遵循“學(xué)”的規(guī)律 優(yōu)化物理概念教學(xué)

【摘 要】物理概念是物理現(xiàn)象和物理過程本質(zhì)屬性的抽象反映，是物理學(xué)知識的重要組成部分，也是構(gòu)成物理規(guī)律、建立物理公式的基礎(chǔ)和前提。從認(rèn)識論和教學(xué)論的角度，系統(tǒng)闡述大腦建立物理概念的基本認(rèn)知方式和一般思維過程，探討物理概念教學(xué)要遵循的基本規(guī)律和相關(guān)注意事項。

【關(guān)鍵詞】概念形成；概念同化；思維抽象；思維具體；概念表象

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1005-6009（2017）43-0056-03

【作者簡介】許國良，江蘇省鎮(zhèn)江市潤州區(qū)教師發(fā)展中心（江蘇鎮(zhèn)江，212000）主任，高級教師，鎮(zhèn)江市學(xué)科帶頭人。

物理概念是物理學(xué)知識的重要組成部分，也是構(gòu)成物理規(guī)律、建立物理公式的基礎(chǔ)和前提。物理概念是在大量的觀察和實驗的基礎(chǔ)上，運(yùn)用分析、綜合、抽象和概括等邏輯方法，把一些事物共同的、本質(zhì)的特征集中起來，并加以概括而形成的，它是物理現(xiàn)象和物理過程本質(zhì)屬性的抽象反映。相較于其他學(xué)科，中學(xué)生普遍感到物理難學(xué)，教師也覺得物理難教，究其原因，歸根到底還是沒有弄明白兩點：作為學(xué)習(xí)者，學(xué)生的大腦獲得概念的基本方式，建立概念的基本思維過程；作為教師，物理概念教學(xué)所要遵循的基本的規(guī)律和相關(guān)的注意事項。

一、物理概念獲得的基本認(rèn)知方式

現(xiàn)代認(rèn)知理論認(rèn)為：人的大腦獲得概念的基本認(rèn)知方式有“概念形成”和“概念同化”兩種?！案拍钚纬伞笔侵笍奈覀兊闹苯咏?jīng)驗中，通過發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)，抽象出物體或事件的關(guān)鍵屬性，從而獲得概念的一種方式。對應(yīng)“概念形成”，教師在教學(xué)中，一般要先引導(dǎo)學(xué)生呈現(xiàn)某個概念的不同例證，再通過對不同例證的分析與綜合、比較與分類、抽象與概括，歸納出概念的定義?！案拍钔笔侵咐弥R結(jié)構(gòu)中已有的概念，以定義的方式向?qū)W習(xí)者直接呈現(xiàn)概念的關(guān)鍵特征，從而獲得概念的一種方式。對應(yīng)概念同化，教師在教學(xué)中，一般是先向?qū)W生直接呈現(xiàn)概念的定義，或者引用已有的舊概念演繹出一個新的概念，然后再引用新概念去辨析正、反例證。

二、物理概念獲得的一般思維過程

物理概念的建立是學(xué)生在物理事實的基礎(chǔ)上基于概念形成和概念同化兩種概念獲得的基本方式，進(jìn)行抽象思維的過程。這一過程可以概況為“感性具體——思維抽象——思維具體”三個階段。感性具體是指通過觀察、實驗和經(jīng)驗事實，獲得物理事物的整體表象、有關(guān)資料和相關(guān)數(shù)據(jù)的過程。思維抽象是指在物理事物整體表象、有關(guān)資料和相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用分析與綜合、抽象與概括、歸納與演繹等邏輯方法，形成物理事物本質(zhì)屬性的過程。思維具體是指人腦把經(jīng)過抽象的物理概念“返回”到具體的物理現(xiàn)實中，同某一具體事物聯(lián)系起來的過程。

三、物理概念教學(xué)的一般過程

對應(yīng)物理概念獲得的三個思維階段，我們可以將概念教學(xué)大體上分為“概念表象——概念獲得——概念運(yùn)用”三個階段。

1.概念表象階段。教師創(chuàng)設(shè)物理情境、激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)、提出物理問題，引導(dǎo)學(xué)生有目的、有意識、有計劃地從感性知識、觀察實驗和經(jīng)驗事實等方面搜集物理思維的材料，從而獲得對物理事物的整體表象、有關(guān)資料和相關(guān)數(shù)據(jù)。

例如，學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)“密度”前，對密度概念幾乎是沒有認(rèn)知的，對鑒別物質(zhì)種類的方法也僅僅限于重量、體積、顏色等基本屬性。在教學(xué)中，教師往往先要設(shè)計一個利用學(xué)生原有生活經(jīng)驗（如，重量、體積、顏色等）能夠成功鑒別物質(zhì)種類的情境，以此來強(qiáng)化原有的正確的經(jīng)驗，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；再設(shè)計一個利用原有生活經(jīng)驗不能夠鑒別物質(zhì)種類的情境，促使學(xué)生認(rèn)識到原有經(jīng)驗的不足，激發(fā)學(xué)生對物質(zhì)鑒別的新途徑、新經(jīng)驗的探索欲望，進(jìn)而通過實驗測量獲得銅、鐵、鋁等不同金屬塊的質(zhì)量和體積的相關(guān)資料和有關(guān)數(shù)據(jù)。為運(yùn)用邏輯方法分析發(fā)現(xiàn)“密度”這一物理量的引入價值，提供有力的例證基礎(chǔ)。

2.概念獲得階段。在例證整體表象、相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分析與綜合、分類與比較、抽象和概括等邏輯方法，抽象出事物的本質(zhì)屬性，歸納或演繹新的物理概念，并通過對特有屬性的辨析加深對概念內(nèi)涵的理解。在實際教學(xué)中，對不同類別的物理概念應(yīng)加以區(qū)別對待。

對力、平衡、機(jī)械運(yùn)動等定性物理概念的建立，一般要經(jīng)歷“本質(zhì)揭示——定義概括——概念辨析”三個環(huán)節(jié)。即教師引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用比較與分類、綜合與分析等邏輯方法，從大量例證中抽象出同類事物的本質(zhì)屬性，并通過定義概括出物理概念的特有屬性，再通過事例列舉和正反例證辨析加深概念理解。例如，建立力的概念，學(xué)生運(yùn)用比較、分類等邏輯方法分析相關(guān)例證發(fā)現(xiàn)：“人、馬、書”是同類事物，可以抽象為“物體”；“桶、車、桌”也是同類事物，也可以抽象為“物體”；“提、拉、壓”則是另一類事物，它們的本質(zhì)屬性可以抽象為“動作”，或抽象為“作用”。于是，我們就把“力”定義為：物體對物體的作用。接著，再通過對“一個物體能否產(chǎn)生力？”“物體間產(chǎn)生力是否一定要接觸？”“誰施力、誰受力？”等問題的辨析，進(jìn)一步理解力的概念內(nèi)涵。這樣，學(xué)生就通過概念形成的方式初步建立了力的概念。

對密度、壓強(qiáng)、功率等定量物理概念的教學(xué)，一般要經(jīng)歷“價值發(fā)現(xiàn)——定義呈現(xiàn)——聯(lián)系建立”三個環(huán)節(jié)，即教師引導(dǎo)學(xué)生充分分析相關(guān)資料，找出相關(guān)物理量間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)聯(lián)系的價值，引入新物理量；運(yùn)用關(guān)聯(lián)物理量描述新物理量，呈現(xiàn)新定義；建立新的物理公式，導(dǎo)出新的物理單位，建立新舊物理概念間的聯(lián)系。如，建立密度的概念時，引導(dǎo)學(xué)生對銅、鐵、鋁等不同金屬塊的質(zhì)量和體積數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類、比較、分析，發(fā)現(xiàn)由銅、鐵、鋁單一物質(zhì)組成的圓柱體的質(zhì)量和體積的比值是一定的，而不同材質(zhì)的圓柱體間的質(zhì)量和體積的比值又是不同的，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)組成的物體質(zhì)量和體積的比值是物質(zhì)的一種特有屬性，而這一屬性就是我們要尋找的鑒別物質(zhì)種類的新途徑、新方法。這一價值發(fā)現(xiàn)讓學(xué)生獲得了巨大的成就感，這時，教師乘勢引出“密度”這一物理量并表明其物理意義，呈現(xiàn)“密度”定義；再回顧物體質(zhì)量和體積的概念，建立密度公式、判定各物理量間的定量關(guān)系，導(dǎo)出密度單位，描述物理含義。這樣，學(xué)生通過建立新概念（密度）和舊概念（質(zhì)量、體積）間的聯(lián)系，用概念同化的方式獲得“密度”這一物理量的初步概念。

3.概念的運(yùn)用階段。當(dāng)物理概念初步建立之后，要及時提供概念運(yùn)用的機(jī)會，將抽象的物理概念“返回”到具體的物理現(xiàn)實中去，在運(yùn)用概念解決具體問題的過程中，鞏固和加深對概念的理解。教師可以設(shè)計“體驗與測量、判斷與解釋、應(yīng)用與解決”等教學(xué)環(huán)節(jié)來引領(lǐng)學(xué)生把經(jīng)過抽象、概括后的物理概念同生活實際中的某一具體事物聯(lián)系起來，將抽象的物理概念具體化。

例如，建立力的概念后，用力的概念去認(rèn)識重力、彈力、摩擦力等各種具體的力，描述重力、彈力、摩擦力的定義，分析重力、彈力、摩擦力的作用物體和作用方式，并應(yīng)用彈簧測力計去測量、體驗這些具體力的大小。這樣，學(xué)生就可以以具體的重力、彈力、摩擦力為例來詮釋力的一般概念。又如，建立了密度概念后，用密度概念認(rèn)識水、空氣等各種具體物質(zhì)的密度；判斷同一物質(zhì)在不同情況下的密度變化；用密度公式計算物質(zhì)密度、并借助密度表，鑒別物質(zhì)種類。這樣，不僅僅活化了公式應(yīng)用，更是把抽象的密度含義、單位、定義等要素同具體的水、空氣等物質(zhì)的密度聯(lián)系起來，深化了密度概念的理解。

四、物理概念教學(xué)注意的相關(guān)事項

教師在概念教學(xué)設(shè)計時，既要考慮大腦獲得概念的基本方式，概念建立的基本思維過程和教學(xué)的基本流程，也要考慮相關(guān)前概念、例證、思維定勢等因素對物理概念教學(xué)的影響。

1.注意“前概念”對物理概念教學(xué)的影響。

“前概念”指的是學(xué)生已擁有的，在內(nèi)涵、外延等方面與科學(xué)概念不完全一致的概念。它是學(xué)生在日常生活中形成的片面的、甚至錯誤的認(rèn)識和觀點。

對片面的“前概念”，我們要引導(dǎo)學(xué)生提取相關(guān)舊概念，并以有關(guān)的實驗、經(jīng)驗事實等例證為輔助，轉(zhuǎn)化與科學(xué)的物理概念不一致的方面，使學(xué)生形成正確的完整的物理概念，這類概念的形成并不涉及認(rèn)知結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，是屬于認(rèn)知同化過程。例如從“利用物體的輕重、體積”到“利用物質(zhì)的密度”鑒別物質(zhì)，就屬于這一類轉(zhuǎn)化過程。這樣，學(xué)生在原有方法的基礎(chǔ)上，建立了一個具有更廣泛意義的新方法，不但沒有“推倒”原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而且發(fā)展了原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

對錯誤的“前概念”，教師要在大量正、反例證的基礎(chǔ)上，充分說明“前概念”的錯誤性，從而引發(fā)認(rèn)知矛盾，促使學(xué)生解體原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)并建立新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，獲得科學(xué)的物理概念。例如，在力和運(yùn)動的關(guān)系上，教師要充分利用牛頓第一運(yùn)動定律及相關(guān)資料說明物體不受力時仍然能夠運(yùn)動，借此來推翻學(xué)生原有的“力是維持物體運(yùn)動的原因”的錯誤概念。再如，在摩擦力教學(xué)中，教師要充分利用“傳送帶輸送物體”“人正常行走”等例證來推翻學(xué)生原有的“摩擦力總是阻礙物體運(yùn)動”的錯誤觀念，從而為新概念的學(xué)習(xí)掃清障礙。

2.注意例證選擇對物理概念教學(xué)的影響。

所謂例證，是指在概念教學(xué)中所列舉的生活（產(chǎn)）常識、科學(xué)實驗、經(jīng)驗事實等感性材料，它是學(xué)生了解、掌握和深化物理概念的基礎(chǔ)。教學(xué)中，例證的選取不是“韓信點兵、多多益善”，錯誤的、難于識別的例證不僅不利于邏輯方法的運(yùn)用，更無益于科學(xué)概念的形成。例如：在幫助學(xué)生建立擴(kuò)散概念時，通常要演示擴(kuò)散現(xiàn)象，即在盛有清水的容器中滴數(shù)滴墨水，有位教師為了加快擴(kuò)散現(xiàn)象，使用酒精燈在墨水?dāng)U散的同時給容器底部加熱。這樣做使得實驗現(xiàn)象明顯加快了，但他違反了實驗設(shè)計的科學(xué)性，因為擴(kuò)散是不同物質(zhì)分子熱運(yùn)動的結(jié)果，而對容器底部加熱，清水和墨水的混合速度加快是對流的作用所致。再如，為了幫助學(xué)生理解“力的作用是相互的”，有位教師列舉了以下例證：“地球吸引月球，月球也吸引地球”“磁鐵吸引鐵屑，鐵屑也吸引磁鐵”，前一個例證讓學(xué)生無所適從，因為地球和月球間的吸引力及其運(yùn)動軌跡都令學(xué)生難以想象；后一個例證讓學(xué)生提出異議，因為只看到鐵屑向磁鐵運(yùn)動，并“粘”在磁鐵上，而沒有看見磁鐵向鐵屑運(yùn)動，當(dāng)然無法想象“鐵屑也吸引磁鐵”了。反過來，如果我們列舉“對拉彈簧，彈簧同時伸長；對壓氣球，氣球同時變形”等典型的易于識別的例證，就能使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中準(zhǔn)確、快速地掌握科學(xué)概念。所以，進(jìn)行概念教學(xué)時，我們應(yīng)對例證選擇的科學(xué)性和典型性給予充分地重視。

3.注意思維定勢對物理概念教學(xué)的消極影響。

消極的思維定勢是指我們把頭腦中已有的習(xí)慣了的思維方式不恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到新的物理情境中去，不善于變換思考的角度，引起錯誤的認(rèn)識，造成知識的負(fù)遷移。物理概念教學(xué)中，我們往往會通過定義，用一組詞語來定性地表達(dá)物理事物的本質(zhì)屬性。但對物理量，我們還會用數(shù)學(xué)公式來給予物理概念嚴(yán)密而精確的定義，部分學(xué)生受數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的思維定勢影響，往往從純數(shù)學(xué)的角度對物理公式加以理解，導(dǎo)致一些錯誤結(jié)論。如，把ρ=M/V看成質(zhì)量（M）越大，密度（ρ）越大；體積（V）越大，密度（ρ）越小。但事實上，對不同物質(zhì)，其質(zhì)量和體積之比是不同的；而同一種物質(zhì)，其質(zhì)量與體積之比卻是一定的。也就是說，對一種物質(zhì)來說，不管其質(zhì)量和體積大小如何，它們的比值即密度都是不變的，如果理解了這一點，就不會形成以上錯誤觀點了。因此，在物理概念教學(xué)中，我們要注重物理概念內(nèi)涵及其意義的理解，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)分析情境，努力克服思維定勢給物理概念的理解造成消極影響。

【參考文獻(xiàn)】

[1]徐輝.現(xiàn)代西方教育理論[M].重慶：重慶出版社，2006.

[2]高文，徐斌艷.教育中的建構(gòu)主義[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2002.