新課程背景下教師應具有怎樣的一桶水

新課程背景下教師應具有怎樣的“一桶水”

在教與學中，人們經(jīng)常提到“一杯水”與“一桶水”的問題。單擺是簡諧運動中的重要內(nèi)容，下面筆者以單擺教學為例談談教師應有怎樣的“一桶水”。一、教師的這“一桶水”應廣而雜我們從知識的廣度上暢想一下與單擺有關的內(nèi)容。一根不可伸長的不計質(zhì)量的繩一端固定，另一端系一質(zhì)點便形成一個理想的單擺（也叫數(shù)學擺）。單擺在擺角小于5°（新教材放寬到10°）時所做的無阻尼振動可以看做簡諧運動，擺球可看做諧振子。單擺長時間地擺動，其擺動平面將會緩慢轉(zhuǎn)動，這是因為擺的運動可以超然于地球的自轉(zhuǎn)，但懸掛擺的支架一般要帶動它參與地球的自轉(zhuǎn)。150多年前的傅科擺實驗已經(jīng)讓人們體會到了地球的自轉(zhuǎn)。由于我們討論的單擺擺動時間較短，故不考慮單擺擺動平面的緩慢轉(zhuǎn)動。單擺的等時性由科學家伽利略首先發(fā)現(xiàn)。單擺的周期公式由荷蘭科學家惠更斯推導出來，他還設計了世界上第一個擺鐘。從單擺的等時性聯(lián)想到時間及單位本征時間的定義。古人以脈搏跳動來定義單位時間，也有以滴水間隔為時間單位，更有利用漏沙進行計時。各種計時方法有一個共同點：找一個恒定的時間間隔來定義單位時間。但上述計時方法中的時間間隔都不夠恒定。隨著科學的發(fā)展，近代人們以地球自轉(zhuǎn)時間作為一個恒定的時間間隔，這一計時方法比“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間（世界時）精度只能達到，無法滿足20世紀中葉社會經(jīng)濟各方面的需求。隨著人們對計時精度要求的不斷提高，一種更為精確和穩(wěn)定的時間標準應運而生，“原子鐘”以一定數(shù)量的原子精細躍遷（到目前為止所能找到的最恒定時間間隔）為恒定時間間隔而確定單位本征時間“秒”。單擺知識從廣度上拓展開，當然不僅這些。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中將如此廣度的知識告訴給所有學生，相信它必將滲入每個學生的心中，提高學生學習物理的興趣，拓展學生的視野。新課程要求教師的知識面必須寬廣，涉及的內(nèi)容要龐雜。我們教師只有具備了廣而雜的知識，才能在教學中信手拈來，同時也能對學生起到引領和示范的作用，從而引導學生走向知識的海洋。二、教師的這“一桶水”應精而深我們從知識的深度上拓展一下與單擺有關的內(nèi)容。高中階段學生在解決有關“擺鐘走時”類問題時感到困難而且難以入手。筆者認為解決該類問題應找準切入點，注意其特性，這個切入點便是擺鐘的顯示時間。當一個擺鐘做好以后，其機械裝置中的傳動部分就不能發(fā)生變化，即同一擺鐘的機械傳動特性不會改變。由題可知，“北京鐘”真實過了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，但未超出教學大綱。對于重點高中理科班的學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，必將使學生剛建立起來的學習興趣化為泡影，也不符合學生的認知規(guī)律。筆者建議放在高三復習階段用于拓展。下面的內(nèi)容超出了高中范圍，也是關于單擺的問題?；莞顾O計的擺鐘鐘擺的每個部分都有質(zhì)量，不是一個理想的單擺，而是一個復擺。我們可以將復擺簡化為如圖所示的情形，即由一根長為L的剛性輕桿，在桿的外端點和桿的中點放兩個質(zhì)量均為m的小球，組合成的復擺做振幅很小的自由振動。我們試著推導一下該擺的振動周期。復擺這一物理模型屬于大學普通物理的內(nèi)容，由于中學階段知識的局限性，不能直接求解。但我們可以利用“等效法”，將其轉(zhuǎn)化成中學生熟悉的單擺模型，求出該復擺的等效擺長，便可求解周期。設有一擺長為的輔助單擺，其擺球的質(zhì)量為M，與復擺周期相等，兩擺分別從擺角為α處由靜止開始擺動，擺動到與豎直方向夾角為β時，具有相同的角速度ω，對兩擺分別應用機械能守恒定律列出方程。對該擺列出機械能守恒方程，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[的知識從深度上拓展，遠不至這些。如果我們物理教師能較多地理解這部分知識，可以將此內(nèi)容放入校本課程，還可以對部分參