谈高中物理竞赛指导

一、指导教师必须具备良好的科学素养
　　指导教师科学素养程度的高低，直接关系到能否准确地发现物理学科竞赛苗子并将其培养为竞赛型选手的重要问题．科学素养可以简单概括为两个方面：一是学科专业基础知识，二是教育教学方法．
　　学科专业知识包括物理学科知识和部分数学学科知识．也许有人会说，现在的高中物理教师都是大学物理系本科毕业，物理学科方面的知识不成问题．其实不然，由于竞赛的目的是“……帮助学校开展多样化的物理课外活动，活跃学习空气；发现具有突出才能的青少年，以便更好地对他们进行培养．”所以竞赛中涉及的知识，尤其是解决问题的方法大多隶属于高中与大学知识的结合部，高中教学不能讲到位，大学又不讲，因此作为称职的竞赛指导教师，首先要熟悉大学教材，吃透高中教材，钻研竞赛大纲，并以竞赛大纲为纽带将高中知识与大学知识结合起来，适时、适度的进行竞赛指导．比如“天体物理”方面的知识一直是竞赛中的热点，高中教材只讲万有引力定律及简单的应用，而竞赛大纲还要求学生掌握开普勒行星运动的三个定律．如果借助大学教材中的角动量守恒定律，那么学生对行星运动三定律及天体物理的有关知识将会理解的更深、更好，因此在辅导中就存在“基础、巩固、提高”的安排问题．结合上面提到的例子，第一步让学生学习万有引力定律、开普勒行星运动三定律和引力势能公式；第二步用微元法和开普勒行星运动第二定律“太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积”导出和角动量守恒定律相似的规律，待学生完全熟知后，再补充动量及角动量守恒定律，这样既疏通了高中物理与大学物理的联系，又加深了学生对高中物理知识的理解．
　　其次，指导教师要掌握物理竞赛中的解题方法．这些方法是：对称法、等效替代法、叠加法、微元法、割补法、类比法、解析、推理、归纳法，等等．表面上看，通过几个例子向学生介绍这些方法的运用并不困难，但是要使学生掌握并能灵活的运用并不是一件容易的事．高中物理竞赛是以知识为载体的能力竞赛，要求参赛选手能在透彻分析物理过程（尤其是对陌生的物理情境）的基础上建立科学模型，选择适当的解题方法，以达到顺利解决实际问题的目的．其中，就建立科学模型和选择适当的解题方法而言，后者难于前者，即使对指导教师来说，为科学模型选择一个符合题目物理情境的解题方法也是一件很难的事，指导教师做不好，学生很难受到画龙点睛的点拨，综合处理问题的能力难以提高．
　　比如：（第五届全国中学生物理竞赛试题）一无限长均匀带电细线弯成如图1所示的平面图形，其 图1中 是半径为R的半圆弧，ＡＡ′平行于ＢＢ′，试求圆心Ｏ处的电场强度．
　　本题所考查的知识仅是带电体周围某点场强的叠加问题．在高中物理中没有现成的知识可利用．在大学物理中，Ｏ点的场强可以看做是均匀带电的半圆弧导线 、直导线ＡＡ′和ＢＢ′在Ｏ点场强的叠加，半圆弧导线、直导线的场强可用微积分知识求得．如果教师向学生介绍此种方法，学生最多只是学会了几个求场强的公式，对提高分析、解决问题的能力没有多大帮助，换一个新题目就必将束手无策．倘若教师指导学生从高中物理中点电荷场强公式出发，在半圆环上取一微小的带电圆弧ａｂ并考虑与其相对应的ＢＢ′直导线上一微小带电直线段ａ′ｂ′，如图2所示，分别研究两个带电元在Ｏ点场强的叠加，再由对称的方法推而广之，最终不难得到Ｏ点的场强为零．这种方法不仅没有超出竞赛大纲图2规定的知识范围，而且可引导学生的思维向着透彻分析物理情境、由局部到整体、由特殊到一般的方向发展，对提高学生的物理素养大有裨益．指导教师具备了较好的学科专业知识，再辅以适当的教育、教学方法，出竞赛成绩就比较有把握了．在下面两个问题中，笔者专门谈物理竞赛中的教育、教学方法．
　　二、科学选择竞赛苗子
　　兴趣是学习的原动力，选择物理竞赛苗子首先考虑的应该是学生对物理学科的兴趣．一般地讲，学生从接触高中物理到参加全国竞赛有两年的时间，这两年中，学习的知识面很广、很深，涉及的方法也很抽象，需要学生自觉地钻研课外知识，并以极大地毅力坚持下去，如果学生对物理学科没有浓厚的兴趣，这种执著的追求是不可能的．
　　其次，竞赛苗子的聪明和勤奋同等重要，我们教师有一种意识倾向，即凡是聪明的学生就一定是好的竞赛苗子，其实这是不完善的，聪明加勤奋才是成才的必要条件．笔者见过许多灵气很足的学生，他们对物理学科的兴趣很浓，也有远大的理想，只是在漫长的准备竞赛过程中极易受外界干扰，不能持之以恒．这种学生在预赛中成绩还不错，但是复赛就显得相对较弱，很难挤进省一等奖行列，与省级代表队无缘．
　　再次，选择的苗子必须具备扎实的数学功底，通常物理竞赛试题中难题的解答都和精湛的数学分析、技巧分不开，特别是在弄清题目的物理情景、建立了物理模型之后，选择解题方法就是关键了．好的解题方法往往是巧妙的数学手段的体现，通过恰到好处的数学分析，可以揭示物理过程中的临界状态及解的深刻物理内涵，使解的结果更加圆满．如通过不等式的运用说明物理量的取值范围；用极值的方法揭示物理过程的变化趋势；用数学归纳法推得物理过程的最终结果等等，无一例外地说明了数学工具在物理竞赛中的重要作用，在竞赛中老师经常听到学生抱怨说“物理过程分析对了，方程列式也正确，就是解不出结果来”．笔者认为，解不出结果的原因就在于解题方法选择不当和数学功底相对薄弱，这一问题应当引起重视．
　　三、科学培养竞赛选手
　　由于竞赛苗子的共同特点是反应灵敏、学习主动、接受能力强、抽象思维质量高，所以培养竞赛选手的指导思想是因材施教．在全程的竞赛准备过程中，学生的主动学习、探索是主导，指导教师的作用是培养学生对物理保持浓厚的兴趣，调节其积极性，点拨解题技巧，建全知识体系并促使学生全面发展．现分别说明如下．
　　1点拨解题技巧，激发创造性思维活力
　　在准备竞赛过程中，学生肯定要做相当数量的题目，作为指导教师一定要使学生明白，解题是手段，通过解题锻炼透彻分析问题的能力、灵活融会贯通知识的能力和解决问题的能力、提高物理素养才是目的．精巧的解题技巧是解题方法的闪光之处，是创新思维的火花，教师应当在学生的解题思维过程中予以恰当的点拨，起到茅塞顿开、画龙点睛的作用，千万不可把解题技巧归纳为解题方法，如割补法、对称法、微元法、逆向思维法等等以知识的形式灌输给学生．表面上，学生的确接触了大量的解题方法技巧，但是这些方法技巧不是学生通过自己的刻苦钻研而获得的，缺乏深刻的理解，并不能在实际中灵活应用，而且这种做法本身削夺了学生探索未知领域的权力，压制了创造性思维的发展，是不能培养出优秀的竞赛型选手的．
　　2健全知识体系，注重全面发展
　　竞赛选手知识体系包括两个方面，一方面是物理学科的知识体系，另一方面是一个合格的高中毕业生应当具备的知识体系．
　　物理学科的知识体系包括中学物理全部知识、少量的大学物理知识和必要的数学知识，其中大学物理知识主要有：斜抛运动；非惯性参照系；均匀球壳对球壳内外质点的引力公式、开普勒定律、质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式、弹簧的弹性势能；谐振动方程[ｘ=Ａｃｏｓ（ω+ａ）]、位相；理想气体的绝热过程、热膨胀；点电荷的电势公式，均匀带电球壳内和壳外的电势公式、电容器的连接、电介质的极化、电桥、补偿电路；纯电感、纯电容电路．必要的数学知识有：中学阶段全部的初等数学（含解析几何）、极限、无限大和无限小的初步概念．
　　对于以上知识，指导教师肯定会加倍强调，笔者只想说，强调是合理的，但是若强调过分，容易导致选手重理轻文，重视物理而轻视其它学科甚至数学学科的偏科行为，这样的偏科苗子即便物理解题能力很强，也不具备全面发展的后劲，综合处理实际问题的能力有局限性，不是优秀的竞赛型选手．关于这一点，诸位同行只要翻阅历年全国物理决赛试卷和国际奥林匹克竞赛试卷，会不难发现跨学科、理论联系生产、生活实际的题目是很多的，这对于偏科选手非常不利．同时，这种极端的教育教学方法与竞赛大纲的精神和我国基础教育培养目标也是相悖的．
　　因此，指导教师要兼顾竞赛苗子的专业发展和各科全面发展的关系，通过物理学科的专业发展带动其它学科的进步；依*其它学科的进步，丰富文化底蕴，增强科学素养，促进物理学科的专业发展，相辅相成，相得益彰．