新課程要求教師的知識(shí)面必須寬廣，涉及的內(nèi)容要龐雜。我們教師只有具備了廣而雜的知識(shí)，才能在教學(xué)中信手拈來，同時(shí)也能對(duì)學(xué)生起到引領(lǐng)和示范的作用，從而引導(dǎo)學(xué)生走向知識(shí)的海洋。二、教師的這“一桶水”應(yīng)精而深我們從知識(shí)的深度上拓展一下與單擺有關(guān)的內(nèi)容。高中階段學(xué)生在解決有關(guān)“擺鐘走時(shí)”類問題時(shí)感到困難而且難以入手。筆者認(rèn)為解決該類問題應(yīng)找準(zhǔn)切入點(diǎn)，注意其特性，這個(gè)切入點(diǎn)便是擺鐘的顯示時(shí)間。當(dāng)一個(gè)擺鐘做好以后，其機(jī)械裝置中的傳動(dòng)部分就不能發(fā)生變化，即同一擺鐘的機(jī)械傳動(dòng)特性不會(huì)改變。由題可知，“北京鐘”真實(shí)過了3600s，該鐘顯示(3600-10)s，則有Δt=-11.1s，因此一晝夜慢11.1s×24=266s。上述例子有一定深度，但未超出教學(xué)大綱。對(duì)于重點(diǎn)高中理科班的學(xué)生而言屬于需要掌握的內(nèi)容。但如將此問題在新課階段引入，必將使學(xué)生剛建立起來的學(xué)習(xí)興趣化為泡影，也不符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。筆者建議放在高三復(fù)習(xí)階段用于拓展。下面的內(nèi)容超出了高中范圍，也是關(guān)于單擺的問題?；莞顾O(shè)計(jì)的擺鐘鐘擺的每個(gè)部分都有質(zhì)量，不是一個(gè)理想的單擺，而是一個(gè)復(fù)擺。我們可以將復(fù)擺簡化為如圖所示的情形，即由一根長為L的剛性輕桿，在桿的外端點(diǎn)和桿的中點(diǎn)放兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球，組合成的復(fù)擺做振幅很小的自由振動(dòng)。我們?cè)囍茖?dǎo)一下該擺的振動(dòng)周期。復(fù)擺這一物理模型屬于大學(xué)普通物理的內(nèi)容，由于中學(xué)階段知識(shí)的局限性，不能直接求解。但我們可以利用“等效法”，將其轉(zhuǎn)化成中學(xué)生熟悉的單擺模型，求出該復(fù)擺的等效擺長，便可求解周期。設(shè)有一擺長為的輔助單擺，其擺球的質(zhì)量為M，與復(fù)擺周期相等，兩擺分別從擺角為α處由靜止開始擺動(dòng)，擺動(dòng)到與豎直方向夾角為β時(shí)，具有相同的角速度ω，對(duì)兩擺分別應(yīng)用機(jī)械能守恒定律列出方程。對(duì)該擺列出機(jī)械能守恒方程，有由上述分析可知，鐘擺周期規(guī)律可用等效擺長的單擺周期公式處理?！瓎螖[的知識(shí)從深度上拓展，遠(yuǎn)不至這些。如果我們物理教師能較多地理解這部分知識(shí)，可以將此內(nèi)容放入校本課程，還可以對(duì)部分參