物理學(xué)習(xí)中“重視理解”的內(nèi)涵

陳永華

摘 要：“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”是所有的學(xué)科課程教育都必須注重發(fā)展的素養(yǎng)。作為物理教學(xué)，如何發(fā)展學(xué)生“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”的素養(yǎng)，筆者認(rèn)為：“重視理解是指導(dǎo)學(xué)生‘學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的思想精髓?！?然而“重視理解”的內(nèi)涵是什么呢？它指重視理解概念規(guī)律的形成過(guò)程，重視理解概念規(guī)律的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵，重視理解物理公式的數(shù)理涵義，重視理解知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：理解；概念；規(guī)律；形成過(guò)程；實(shí)質(zhì)內(nèi)涵；數(shù)理涵義

《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》主要包括“人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新”這六大素養(yǎng) [1 ]。應(yīng)該說(shuō)，“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”是所有的學(xué)科課程教育都必須注重發(fā)展的素養(yǎng)。作為物理教學(xué)，如何發(fā)展學(xué)生“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”的素養(yǎng)，筆者認(rèn)為：“重視理解是指導(dǎo)學(xué)生‘學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的思想精髓”。然而“重視理解”的內(nèi)涵是什么呢？

物理概念與規(guī)律是構(gòu)成物理學(xué)課程內(nèi)容的基本元素，而且課程內(nèi)容的構(gòu)建都是圍繞概念或規(guī)律并按照“構(gòu)建背景、形成過(guò)程、內(nèi)容表述、應(yīng)用示例”這四個(gè)程序來(lái)展開，物理課程學(xué)習(xí)中的“重視理解”就是指重視理解概念或規(guī)律構(gòu)建過(guò)程中的前三個(gè)程序內(nèi)容。本文就這個(gè)話題，談?wù)剛€(gè)人粗淺認(rèn)識(shí)。

1 重視理解概念規(guī)律的形成過(guò)程

理解概念或規(guī)律的形成過(guò)程是理解概念或規(guī)律的的基本要求 [2 ]，然而在實(shí)際的課程學(xué)習(xí)中，絕大多數(shù)學(xué)生僅關(guān)注概念或規(guī)律的結(jié)論性內(nèi)容而忽視其形成原因和形成過(guò)程，所形成的理解往往是“知其然而不知其所以然”，因而在概念或規(guī)律知識(shí)的運(yùn)用中往往思維混亂乃至出錯(cuò)。例如：外形均為長(zhǎng)方體的甲、乙兩實(shí)心玻璃磚，把它們豎直放在水平桌面上，已知甲的底面積大于乙，而乙的高度大于甲，試問(wèn)它們對(duì)桌面的壓強(qiáng)哪個(gè)較大？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，由于沒(méi)給出受力面積和玻璃磚重力的具體數(shù)據(jù)，因此學(xué)生無(wú)法通過(guò)計(jì)算來(lái)進(jìn)行比較分析而束手無(wú)策，導(dǎo)致這種情況的原因就是學(xué)生學(xué)習(xí)中忽視了對(duì)液體壓強(qiáng)公式P=ρgh的導(dǎo)出過(guò)程的理解。對(duì)于公式P=ρgh，由于學(xué)生僅注重其內(nèi)涵的理解，幾乎所有的學(xué)生都認(rèn)為該公式只適用于液體壓強(qiáng)的計(jì)算而不能用于分析固體的壓強(qiáng)。我們知道，液體壓強(qiáng)公式P=ρgh是依據(jù)固體壓強(qiáng)公式P=F/S而導(dǎo)出且用來(lái)直接計(jì)算液體壓強(qiáng)的公式，對(duì)于橫截面積相等的規(guī)則幾何形固體，同樣可以應(yīng)用該公式來(lái)分析其底部的壓強(qiáng)。對(duì)于甲、乙兩長(zhǎng)方體玻璃磚，從上到下橫截面積相同，它與推導(dǎo)液體壓強(qiáng)公式所選的圓柱形液柱模型比較，內(nèi)涵相同。乙的高度大于甲，由公式P=ρgh可知乙對(duì)桌面的壓強(qiáng)大于甲。這就是重視理解概念規(guī)律形成過(guò)程的重要性。

重視理解概念或規(guī)律的形成過(guò)程，首先是明確概念的引入意圖或規(guī)律的事實(shí)背景，如“速度”概念的引入是為了描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢，而探究“滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)”是源于“水平面上滑動(dòng)的木塊最終會(huì)停下”的這種事實(shí)背景。如果能明確概念引入意圖或規(guī)律的事實(shí)背景，那么對(duì)概念規(guī)律的理解就能構(gòu)建清晰的表象認(rèn)識(shí)。其次是知道概念的形成原因或規(guī)律的導(dǎo)出過(guò)程。為什么可以用“比值”的形式來(lái)定義諸多概念，其原因就是其中兩個(gè)物理量的“比值”能表征這種物理事實(shí)的特征或本質(zhì)。如“功率”是描述做功快慢的物理量，“功/時(shí)間”表征單位時(shí)間里所做的功，“比值”越大，做功就越快，它能體現(xiàn)做功快慢這種特征。再如“二力平衡條件”，它是通過(guò)“放置在水平面上的小車受兩個(gè)力作用”的實(shí)驗(yàn)來(lái)分析這兩個(gè)力的“三要素”關(guān)系特點(diǎn)而得到的結(jié)論。顯然，明確概念或規(guī)律的形成過(guò)程，就意味著對(duì)概念或規(guī)律理解就達(dá)到了“知其所以然”的深層次，這就是“重知識(shí)形成過(guò)程”的建構(gòu)性學(xué)習(xí)。

2 重視理解概念規(guī)律的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵

培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用概念與規(guī)律來(lái)解決物理實(shí)際問(wèn)題的能力是物理學(xué)習(xí)的主要目標(biāo)，而是否理解概念或規(guī)律的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵是形成這種能力的前提 [2 ]。如《光的折射》課題導(dǎo)入，教材是給出“鉛筆斜放在玻璃水杯中”的一副插圖表征“光的折射”現(xiàn)象。從玻璃杯的側(cè)面觀察，既能發(fā)現(xiàn)鉛筆在水面“折斷”，又能發(fā)現(xiàn)“浸入水中鉛筆變粗”。對(duì)于鉛筆“變粗”現(xiàn)象的解釋，它首先要求人們須要將圓臺(tái)形的玻璃杯看成是“凸透鏡”，然后再依據(jù)“物體在焦距內(nèi)成放大的虛像”原理來(lái)說(shuō)明“變粗”的理由。其中把玻璃杯看成 “凸透鏡”是問(wèn)題解釋的關(guān)鍵，然而它卻要求人們對(duì)凸透鏡的結(jié)構(gòu)性內(nèi)涵有著本質(zhì)性的理解。

物理概念的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵主要包括概念的特征、結(jié)構(gòu)、涵義、方向、單位、外延等諸多因素。如“電流強(qiáng)度”概念，它是描述導(dǎo)體內(nèi)電荷定向移動(dòng)快慢特征的物理量，定義式結(jié)構(gòu)為“電量/時(shí)間”，其涵義是“每秒內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量”，雖有流動(dòng)特征，但沒(méi)有方向。因?yàn)閷?dǎo)體中的電荷定向移動(dòng)，可以是金屬導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)，也可以是導(dǎo)電溶液中正負(fù)離子互為相反方向的定向移動(dòng)，為方便研究起見，人們把正電荷定向移動(dòng)的方向規(guī)定為電流的流向。單位有安培、毫安、微安三種，三者之間是千進(jìn)位制。

外延是指概念所反映的具有某一屬性的一個(gè)個(gè)或一類類現(xiàn)象或事物，“電流強(qiáng)度”概念是用來(lái)描述所有導(dǎo)體的通電狀態(tài)下的現(xiàn)象，諸如金屬導(dǎo)線通電、生物體通電、電解溶液通電、氣體導(dǎo)電等。

物理規(guī)律的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵主要包括內(nèi)容要點(diǎn)、表述形式、成立條件、適用范圍、拓寬應(yīng)用等。如部分電路的“歐姆定律”，其內(nèi)容要點(diǎn)是描述導(dǎo)體通電狀態(tài)下電流強(qiáng)度、電壓、電阻三者之間的定量關(guān)系，表述形式為三種，即文字表述、公式表示和圖像描述。該定律成立的條件是“純導(dǎo)體電路”，而對(duì)于電路中含有電容器、電感器、電解槽、電動(dòng)機(jī)等將電能轉(zhuǎn)化為熱能以外形式的能的電路則不成立。其適用范圍是金屬或電解液導(dǎo)電，不適用于氣態(tài)導(dǎo)體和半導(dǎo)體導(dǎo)電。

拓寬應(yīng)用是指對(duì)適用對(duì)象進(jìn)行合理地放大。“歐姆定律”中的導(dǎo)體，它可以是單個(gè)導(dǎo)體元件的簡(jiǎn)單電路，也可以是多個(gè)導(dǎo)體元件且不同形式組合的復(fù)雜電路。對(duì)于復(fù)雜電路，公式I=U/R中的各個(gè)量均表示總量。然而在實(shí)際的學(xué)習(xí)中，多數(shù)學(xué)生僅記住這個(gè)公式形式并用于計(jì)算，并不注意理解成立條件與適用范圍，尤其是對(duì)拓寬應(yīng)用情形缺乏很好的理解，這就是學(xué)生在解決串并聯(lián)電路問(wèn)題中常出錯(cuò)的原因所在。

3 重視理解物理公式的數(shù)理涵義

物理概念與規(guī)律，不僅在定性方面反映物質(zhì)的特性、物體間的相互作用以及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且更有意義的是在定量方面描述了其中的內(nèi)在因素關(guān)系。以研究數(shù)量關(guān)系和空間形式的數(shù)學(xué)，作為一種語(yǔ)言形式，它在定量描述物理概念或規(guī)律方面，不僅簡(jiǎn)潔，而且便于邏輯演繹與推理，是人們研究物理或解決物理問(wèn)題不可或缺的工具 [2 ]。然而對(duì)于物理公式的理解，既要從數(shù)學(xué)原理與方法的角度來(lái)認(rèn)識(shí)物理量之間的數(shù)量關(guān)系，但又要從物理事件的屬性或本質(zhì)方面來(lái)理解其中的物理意義。如物質(zhì)密度公式ρ=m/V，它表征的是各種物質(zhì)的特性，它可以依據(jù)數(shù)學(xué)中的乘除方法來(lái)求算密度、質(zhì)量或體積，但又不能單純地從數(shù)學(xué)角度來(lái)理解為“密度與質(zhì)量成正比而與體積成反比”。因?yàn)閷?duì)同一種物質(zhì)，盡管物體的形狀或大小不同，但比值m/V卻是一個(gè)恒量，因此密度ρ是表征物質(zhì)特性的物理量。這就是重視理解物理公式的數(shù)理涵義。

理解物理公式的數(shù)理涵義，主要注重理解以下三方面內(nèi)涵：

①理解物理公式的建立過(guò)程。教材中的多數(shù)公式都是以“在物理學(xué)中，把物體所受的壓力與受力面積的比叫做壓強(qiáng)?！钡男问街苯痈嬷x者，因而學(xué)生對(duì)物理公式的建立過(guò)程往往是一知半解。關(guān)于壓強(qiáng)公式的建立，教材是以控制變量的方法來(lái)定性研究壓強(qiáng)與壓力、受力面積的關(guān)系，學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象僅僅知道“壓力越大，壓力效果越明顯；受力面積越小，壓力效果越明顯；”的知識(shí)結(jié)論，但并不能形成P=F/S的比值概念。如果教學(xué)中再給出“F1=20N，S1=2m2；F2=30N，S2=4m2”兩組數(shù)據(jù)來(lái)要求學(xué)生比較壓力作用效果，那么就有可能促使學(xué)生通過(guò)計(jì)算“F/S”以形成比較單位面積所承受壓力的比較思維，那么學(xué)生就能理解比值“F/S”能表征壓力作用效果這種力學(xué)特征，自然也就理解了公式P=F/S的數(shù)理涵義。

②理解物理公式的物理意義。如公式F1·l1=F2·l2，首先要知道它是表征杠杠的平衡條件，其次是知道公式中的F1、F2分別表示動(dòng)力和阻力，而l1、l2分別表示動(dòng)力臂與阻力臂，尤其要注重理解“力臂”的內(nèi)涵。其三是知道這個(gè)公式屬于恒等性質(zhì)，計(jì)算時(shí)只要注意等式兩邊相同物理量所選用的單位相同即可，不一定要采用國(guó)際單位制。

③理解公式演繹結(jié)論的物理意義。如依據(jù)公式P=W/t、W=Fs、s=vt可演繹得到P=Fv，那么就應(yīng)該理解該公式是表征功率、牽引力、運(yùn)動(dòng)速度三者之間的關(guān)系。如汽車運(yùn)輸貨物，貨物越多，所需要的牽引力就越大，汽車所提供的功率就越大；如果再要求汽車跑的更快，那么就要求汽車所提供的功率就更大，等等。誠(chéng)然，對(duì)于這種演繹結(jié)論公式理解，學(xué)生難于達(dá)到全面且深刻的理解，但只要能注意分析和理解其涵義，這就是促進(jìn)學(xué)生“重視理解”的目標(biāo)所在。

物理學(xué)習(xí)中的重視理解，除了重視理解上述內(nèi)容之外，還要引導(dǎo)學(xué)生重視理解知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系。如“光的色散與光的折射規(guī)律”、“物體漂浮與二力平衡條件”、“動(dòng)能與速度之間的關(guān)系”，等等，教學(xué)中都要啟導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行貫通性的理解。

參考文獻(xiàn)：

[1]京城教育圈.中國(guó)學(xué)生發(fā)展六大核心素養(yǎng)敲定[EB/OL]. http：//edu.sina.com.cn/zl/edu/2016-09-18/111439 2 2.shtml.

[2]過(guò)水根，江昌金.物理學(xué)習(xí)有方法[M].海口：南海出版公司，2011：43～96.