高中物理概念教學(xué)策略與實(shí)例研究

吳耀方

概念是物理知識(shí)大廈的基石，我們學(xué)習(xí)物理知識(shí)必須注重概念教學(xué)，那么如何提高概念教學(xué)的實(shí)際效果呢？筆者認(rèn)為首先必須搞清楚物理概念的特征，要善于甄別物理概念與我們?nèi)粘Ｉ罱?jīng)驗(yàn)、數(shù)學(xué)的區(qū)別，然后再設(shè)置科學(xué)化的情境，才能促進(jìn)概念教學(xué)更為有效.

1 物理概念的特征分析

縱觀高中物理教材中的各個(gè)物理概念，雖然不同的概念在物理學(xué)科中的地位及作用各不相同，但是大致可以歸為如下幾類特征.

1.1 固有屬性

我們?cè)趯W(xué)習(xí)高中物理概念時(shí)，會(huì)遇到一部分物理概念，他們反映的是物質(zhì)（或物體）本身固有的屬性，必然質(zhì)量、慣性，只要物體客觀存在，就具有質(zhì)量、具有慣性，不隨其他因素而變化.

1.2 方向性

高中物理與初中物理相比，學(xué)生在理解有些物理概念方面有難度，難在哪里？一些物理量和初中的表述不一樣了，要考慮方向了，例如速度，初中只涉及到勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以速度、平均速度、速率的區(qū)別對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)不做要求，而到了高中，則要求學(xué)生對(duì)速度有一個(gè)新的認(rèn)知，速度是矢量，既有大小又有方向，而且研究的運(yùn)動(dòng)不僅有直線運(yùn)動(dòng)，還有曲線運(yùn)動(dòng)，在曲線運(yùn)動(dòng)中速度的方向如何表示？速度大小如何求解？在考慮大小和方向的同時(shí)還融入了物理思想方法.而這些方法是貫穿于整個(gè)高中物理學(xué)習(xí)過(guò)程中的.

1.3 狀態(tài)與過(guò)程特征

在定義物理量時(shí)，有些物理量與某一個(gè)狀態(tài)相聯(lián)系，如選修3-3熱學(xué)中的溫度、體積和壓強(qiáng)這三個(gè)物理量用來(lái)描述氣體的狀態(tài)；再例如必修1中的位置、瞬時(shí)速度，必修2中的動(dòng)能，選修3-5中的動(dòng)量描述的是機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài).除了與狀態(tài)相聯(lián)系的物理量，高中物理還有些概念是用來(lái)描述過(guò)程的，具有過(guò)程特征，如必修1中的位移，必修2中的功，選修3-3中的熱量等等.

1.4 相對(duì)性

學(xué)生進(jìn)入高中后會(huì)發(fā)現(xiàn)很多物理量在描述物理現(xiàn)象和規(guī)律時(shí)，是具有相對(duì)性的，例如必修1中的位移、速度等等在描述機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)，都是相對(duì)參考系而言的.再例如，高度、電勢(shì)、重力勢(shì)能、電勢(shì)能都是相對(duì)的，在描述時(shí)，也有正負(fù)，這時(shí)正負(fù)是表示大小，而不是表示方向的.

2 基于概念特征的概念教學(xué)策略

2.1 引導(dǎo)學(xué)生思考本質(zhì)屬性

每個(gè)概念在描述上都有其本質(zhì)屬性，我們?cè)诤蛯W(xué)生建立概念時(shí)，不一定要全盤照抄教材，可以自己有所創(chuàng)新，重點(diǎn)在于思考概念的內(nèi)涵與外延，確保能夠準(zhǔn)確地表述物理現(xiàn)象.

例如勻速直線運(yùn)動(dòng)，在概念描述上為：“速度始終不變的運(yùn)動(dòng)”就夠了，因?yàn)?，速度是矢量，速度不變包含了大小和方向不變，方向不變則必定是直線運(yùn)動(dòng).但是，定義勻變速直線運(yùn)動(dòng)，就不能用“加速度不變的運(yùn)動(dòng)”或“速度均勻變化的運(yùn)動(dòng)”，因?yàn)橥ㄟ^(guò)后面的學(xué)習(xí)學(xué)生能夠知道加速度不變的運(yùn)動(dòng)還有勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，如平拋、拋體、類拋體運(yùn)動(dòng).

2.2 引導(dǎo)學(xué)生對(duì)事物、現(xiàn)象進(jìn)行一定程度的抽象

概念具有高度概括性，都很抽象，為了促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的理解，我們?cè)谄綍r(shí)的概念教學(xué)過(guò)程中，就應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生從對(duì)生活中的現(xiàn)象進(jìn)行分析，提取物理模型，概括和抽象本質(zhì)的特征.

例如，在和學(xué)生學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，完全可以放手讓學(xué)生從生活出發(fā)，例舉“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”，學(xué)生的思維迅速發(fā)散，能夠聯(lián)系到電能從何而來(lái)，想到“發(fā)電機(jī)”，想到“變壓器”，想到，“耳機(jī)的發(fā)聲過(guò)程”，那么這些有什么本質(zhì)的聯(lián)系呢？學(xué)生急于尋找的歸宿是同一個(gè)，那就是電磁感應(yīng).

當(dāng)然，在一些具有一定聯(lián)系又具有延伸性的概念上，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行抽象，繼而掌握概念的內(nèi)涵.例如，做曲線運(yùn)動(dòng)的條件，筆者在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)對(duì)比性實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象并抽象為物理語(yǔ)言（如表1所示）.

表1

事例運(yùn)動(dòng)結(jié)果條件（受力情況）

1曲線運(yùn)動(dòng)小球所受到的重力和細(xì)線的拉力的合力方向與小球運(yùn)動(dòng)的方向不在一條直線上.

2直線運(yùn)動(dòng)小球所受的重力、彈力和摩擦力的合力與小球的運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上.

2.3 找概念間的關(guān)系

（1）交叉關(guān)系

高中物理概念間大多是交叉關(guān)系，即往往一個(gè)概念與另一個(gè)（或另外幾個(gè)）概念的部分外延有重合相交的區(qū)域，如兩個(gè)概念交叉、三個(gè)概念交叉可以用下圖1、圖2來(lái)表示.

在力學(xué)里面的交叉關(guān)系，如“摩擦力”與“阻力”之間就是一種典型的交叉關(guān)系，摩擦力可以是阻力也可以是動(dòng)力，阻力的來(lái)源可以是摩擦力也可以是其他力.

（2）全異關(guān)系

在高中物理概念中，有些物理量之間是完全沒(méi)有交集的，我們把概念間的這種關(guān)系叫做全異關(guān)系，如圖3所示，兩者不相容，如重力與溫度，勻速直線運(yùn)動(dòng)與等溫變化等等，這些概念完全不相容.

（3）屬種關(guān)系與種屬關(guān)系

高中物理概念具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性，屬種關(guān)系與種屬關(guān)系在概念間關(guān)系中普遍存在，前者又稱真包含關(guān)系，后者又稱為真包含于關(guān)系.

例如，“拉力”和“彈力”、“彈力”和“力”就是種屬關(guān)系，而“力”和“彈力”、“彈力”和“拉力”就是屬種關(guān)系；其中，力和彈力兩個(gè)概念，“力”是屬概念（上位概念），“彈力”是種概念（下位概念）.

2.4 通過(guò)訓(xùn)練深化對(duì)概念的理解

概念教學(xué)在認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象抽象并提煉為概念后，概念只是停留在記憶表層，要進(jìn)一步深化理解并內(nèi)化融入到自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，需要習(xí)題訓(xùn)練，訓(xùn)練的過(guò)程是概念的運(yùn)用階段，是學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念教學(xué)不可缺少的環(huán)節(jié).但要注意，練習(xí)的目的在于鞏固和深化概念，形成技能，培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力.因此，選題要典型、靈活多樣，對(duì)題目的挖掘、探討要力求深入.將做習(xí)題與概念教學(xué)分離，甚至相對(duì)立，搞題海戰(zhàn)術(shù)的做法，不 僅浪費(fèi)時(shí)間、浪費(fèi)精力，還容易使學(xué)生形成呆板、機(jī)械、生搬硬套的思維習(xí)慣，不利于深化、活化概念，也不利于分析問(wèn)題能力的提高.

例如，“功”這個(gè)概念，是力學(xué)里重要概念，用W=Fscosθ計(jì)算功是有條件的，必須是恒力，這一個(gè)概念對(duì)于初學(xué)者往往掌握的不是太好.為此，我們可以設(shè)置如下一個(gè)問(wèn)題.

習(xí)題 如圖5所示，有一長(zhǎng)為l的繩子下面掛一質(zhì)量為m的小球，處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)用一恒力將小球拉到與豎直方向成α角，求拉力F做了多少功？重力做了多少功？

設(shè)計(jì)意圖 通過(guò)情境的設(shè)置，讓學(xué)生運(yùn)用公式求解恒力F和重力做功，抓住力及力方向的位移這兩個(gè)要素.為了進(jìn)一步理解概念對(duì)應(yīng)公式適用條件，可以進(jìn)一步追問(wèn).

追問(wèn) 習(xí)題情境中如果不是永恒力，而是改用水平力F緩慢將小球拉到圖示位置，求拉力做功.

讓學(xué)生意識(shí)到緩慢移動(dòng)，小球始終處于動(dòng)平衡，水平力F是變力，那如何求解呢？用W=Fscosθ求解對(duì)么？留下懸念，為動(dòng)能定理做足鋪墊.