從“錯誤”中探究物理概念教學

◆張志華

作者：張志華，南京師范大學研究生，研究方向為教育技術學（210000）。

物理概念是對客觀事物本質(zhì)屬性的貼切的反映，也是人們用來建構其他物理知識的基礎。一些基本概念能否掌握好，首先會給學生對相關章節(jié)內(nèi)容的掌握帶來很大影響，進而影響到對整個物理學科知識的學習。因此，幫助學習者掌握好物理概念在物理教學中變得尤為重要。

在教學過程中，物理概念是物理基礎知識中教師難以灌輸、學生也難以理解的內(nèi)容。盡管教師精心鉆研教材，注意了解學生，細心選擇教法，然而在教學實踐中仍會出現(xiàn)很多問題。譬如：學習者只是單純記住了某個概念，對于概念的應用卻感覺無從下手；又或者將某些相似性概念混淆，從而在解題過程中出現(xiàn)各種差錯等。問題的出現(xiàn)若得不到解決，不僅打擊學生的學習信心，而且會削減他們學習物理的興趣，致使他們逐漸厭學物理。

為了幫助教師能更好地進行物理概念教學，本文以高一物理加速度概念為例，立足于研究學生概念錯誤的成因，分析并總結出解決這些問題的辦法，從而為概念教學提供更好的建議。

1 學生加速度概念基本知識的問卷調(diào)查分析

此次調(diào)查的對象是南師附中高一的一個班級，采用問卷形式（附問卷），被調(diào)查人數(shù)34 人，收回問卷34份，下面是對調(diào)查結果進行的分析。

“加速度”表層定義理解調(diào)查如圖1所示，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：對第一題的回答，有44%的學生認為加速度大的物體，速度變化也一定越大；認為有加速度的物體，速度一定會增加的學生占35.3%，不能判斷加速度方向的占20.6%。

圖1 第一題調(diào)查結果

從結果中可以看出，很多學生對于加速度基本概念把握得不夠透徹，認為加速度大的物體，速度變化就大，明顯是將速度的變化率與速度變化量兩個內(nèi)容混淆了；認為有加速度，物體速度就會增加，也是學習者模糊加速度與速度概念的一個表現(xiàn)。

正確理解：速度是描述物體的運動狀態(tài)的量，而加速度則是描述物體運動狀態(tài)變化快慢的物理量。對于這種相似易混淆的概念，在對初學者進行教學時，教師可以組織學生參與討論，幫助學生糾正錯誤的認識。如分析從汽車啟動、勻速行駛到突然剎車三個階段，比較加速度和速度。通過課堂討論，使學習者意識到，當物體速度很大的時候，加速度不一定大；加速度大時，速度也不一定很大；有加速度的物體，速度不一定就是要增加的。

“加速度”量值確定調(diào)查第二、三、四題的設計是為了調(diào)查關于“加速度”的量值判定，學習者所掌握的情況。如圖2所示，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：52.9%的學生對于簡單問題中涉及加速度計算時，認為比較容易；常常會出錯的學習者占17.7%；認為很容易的占2.9%；而26.5%的學生會感覺有一些困難。當研究對象受力稍微復雜些時，能夠順利做出的學習者僅占23.5%；對于兩個物體組成的系統(tǒng)，對常用的“整體法”和“隔離法”熟練掌握的只占5.9%，而大致掌握卻應用不得當?shù)恼?7.6%。

圖2

在上述調(diào)查的基礎上，筆者又設計了些例題，對研究對象進行訪談。結果表明，大多數(shù)學生不能把握好加速度的判定問題，原因是缺少相應的練習，也有很多是對牛頓第二定律沒有好好掌握。當多個共點力作用于物體時，對力和加速度的瞬時對應關系沒有好好把握。其次，對于“整體法”和“隔離法”，很多學生只是了解方法的內(nèi)容，但大部分不會進行應用。

對于加速度值的確定中，牛頓第二定律F=ma無疑是應用最為頻繁的，在講解牛頓第二定律時，要強調(diào)力與加速度是瞬時關系：力為零，則加速度亦為零；力恒定，加速度也恒定，即力是加速度的決定量。而在涉及多個物體組成的系統(tǒng)時，加速度的確定相對來說會變得較為復雜，在應對這類題目時，教師更應該注重方法的傳授。而對于一個方法的講解，是需要根據(jù)不同的問題進行不同的分析。教師應選擇代表性的問題，來引導學生熟練掌握。譬如說整體法與隔離法應用的先后順序以及使用時機，對物體運動狀態(tài)的把握，都是一個方法中極為重要的考點，只有將這些內(nèi)容掌握了，學習者在面對復雜問題時才能做到胸有成竹。

對“加速度”理解運用情況的調(diào)查第五題的設計是為了調(diào)查學生對于加速度產(chǎn)生的根源是否清楚。如圖3所示，調(diào)查結果發(fā)現(xiàn)，57.6%的學習者認為加速度的產(chǎn)生是因為物體受力不平衡，然而仍然有將近一半的學生對加速度的根源還是理解有誤，認為加速度的產(chǎn)生是因為物體狀態(tài)發(fā)生了改變或者是因為速度發(fā)生了變化的學習者占36.5%，剩余學生是不清楚加速度的來源。

圖3

加速度是連接力學和運動學的橋梁，高一所涉及的運動中涉及加速度的包括勻變速直線運動、拋體運動、圓周運動。在這些運動中，加速度分別有不同的特點。第六題的設計則是為了調(diào)查學習者對以上運動中加速度不同點是否掌握清楚。然而調(diào)查結果表明，70.6%的學習者對于不同運動中的加速度特點及運用都很模糊。譬如在訪談中發(fā)現(xiàn)，有很多學生誤認為勻速圓周運動就是勻速運動。出現(xiàn)這種錯誤的原因是學習者被“勻速”兩字迷惑了。這主要是源于加速度概念在直線運動中反復強調(diào)，導致學習者逐漸形成一種思維定勢。如果想要避免這種思維定勢的影響，教師應該引導學生對不同運動中的加速度特點進行總結及對比，同時對于各類運動中學習者易出錯的地方注重傳授的方法。

譬如針對勻速圓周運動，學習者思維定勢的克服可以列舉大量的實例，讓學生認識到速度是矢量，既有大小又有方向，因此二者中任何一個發(fā)生變化都屬于變速運動；同時通過向心力演示器以及牛頓第二定律，讓學習者明白，做勻速圓周運動的物體受力是不平衡的，始終有一個與速度方向垂直且一直指向圓心的力。如此，再根據(jù)加速度產(chǎn)生的根源，即可讓學生理解向心加速度大小不變，而方向在隨時間變化。它反映的是速度方向的改變，即讓學生理解，所謂的勻速圓周運動，實質(zhì)是勻速率圓周運動。

2 錯誤之“源”

1）教師對概念的講解，大多只是以灌輸?shù)男问?，僅強調(diào)大家記憶概念內(nèi)容，而忽視了對學生頭腦中概念的層次性、完整性、科學性的調(diào)查和研究。

2）不能抓概念的主要特征，疏忽方法的傳授。

3）思維定勢，只死記概念，缺少練習應用。

4）缺乏分析綜合能力以及判斷和推理錯誤。

3 教學建議

加強對加速度的理解練習和訓練注重加速度概念的理解和使用，絕對不能簡單認為講了加速度就是速度變化率之后，學生就能夠理解和應用概念，要在此基礎上帶學生進一步分析加速度的根源是什么，并通過列舉典型的例題，引出學生易出錯的地方，并讓大家討論，進行總結，使學生理解加速度產(chǎn)生的根源及其物理意義。

解決問題，更注重方法傳授在遇到復雜問題時，教師更應該幫助學生習得方法，而不是僅僅幫學生解出某道難題。譬如，對于多個物體所構成的疊加問題，整體法與隔離法會大大簡化問題的分析，但是這種方法教材上沒有提到。教師應該通過相關例題來教授給學生，使其遇到類似問題時不至于束手無策。

分類探討，進行類比，培養(yǎng)學生在學習過程經(jīng)?？偨Y的習慣加速度是運動學中常見的量，而高一涉及的運動主要有勻速直線運動、拋體運動、勻速圓周運動。在這些運動中，加速度有什么共同點與不同點，教師可以引導學生進行探討分析，從而可以幫助學生更好地理解把握。

4 總結

本文以加速度為例，對學生在習得概念時常見錯誤進行調(diào)查，并對錯誤進行總結、分析，究其原因，為教師在教學中針對上述原因采取有效的教學策略，加強學生思維訓練，減少錯誤概念的形成提供幫助，從而使物理概念教學更貼近學生建構物理概念的需求。

附：調(diào)查問卷問題

1.你在理解和應用加速度概念時容易出現(xiàn)的錯誤有（）

A.不清楚為什么引入加速度概念，將加速度與速度混淆

B.認為加速度大的物體，速度變化也一定越大

C.認為有加速度的物體，速度一定會增加

D.不能正確判斷加速度方向

2.在確定加速度時（ ）

A.很容易 B.簡單問題比較容易

C.有一些困難 D.常常出錯

3.在遇到研究對象受力較為復雜時（ ）

A.經(jīng)常出錯 B.無從下手

C.容易 D.有一些困難

4.你是否能熟練掌握“整體法”和“分離法”對兩個物體組成的系統(tǒng)進行加速度分析？（ ）

A.熟練掌握 B.大致掌握 C.沒有掌握

5.你認為加速度產(chǎn)生的根源是（ ）

A.速度大小發(fā)生了改變 B.運動狀態(tài)發(fā)生了變化

C.物體受力不平衡 D.不清楚

6.對于勻變速直線運動、拋體運動、圓周運動、簡諧運動等幾大塊內(nèi)容中所涉及到的加速度特點，以及相關類題目的掌握情況（ ）

A.沒有總結過，大致清楚

B.總結過，熟練掌握

C.沒有總結過，很模糊

D.總結過，但仍有問題

[1]馮家明.加速度概念建立生長成樹的考查與分析[J].物理通報,2012(1):111-115.

[2]郭磊.物理教學中學生概念錯誤成因的調(diào)查分析[J].教育實踐與研究,2009(9):53-54.

[3]晏榮玲.高中生物理概念應用錯誤原因探析[D].上海:上海師范大學,2011.