談高中物理教學(xué)中概念的引入提取和理解

黎家輝

物理概念是從物理現(xiàn)象和事實(shí)中抽象出來的，是物理定律、公式和學(xué)說的基礎(chǔ)。學(xué)生學(xué)習(xí)物理科學(xué)，就要不斷理解物理概念，如果概念不清楚，就不可能真正掌握物理基礎(chǔ)知識(shí)，更談不上運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題。因此，重視概念教學(xué)，讓學(xué)生真正弄懂物理概念，是物理教師必須重視和解決好的問題。在此，筆者就如何做好物理概念教學(xué)談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí)。

一、概念的引入

概念引入得好，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的興趣和愛好，這對幫助學(xué)生形成和理解概念有積極的影響。

1.聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際引入概念

例如：在引入“力”的概念時(shí)，教師可從人們生活中常用的“力”字說起，再通過生活、生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)對人推車前進(jìn)、起重機(jī)吊起貨物、機(jī)車牽引列車前進(jìn)、壓縮彈簧使其形變等具體的感性材進(jìn)行分析，闡述物體之間這種相互作用現(xiàn)象的普遍存在，說明為了描述這類現(xiàn)象的共同特征，人們就引入了“力”的概念。為了讓學(xué)生對“力”的概念有進(jìn)一步了解，教師還可以進(jìn)一步提出“力能否離開物體單獨(dú)存在？什么是施力者和受力者？力是成對出現(xiàn)的嗎？”等問題，再引導(dǎo)學(xué)生通過一系列的思維加工，總結(jié)出力的特征：“有兩個(gè)物體；兩個(gè)物體間有某種形式的相互作用?！边@樣學(xué)生對為什么要引入“力”的概念，對于“力”這一概念的內(nèi)涵與外延都有較深刻的理解。

2.通過演示實(shí)驗(yàn)引入概念

缺乏建立概念所需的感性材料時(shí)，要盡可能設(shè)置一些典型的實(shí)驗(yàn)，并盡可能讓學(xué)生自己動(dòng)手、親身感受，使他們獲得生動(dòng)、鮮明的感性認(rèn)識(shí)，從而弄清物理現(xiàn)象的特征，并能使學(xué)生對所研究的問題產(chǎn)生強(qiáng)烈的興趣。如在建立“慣性”概念時(shí)，筆者事先演示了“打蛋入杯”和“杯底抽紙”兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)一步分析引出概念，都取得了明顯的教學(xué)效果。

3.利用新舊概念間的聯(lián)系引入新概念

有時(shí)新概念與以往學(xué)習(xí)過的概念之間在本質(zhì)上存在著有機(jī)的聯(lián)系，教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生從已有的知識(shí)出發(fā)，通過邏輯推理把新概念自然地引入，這樣可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到引入新概念的客觀性和必要性，使知識(shí)系統(tǒng)連貫，便于學(xué)生理解和掌握。

如描寫物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的三個(gè)物理量——位移、速度、加速度的引入：位移引出速度——位移是描寫物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)位置變化量的物理量，而物體的位移有快有慢，為描寫物體位移的快慢，引入速度這一概念；速度引出加速度——速度描寫了物體位移的快慢，物體在運(yùn)動(dòng)過程中速度也可能發(fā)生變化，如火車剛開始出站時(shí)速度會(huì)越來越快，而在進(jìn)站時(shí)速度越來越慢，為描寫物體速度變化的快慢引入加速度這一概念。

二、概念的抽象提取

學(xué)生從日常生活經(jīng)驗(yàn)及物理現(xiàn)象中獲得了豐富的感性材料，這些都是學(xué)生形成概念的基礎(chǔ)，但學(xué)生自己很難從對感性材料的感知中直接形成概念，這要需要教師采用靈活的方法引導(dǎo)學(xué)生通過比較、分析、概括、推理等一系列思維活動(dòng)，擯棄無關(guān)、次要、非本質(zhì)的因素，突出相關(guān)、主要、本質(zhì)的因素，從而準(zhǔn)確地把握物理現(xiàn)象的本質(zhì)特征，形成概念。這樣既有助于學(xué)生了解概念的來龍去脈，加深對概念物理意義的理解和把握，又能使學(xué)生的邏輯思維能力得到訓(xùn)練。

例如：“教學(xué)”慣性和慣性定律”時(shí)，首先，從“運(yùn)動(dòng)著的物體當(dāng)外力停止作用后還能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離”這一感性認(rèn)識(shí)出發(fā)，逐個(gè)分析加以綜合得出“運(yùn)動(dòng)著的物體若不受外力的作用，物體還要作直線運(yùn)動(dòng)”的結(jié)論，從而突出了物體不受外力作用仍能保持原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的本質(zhì)特征；其次，引導(dǎo)學(xué)生做物體從同一高度沿斜面下滑到粗糙程度不同的平面上（如鋪著棉布的桌面、木板、玻璃板）的實(shí)驗(yàn)，通過分析，使學(xué)生意識(shí)到“物體下滑到不同的平面上運(yùn)動(dòng)的距離不同”，而這種不同正是由于平面的粗糙程度不同，即對物體的阻礙作用不同引起的，從而突出了物體速度的變化是由于受力作用的緣故；第三，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的推理方法，設(shè)想一個(gè)理想的實(shí)驗(yàn)讓物體在絕對光滑的平面上運(yùn)動(dòng)，它不受任何阻礙作用，則它將保持勻速直線運(yùn)動(dòng)這一本質(zhì)特征。通過這樣三個(gè)層次的分析過程，學(xué)生對慣性定律的理解就容易了。

三、概念的理解

學(xué)生通過對感性材料進(jìn)行抽象形成概念后，對概念的理解仍然是片面的，仍要通過多種途徑和方法加強(qiáng)學(xué)生對物理概念的理解和掌握。

1.運(yùn)用變式讓學(xué)生準(zhǔn)確把握概念的內(nèi)涵和外延

概念有內(nèi)涵和外延兩部分含義，概念的內(nèi)涵是指各種事物所共有的本質(zhì)屬性，也就是概念的物理意義；概念的外延是指具有某種本質(zhì)屬性的所有事物，也就是概念的適用條件和范圍。要充分運(yùn)用變式幫助學(xué)生理解概念的內(nèi)涵和外延，通過例證從不同的角度和方式變換事物非本質(zhì)的屬性，以揭示其本質(zhì)屬性。

例如：“向心力”是一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，學(xué)生容易認(rèn)為向心力是一個(gè)跟重力、彈力等并存的附加在做圓周運(yùn)動(dòng)物體上的力，因而不能正確地分析物體受力情況，通過分析各種做圓周運(yùn)動(dòng)物體的受力情況，如汽車通過凸形、凹形橋或騎自行車轉(zhuǎn)彎時(shí)車身傾斜，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到除了重力、彈力、場力中的一個(gè)或幾個(gè)外，物體再?zèng)]有受到其它力的作用，正是這個(gè)力或幾個(gè)力的共同作用，促使物體做圓周運(yùn)動(dòng)，不存在除此以外的類型的力，向心力實(shí)際上是做圓周運(yùn)動(dòng)物體受到的所有外力的合力，從而抓住向心力的本質(zhì)特征。

2.運(yùn)用對比法認(rèn)識(shí)相似概念的區(qū)別和聯(lián)系

在概念教學(xué)中，對許多容易混淆的概念可以采用對比的方法，引導(dǎo)學(xué)生明確其區(qū)別和聯(lián)系，以加深理解。例如：對于電壓和電動(dòng)勢這兩個(gè)概念來說，電壓是反映靜電力做功，把電能轉(zhuǎn)化為其它形式能量的物理量；而電動(dòng)勢是反映非靜電力做功，把其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的物理量。這是二者在本質(zhì)上有區(qū)別，但又存在一定的聯(lián)系，都是以移動(dòng)正電荷所做功的多少來度量的。

其它像彈力和摩擦力，功和熱量及能量，動(dòng)量和動(dòng)能，振動(dòng)圖象和波動(dòng)圖像，電場強(qiáng)度和電場力，電能和電勢，電阻和電阻率等許多容易混淆的概念都可以采用對比的方法進(jìn)行教學(xué)，以加深學(xué)生對概念的正確理解。

3.聯(lián)系物理學(xué)史糾正思維定勢的影響

聯(lián)系物理學(xué)史排除錯(cuò)誤前科學(xué)概念的負(fù)面影響是學(xué)生掌握、理解物理概念的有效方法之一。學(xué)生原有的經(jīng)驗(yàn)在頭腦中反復(fù)建構(gòu)已經(jīng)形成的具有系統(tǒng)性但并非科學(xué)的觀念即前科學(xué)概念，這種思維定勢時(shí)常困擾學(xué)生對物理概念的學(xué)習(xí)。像“鐵球比木球下落得快，摩擦力總是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，物體受力才運(yùn)動(dòng)”等錯(cuò)誤的觀念非常頑固，難以排除。教師除可以采用實(shí)驗(yàn)、變式等手段予以糾錯(cuò)外，用物理史料針對這些問題設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，對轉(zhuǎn)變學(xué)生頭腦中的非科學(xué)概念、建立起正確的科學(xué)概念能取得較好教學(xué)效果。

例如：慣性概念是教學(xué)中的難點(diǎn)，原因是在日常生活中，學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)是“撤銷了動(dòng)力作用后，原來運(yùn)動(dòng)的物體總要停下來”。由于物體停下來是一種容易被人們忽視的隱含因素——物體受到摩擦阻力的影響造成的，所以學(xué)生在自己的頭腦中就有了和亞里士多德一樣的“力是產(chǎn)生和維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的前科學(xué)概念，這個(gè)觀點(diǎn)曾被人們引用了兩千多年，直到17世紀(jì)才被意大利物理學(xué)家伽利略通過理想實(shí)驗(yàn)，采用蘇格拉底對話法所排除。鑒于此，教師在教學(xué)中就可以利用伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，按對話的方式與學(xué)生對話，使學(xué)生意識(shí)到自己固有的觀念與科學(xué)概念之間的差異，從而用科學(xué)的物理概念去置換自己頭腦中錯(cuò)誤的前科學(xué)概念，達(dá)到理解物理概念的目的。

4.借助新舊概念外在的某些相似特點(diǎn)和聯(lián)系理解新概念

有些物理概念在本質(zhì)上并沒有多少聯(lián)系，但是在引入方法、闡述特點(diǎn)等方面具有很強(qiáng)的一致性和相似性。教學(xué)中講清新舊概念間的這種相似性，借助學(xué)生對某些舊概念的深刻理解認(rèn)識(shí)新概念是非常有益的。

用比值法定義新的物理量是物理學(xué)中常用的方法，如導(dǎo)體的電阻、電容器的電容、電場強(qiáng)度、電、磁感應(yīng)強(qiáng)度等這些物理量之間存在著本質(zhì)上的區(qū)別，但在引入方法上卻十分相似，都是用比值法來定義的。而對導(dǎo)體的電阻，學(xué)生在初中階段接觸的比較多，并有深刻的理解。因此在學(xué)習(xí)電場強(qiáng)度、電勢、電容器的電容、磁感應(yīng)強(qiáng)度等概念時(shí)，可以借助學(xué)生對電阻概念深刻理解的優(yōu)勢，加深對這些概念的理解。

這些物理量雖然都是用比值法定義的，但它們的大小都是由系統(tǒng)本身的性質(zhì)決定的，而與定義中兩個(gè)物理量的大小無關(guān)，對于這些概念，深刻理解非常重要。