新課程理念下的中學(xué)物理概念教學(xué)

葛德成

新課改倡導(dǎo)自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式,本文從教育心理學(xué)角度并結(jié)合新課程理念,對(duì)物理概念教學(xué)進(jìn)行理性的思考,從五個(gè)教學(xué)視角對(duì)物理概念教學(xué)進(jìn)行了論述.

一、提出物理概念

問題與疑問是探究的起點(diǎn),也是探究教學(xué)的一個(gè)基本特征. 開展物理探究教學(xué),必須創(chuàng)設(shè)物理問題情境,讓學(xué)生在物理情境中不斷發(fā)現(xiàn)問題.

1. 創(chuàng)設(shè)情境,提出概念

創(chuàng)設(shè)問題情境,提供一定的刺激模式,能撥動(dòng)學(xué)生的心弦,撥正思維歧途,師生進(jìn)入“積極思維的王國(guó)”,為學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)營(yíng)造環(huán)境. 在創(chuàng)設(shè)問題情境的過程中,要注意考慮所創(chuàng)設(shè)問題的適時(shí)性、針對(duì)性和啟發(fā)性,同時(shí)要兼顧問題本身的性質(zhì)和學(xué)生的接受能力、思維特點(diǎn),并適時(shí)啟發(fā)、點(diǎn)撥. 例如,在“自感”一節(jié)課的引入時(shí),我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)“觸電”實(shí)驗(yàn),用4~6伏直流電源與自感線圈(日光燈鎮(zhèn)流器中的線圈)串聯(lián),電路中留一個(gè)缺口,缺口兩端削去絕緣體,裸露金屬體. 演示時(shí),讓一位學(xué)生上講臺(tái),當(dāng)用兩手握住裸體導(dǎo)線的兩端時(shí),學(xué)生因“觸電”而全身抖動(dòng)一下,引起全班同學(xué)興趣. 這個(gè)實(shí)驗(yàn)雖然簡(jiǎn)單,演示卻非常成功,完全吸引了學(xué)生. 接著,教師圍繞實(shí)驗(yàn)提出系列問題,讓學(xué)生探究和討論:(1)高壓是哪里產(chǎn)生的?(2)高壓何時(shí)產(chǎn)生?(3)為何會(huì)產(chǎn)生高壓?(4)何處電流發(fā)生變化?在熱烈愉快的討論中提出自感的課題. 這樣可以起到課亦始趣亦生的效果. 通過感知熟悉的物理現(xiàn)象而提出問題,可以激發(fā)學(xué)生的思維,使學(xué)生帶著濃厚的求知欲望學(xué)習(xí)新知識(shí),這樣既創(chuàng)設(shè)了良好的課堂氣氛,又為新概念學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ).

2. 打破平衡,提出概念

當(dāng)學(xué)生求知心理達(dá)到平衡時(shí),往往需要教師創(chuàng)設(shè)探究情境去打破學(xué)生的心里平衡,從而激發(fā)思維,其過程是:創(chuàng)設(shè)不協(xié)調(diào)→探究→發(fā)現(xiàn)→解決問題(達(dá)到第二次平衡). 從認(rèn)識(shí)論的角度來看,只有不斷地打破學(xué)生原有的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu),使他們的思維遠(yuǎn)離平衡狀態(tài),才能有效地調(diào)動(dòng)起學(xué)習(xí)新課題的積極性. 為此,我們可以運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段,將新舊知識(shí)的矛盾,尖銳地?cái)[在學(xué)生面前,使他們的思維處在激烈的不平衡狀態(tài)之中,從而帶著要解決問題的迫切心情投入學(xué)習(xí). 例如,用伏安法測(cè)電阻,學(xué)生在初中就學(xué)習(xí)過原理,也做過實(shí)驗(yàn),然而高中對(duì)此課題的教學(xué)要求已經(jīng)提高,要討論安培表內(nèi)接和外接時(shí)兩種電路的誤差情況. 但是,面對(duì)這兩種電路,學(xué)生開始的反應(yīng)是淡漠的,因?yàn)樗麄冊(cè)械恼J(rèn)識(shí)圖式中,這兩種電路是等價(jià)的,所以他們的思維處于平衡狀態(tài)之中. 為了能使學(xué)習(xí)引向深入,我們可以通過演示實(shí)驗(yàn)來激化矛盾,打破平衡,采用大型示教電表,分別以兩種電路去測(cè)量同一只大電阻的阻值,兩次測(cè)出的數(shù)據(jù)是5.2千歐和2.0千歐;然后又去測(cè)量同一只小電阻,測(cè)出的數(shù)據(jù)是5.0歐和2.0歐. 懸殊的測(cè)量結(jié)果,造成了一種外來的強(qiáng)刺激,學(xué)生的思維被迅速地激發(fā)起來,從而促使他們積極主動(dòng)地參與新課題的學(xué)習(xí).

二、揭示先驗(yàn)概念

學(xué)生從自身的實(shí)踐中形成了對(duì)各種事物的看法,并養(yǎng)成了獨(dú)有的思維方法,用以理解與解釋日常生活中的各種現(xiàn)象,學(xué)生的這些想法與思維方式稱為先驗(yàn)概念. 如學(xué)生通過對(duì)眾多日?，F(xiàn)象的觀察思考,把力和速度聯(lián)系在一起,他們認(rèn)為物體受力才有速度,不受力就沒有速度,這種錯(cuò)誤的觀念就是先驗(yàn)概念. 實(shí)踐發(fā)現(xiàn),由于先驗(yàn)概念由來已久,根深蒂固,因此,在概念教學(xué)時(shí),我們要讓學(xué)生自行探究,搜集事實(shí),參加實(shí)戰(zhàn),親自觀察實(shí)驗(yàn)與操作,揭示先驗(yàn)概念,確立科學(xué)觀點(diǎn).

1. 顯性先驗(yàn)概念

所謂顯性先驗(yàn)概念指教師憑自己學(xué)習(xí)過程的回憶、物理學(xué)史的學(xué)習(xí)、教學(xué)信息反饋和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累,可以判斷學(xué)生頭腦中存在的先驗(yàn)概念. 如力是物體運(yùn)動(dòng)的原因、自由下落物體重力大的物體落得快等,都可以認(rèn)為是顯性先驗(yàn)概念.

針對(duì)這類先驗(yàn)概念,教師在備課中要有的放矢地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或案例,要求學(xué)生進(jìn)行探究,從而使學(xué)生清楚地了解到他們的想法的缺陷與不足之處,或者根據(jù)學(xué)生的先驗(yàn)概念,因勢(shì)利導(dǎo),借題發(fā)揮,將錯(cuò)誤引向絕路,以達(dá)到借錯(cuò)求正的目的,這稱為概念沖突. 現(xiàn)以“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)教學(xué)為例. 我們知道與本節(jié)知識(shí)有關(guān)的先驗(yàn)概念是“物體下落快慢是由它們的重力決定的,物體越重,下落越快. ”針對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤觀點(diǎn),我們可以從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面讓學(xué)生展開探究.

先進(jìn)行理論探究,若將輕物與重物縛在一起,讓其下落,那么與原物相比,是下落得更快些還是慢些?學(xué)生進(jìn)行探究后產(chǎn)生兩種觀點(diǎn):一種認(rèn)為因重物被輕物拖住了,所以縛在一起比原重物慢些;另一種認(rèn)為應(yīng)比原重物快些,因兩物連在一起比原重物更重了. 顯然兩者針鋒相對(duì),通過討論認(rèn)識(shí)到“重物比輕物下落得快”是錯(cuò)誤的. 但學(xué)生的疑惑可能仍未消去,因?yàn)樯钪械拇_看到鐵塊比羽毛下落得快,那么可進(jìn)一步用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究.

【探究1】取外形相同的兩只球,一只是鋼球,另一只是鋁球,讓鋁球超前鋼球0.5米、0.25米……重復(fù)實(shí)驗(yàn),通過探究學(xué)生得出,欲使兩球同時(shí)落地,兩球必須從同一高度同時(shí)釋放.

【探究2】取兩張完全相同的紙,其中的一張捏成團(tuán),從同一高度同時(shí)釋放,探究發(fā)現(xiàn)等重的兩張紙,并不是同時(shí)落地,探究討論后學(xué)生自然明白,這是空氣阻力的影響,這從反面作了論證.

【探究3】用毛細(xì)管實(shí)驗(yàn)探究,進(jìn)一步說明在管中空氣被抽去后,重力不同的物體下落的快慢相同.自由落體運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)誤觀點(diǎn),從亞里士多德到伽利略持續(xù)了近2000年,學(xué)生在一堂課內(nèi)解決是一件不容易的事,只有從多側(cè)面進(jìn)行探究,才能消除原來的先驗(yàn)概念,確立科學(xué)觀點(diǎn).

2. 隱性先驗(yàn)概念

先驗(yàn)概念的形成的原因很多,可能來自直覺或生活經(jīng)驗(yàn),也可能來自各種傳播媒介(電影、電視、書籍). 因此,教師在備課中,很難全面把握學(xué)生可能存在的先驗(yàn)概念. 像這種教師預(yù)先不能把握而學(xué)生頭腦中確實(shí)存在的先驗(yàn)概念,我們稱為隱性先驗(yàn)概念.

由于這類先驗(yàn)概念是隱蔽的,教師必須善于創(chuàng)造一種課堂氣氛,使學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng),讓學(xué)生的思維得到充分暴露,即把問題揭示出來,與科學(xué)知識(shí)形成鮮明對(duì)照,加以清除. 例如“大氣壓”教學(xué),可設(shè)計(jì)如下探究過程來揭示先驗(yàn)概念.

【探究1】取廢棄易拉罐,裝上少許水,在酒精燈或電爐上緩慢加熱至沸騰,隨后迅速倒置在預(yù)先準(zhǔn)備好的一只裝水的玻璃器皿里,瞬間易拉罐“咔嚓”一聲壓癟了,聲形俱全,揭示了大氣壓的威力,讓學(xué)生展開探究討論. 有學(xué)生認(rèn)為是水的壓力造成的,對(duì)于這個(gè)明顯的錯(cuò)誤,該如何處理呢?我們先給予肯定:“有一定道理,水對(duì)浸在它里面的物體確實(shí)有壓強(qiáng).” 那么,我們看到的現(xiàn)象是水的壓強(qiáng)產(chǎn)生的嗎?還是讓我們通過實(shí)驗(yàn)探究來回答問題吧!

【探究2】重做實(shí)驗(yàn),但是水未經(jīng)加熱,學(xué)生觀察到易拉罐并未變癟,從而排除了水的壓強(qiáng)導(dǎo)致易拉罐變癟的可能性,指出水在其中僅起媒介作用. 采取上述教法的用意在于:其一,充分揭示學(xué)生頭腦里的先驗(yàn)概念;其二,通過學(xué)生親自探究把先驗(yàn)概念轉(zhuǎn)變成科學(xué)觀點(diǎn);其三,在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變過程中,情感是一個(gè)十分重要的因素.

三、注重表象活動(dòng)

從生動(dòng)的直觀到抽象的思維,并從抽象思維到實(shí)踐,是教學(xué)基本的認(rèn)識(shí)過程. 從感知過渡到思維的中間環(huán)節(jié)是表象,教學(xué)的目的之一,就是要引導(dǎo)學(xué)生自覺地進(jìn)行表象活動(dòng),以促成形象思維向抽象思維的順利轉(zhuǎn)化.

表象活動(dòng)是物理教學(xué)認(rèn)識(shí)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié). 常見的教學(xué)過程大都是按照這樣的程序進(jìn)行:感知—抽象—概念—應(yīng)用. 這里明顯地缺乏自覺表象活動(dòng)的安排,這是傳統(tǒng)教學(xué)方法重視知識(shí)本身而忽視獲取知識(shí)過程的一種表現(xiàn). 如果我們?cè)诮虒W(xué)過程中劃分出表象活動(dòng)階段,即按照這樣的程序:感知—表象—抽象—概念—應(yīng)用. 現(xiàn)以“機(jī)械波”教學(xué)為例,其概念形成的心理過程如下。

四、控制操作程序

在概念教學(xué)過程中,不僅要使學(xué)生掌握概念本身,而且要形成良好的認(rèn)識(shí)技能和策略. 我們可以用控制操作程序的方法,來培養(yǎng)學(xué)生掌握概念的操作技能,使學(xué)生掌握學(xué)習(xí)物理概念的方法. 現(xiàn)以功的概念教學(xué)為例.

我們知道,物理學(xué)中做功有兩個(gè)必要因素:一是施力物體;二是物體在力的方向上發(fā)生的位移. 為了有利于學(xué)生掌握功的概念,可以設(shè)計(jì)如下歸入概念的動(dòng)作程序:(1)認(rèn)清第一個(gè)標(biāo)志——施力物體;(2)確定對(duì)象中有無(wú)第一個(gè)標(biāo)志;(3)記錄獲得的結(jié)果;(4)檢查結(jié)果的正確性.依次用同樣的方法檢驗(yàn)有沒有第二個(gè)標(biāo)志,物體在力的方向上發(fā)生位移.

歸入概念的邏輯規(guī)則是:(1)如果對(duì)象中所有的必要標(biāo)志都具備,就可以把它歸入概念;(2)如果缺少某個(gè)標(biāo)志就不能歸入概念;(3)如果對(duì)象中有一個(gè)標(biāo)志不清楚,其他標(biāo)志都具備,不能歸入概念.

學(xué)生按照規(guī)定的動(dòng)作程序進(jìn)行分析,把每一步的動(dòng)作結(jié)果均記在紙上,再把記錄結(jié)果與邏輯規(guī)則相比較,作出是否可以納入概念的結(jié)論,學(xué)生邊說邊操作.

通過對(duì)典型實(shí)際問題的分析,熟悉了歸入概念的步驟,即從哪里下手,通過怎樣的動(dòng)作,怎樣檢查正誤,能否歸入概念;通過操作,對(duì)概念本身的內(nèi)涵從各個(gè)側(cè)面加以理解和認(rèn)識(shí),不僅記住了概念的文字?jǐn)⑹?而且對(duì)概念有比較形象而具體的印象,這些印象可以成為思維的依據(jù).

控制操作程序法的優(yōu)點(diǎn)在于:

(1)古人云:“授人以魚,供一飯之需,教人以漁,則終身受用無(wú)窮. ”由于教給學(xué)生一定的操作程序和邏輯規(guī)則,加速了掌握的速度,并能有效地遷移到不同領(lǐng)域概念的學(xué)習(xí)中去.

(2)提高了動(dòng)作的合理性和掌握的自覺性,使學(xué)生對(duì)自己的認(rèn)知活動(dòng)產(chǎn)生正確的認(rèn)識(shí),進(jìn)行有效的監(jiān)控和有步驟的檢驗(yàn).

(3)加里培林認(rèn)為,動(dòng)作有實(shí)物的、出聲言語(yǔ)和內(nèi)部言語(yǔ)的三種水平,逾越任一階段都會(huì)給掌握過程帶來困難. 概念的控制程序法符合人的認(rèn)識(shí)過程的心理規(guī)律,因此,它能夠提高認(rèn)知技能.

五、構(gòu)建立體結(jié)構(gòu)

物理概念的教學(xué)單憑反復(fù)強(qiáng)調(diào)效果不佳. 如果安排一個(gè)適應(yīng)學(xué)生心理規(guī)律的動(dòng)態(tài)教學(xué)結(jié)構(gòu),就能較好地突破這個(gè)難點(diǎn). 以電動(dòng)勢(shì)為例. 我們?cè)陔妱?dòng)勢(shì)觀念建立后設(shè)計(jì)如下兩個(gè)動(dòng)態(tài)層次,來構(gòu)建電動(dòng)勢(shì)的立體結(jié)構(gòu).

【層次1】設(shè)計(jì)橫向聯(lián)系探究. 其探究過程是:(1)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)E=U內(nèi)+U外的探究,若方程兩邊同乘q,可以得到qE=qU內(nèi)+qU外,該表達(dá)式左邊是電源提供的能量,右邊反應(yīng)了內(nèi)外電路消耗的能量. 因此,E=U內(nèi)+U外實(shí)質(zhì)上是電路中的能量守恒表達(dá)式,這樣,學(xué)生從能的轉(zhuǎn)化的角度去理解電動(dòng)勢(shì)的內(nèi)涵;(2)電動(dòng)勢(shì)又是與電勢(shì)、電勢(shì)差有關(guān)的量,它必然是電勢(shì)、電勢(shì)差教學(xué)循環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)中的一環(huán);(3)電動(dòng)勢(shì)作為電路里維持電流的條件,是一個(gè)與電路問題有關(guān)的量.因此,把它作為電路教學(xué)這一循環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),從電路的角度去理解其內(nèi)涵和外延. 電動(dòng)勢(shì)的概念是三個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)的交點(diǎn),這樣,使學(xué)生從多個(gè)側(cè)面去探討電動(dòng)勢(shì)概念的內(nèi)涵和外延,有助于全面、深刻地理解概念,同時(shí),也深化了與之相關(guān)概念的理解,一舉多得.

【層次2】 通過實(shí)驗(yàn)探究,讓學(xué)生們?cè)诓僮髦蟹治觥⒗斫夂蛻?yīng)用電動(dòng)勢(shì)的概念. (1)測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,通過具體測(cè)出一個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值,增加具體形象的感受,在實(shí)際的連電路、測(cè)數(shù)據(jù)的過程中,加深對(duì)全電路的認(rèn)識(shí),加深對(duì)電動(dòng)勢(shì)與路端電壓的聯(lián)系與區(qū)別; (2)改裝伏特表的實(shí)驗(yàn),通過用半偏法測(cè)電表內(nèi)阻的過程,使學(xué)生對(duì)電動(dòng)勢(shì)在電路問題中的靈活運(yùn)用得到了強(qiáng)化; (3)測(cè)電源的輸出功率,可以強(qiáng)化從能的角度對(duì)電動(dòng)勢(shì)的理解和運(yùn)用.

學(xué)生在這樣的立體結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)過程中,從多個(gè)側(cè)面,不同的層次,在分析具體的物理過程中探討電動(dòng)勢(shì)概念的意義和作用.構(gòu)建的物理概念不再是孤立的死概念,而是整體物理結(jié)構(gòu)中多個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的交匯點(diǎn). ■