小議物理概念追根溯源式教學(xué)

朱澤舟

（浙江省諸暨市湄池中學(xué)）

摘 要：掌握一個(gè)概念，要求教師能對概念實(shí)施追根溯源式的教學(xué)，使學(xué)生對已有的概念與新概念之間形成聯(lián)系，以達(dá)到掌握物理概念之教學(xué)。

關(guān)鍵詞：概念實(shí)驗(yàn)化；概念問題化；概念生成化

學(xué)生形成物理概念，首先依賴于正確而鮮明的物理表象，表

象是感知向概念過渡的中間環(huán)節(jié)，這就是溯源。但是，物理表象和物理規(guī)律的本質(zhì)屬性、關(guān)鍵特征并不能為我們直接認(rèn)識(shí)，往往需要依靠大量的感性經(jīng)驗(yàn)和表象，從許多具體的屬性和特征中抽取本質(zhì)的、關(guān)鍵的屬性和特征，這就是追根。在物理概念教學(xué)中注重追根溯源式的教學(xué)，可以更好地理解與掌握物理概念，符合新高考的教學(xué)理念。

一、物理概念教學(xué)的追根溯源之一：概念實(shí)驗(yàn)化

概念實(shí)驗(yàn)化就是用常見的、典型的物理實(shí)驗(yàn)闡述物理概念，

不斷變更現(xiàn)象類型的操作。也就是說，每引入一個(gè)物理概念，應(yīng)充分利用實(shí)驗(yàn)或?qū)W生生活積累的已有知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，把物理概念建立在充實(shí)的實(shí)驗(yàn)意識(shí)基礎(chǔ)上。

因此，教師要科學(xué)地設(shè)計(jì)一些多樣化的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)體系，設(shè)計(jì)一些情境或者活動(dòng)實(shí)驗(yàn)方案，通過學(xué)生的主動(dòng)參與、積極參與、積極實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生“做中學(xué)”“用中學(xué)”，幫助學(xué)生構(gòu)建起新的物理概念。

例如，有關(guān)“力的分解”概念的建立，為了讓學(xué)生不斷體驗(yàn)“一個(gè)已知力究竟應(yīng)該怎樣分解，要根據(jù)實(shí)際情況確定”，筆者設(shè)置了四個(gè)分組實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“一個(gè)已知力究竟可以產(chǎn)生哪些作用效果”的分析以及應(yīng)用力的分解知識(shí)怎樣分解力，下面列舉的是我在教學(xué)過程中所設(shè)計(jì)的其中兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。

[實(shí)驗(yàn)一]自制斜面。器材：一端帶空的長方形鐵皮一塊、一輛小車、一根橡皮條。操作：長方形鐵皮作為斜面，小車放在斜面上，橡皮條一端固定在小車上，另一端固定在長方形鐵皮的小空中。

觀察：斜面與橡皮條發(fā)生了形變。思考與討論：小車在重力作用下，一方面有垂直壓斜面的效果，另一方面有沿斜面下滑的效果。結(jié)論：在此的重力能產(chǎn)生兩個(gè)力的作用效果。這就是“做中學(xué)”的教學(xué)效果。

[實(shí)驗(yàn)二]自制斷線器。器材：一根紙條、一只鉤碼、兩塊帶鉤的磁鐵（黑板是磁性的）。操作：黑板上方吸上兩塊帶鉤的磁鐵，帶鉤處系上一根紙條的兩頭，紙條的下方掛上一只鉤碼，水平慢慢地移動(dòng)一塊帶鉤的磁鐵。觀察：突然，紙條斷了（學(xué)生很有興趣）。思考與討論：紙條在鉤碼的拉力作用下，鉤碼兩側(cè)的紙條被拉緊最終斷裂。結(jié)論：在此鉤碼的拉力能產(chǎn)生兩個(gè)力的作用效果。這就是“用中學(xué)”的教學(xué)效果。

其實(shí)，本堂課我還設(shè)置了另外兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別讓學(xué)生體驗(yàn)“做中學(xué)”與“用中學(xué)”，充分利用實(shí)驗(yàn)啟智物理概念，這種效果是無法用語言替代的，實(shí)驗(yàn)是學(xué)物理的敲門磚，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，更能讓學(xué)生體驗(yàn)“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)思想。教學(xué)實(shí)踐表明：“概念實(shí)驗(yàn)化”教學(xué)得到了同行與學(xué)生的極大好評。

二、物理概念教學(xué)的追根溯源之二：概念問題化

概念問題化就是讓學(xué)生在紛繁復(fù)雜的事物面前能夠理出頭緒，根據(jù)已有的知識(shí)體系，檢索到相應(yīng)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，并在條理化的基礎(chǔ)上進(jìn)行有目的的創(chuàng)造活動(dòng)。教師巧妙的情境問題設(shè)置，常常會(huì)產(chǎn)生“一石激起千層浪”的效果，問題設(shè)計(jì)要做到三貼近“貼近學(xué)生、貼近生活、貼近實(shí)際”。

例如功的概念，為了使學(xué)生掌握它，筆者在教學(xué)中采用了學(xué)生對已有功的概念認(rèn)知，讓他們?nèi)ジ兄c高中物理中功的概念之間形成的聯(lián)系。

[原題]一個(gè)重量為10 N的物體置于傾角為30°的光滑斜面上靜止開始下滑4 m，問下滑過程中重力做了多少功？

[分析]根據(jù)初中對功的概念的認(rèn)知，功是由力和力的方向上的距離的乘積決定的。高中物理強(qiáng)調(diào)的是功由力和力的方向上的位移的乘積決定的，但要注重力與位移的矢量性。該題中，重力做的功由物體在豎直方向上的位移分量和重力的乘積來計(jì)算。即：

WG=G×sin30°×s=10×0.5×4 J=20 J

為了使學(xué)生對功的概念更好地理解和掌握，可再設(shè)置以下問題：

[問題一]一個(gè)重量為10 N的物體置于傾角為30°的粗糙斜面上靜止開始下滑4 m，物體和斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，問

下滑過程中重力做了多少功？

[分析]此題將原題的光滑斜面改為粗糙斜面，增加了摩擦力，有一部分學(xué)生會(huì)對摩擦力在重力做的功的計(jì)算中起什么作用感到迷惑，對該題的分析可以使學(xué)生進(jìn)一步理解功的概念。這里，對于重力做的功來說，和物體對斜面的正壓力一樣，摩擦力是一個(gè)無關(guān)因素。一個(gè)力做的功只跟這個(gè)力和這個(gè)力方向上的位移有關(guān)，而和其他力的存在無關(guān)。答案仍為20 J。

[問題二]一個(gè)重量為10 N的物體置于傾角為30°的粗糙斜面上，物體和斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，物體的初速度v0=2 m/s，從斜面頂端下滑4 m，問下滑過程中重力做了多少功？

[分析]答案仍為20 J。一部分學(xué)生可能對“物體有初速度，但仍不影響重力做的功”覺得不易理解。在這個(gè)變式中，正壓力、摩擦力、初速度對于重力做的功來說都是無關(guān)因素。一個(gè)力對物體做的功，和物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（勻速、加速、減速）無關(guān)。這就進(jìn)一步突出了力和力的方向上的位移這兩個(gè)有關(guān)因素，即功的概念的兩個(gè)本質(zhì)特征。

[問題三]一個(gè)重量為10 N的物體置于傾角為30°的粗糙斜面上，物體和斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，物體又受到一個(gè)水平的指向斜面的推力F=2 N，以初速度v0=2 m/s向下滑4 m，問下滑過程中重力做了多少功？

[分析]本題由于水平推力的作用，正壓力和摩擦力都發(fā)生了變化。會(huì)不會(huì)影響重力做的功？如果對功的概念理解和掌握得較好，學(xué)生不難看出水平推力F不影響重力做功。學(xué)生可以很快判斷答案仍是20 J。

通過以上答案相同的四個(gè)題目的溯源，學(xué)生可以體會(huì)到計(jì)算一個(gè)力做的功和其他力的大小以及存在與否是無關(guān)的，追根到功的概念，應(yīng)該是由一個(gè)具體的力和力的方向上的位移的乘積決定的。另外，在四個(gè)小題中，重物下滑4 m所花的時(shí)間是不相等的，但不影響功的計(jì)算?？梢?，一個(gè)力做的功和它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并無直接關(guān)系。

這四個(gè)題目中，重力和位移這兩個(gè)本質(zhì)特征沒有變化，而外力、正壓力、摩擦力、初速度等四個(gè)非本質(zhì)特征在各題中是變化的。通過這樣的概念問題化的分析和討論，學(xué)生對一個(gè)力做的功的概念會(huì)進(jìn)一步加深理解與掌握。

三、物理概念教學(xué)的追根溯源之三：概念生成化

概念生成化就是從新概念形成的角度出發(fā)，要求教師在創(chuàng)設(shè)科學(xué)的、真實(shí)的情境中借助于大膽地提出猜想和解決問題的方

案，能夠在解決問題的過程中整合新舊知識(shí)，讓學(xué)生經(jīng)歷物理概念的建構(gòu)過程。這也是一種追根溯源的教學(xué)手段。

例如，講授“電場強(qiáng)度”概念時(shí)，筆者以學(xué)生的元認(rèn)知為參考，創(chuàng)設(shè)了一個(gè)可以讓學(xué)生與學(xué)生、教師與學(xué)生互動(dòng)的平臺(tái)或情境來建構(gòu)物理概念的形成過程，從而達(dá)到概念的生成。

[教學(xué)片段]

師：萬有引力這種作用力是通過什么起作用的？（多媒體展示萬有引力情境）

生：物體與物體之間相互吸引而產(chǎn)生的。

師：物體間沒有接觸，憑什么產(chǎn)生呢？（讓學(xué)生查閱教材，并展開討論）

生：疑惑。（超距作用的觀點(diǎn)，多數(shù)科學(xué)家難以接受）

師：庫侖的平方反比定律好像表明，靜電力像萬有引力一樣，也是一種超距力，這個(gè)力又是通過什么起作用的？（讓學(xué)生查閱教材，并展開討論）

有同學(xué)提出：電荷之間通過電場相互作用。

師：介紹法拉第提出的電場觀點(diǎn)，后來近代物理學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)證實(shí)并且發(fā)展了法拉第的觀點(diǎn)。并繼續(xù)提出“物理學(xué)是怎樣研究電場的？”（讓學(xué)生查閱教材，并展開討論）

生：電場明顯的特征之一是對場中其他電荷具有作用力，因此在研究電場的性質(zhì)時(shí)，可以從靜電力入手。

師：如何研究源電荷某一點(diǎn)的電場？（讓學(xué)生查閱教材，并展開討論）

師：讓學(xué)生分析教材的猜想和假設(shè)（但它的正確性有待實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)）。

生：源電荷某一點(diǎn)的電場是一個(gè)不變的量，F(xiàn)=Eq式中E是比例常數(shù)，與試探電荷q無關(guān)。

師：式中E是比例常數(shù)，物理學(xué)中叫它為什么？

生：電場強(qiáng)度。

師：當(dāng)今有沒有被實(shí)驗(yàn)證實(shí)？

生：有，但教材中沒有具體闡述。

評析：電場強(qiáng)度是一個(gè)非常抽象的概念，學(xué)生對電場強(qiáng)度E的認(rèn)識(shí)也是相當(dāng)陌生的，尤其它的存在是看不見摸不著的。通過片段教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生從真實(shí)的歷史情境出發(fā)，沿著電場強(qiáng)度這一概念構(gòu)建的足跡去探究，經(jīng)歷了“提出問題、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、猜想問題、解決問題、檢驗(yàn)問題、建立概念”的構(gòu)建過程，從而使學(xué)生從疑惑到思考，從思考到研究，從研究到檢驗(yàn)，從檢驗(yàn)到建立，符合以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)。讓學(xué)生感知、體驗(yàn)物理研究的科學(xué)方法，建立概念的縱橫聯(lián)系，有效地生成物理概念。這樣就化抽象為具體，有助于學(xué)生分析歸納能力的提高，使學(xué)生更好地了解所要學(xué)習(xí)的概念，啟發(fā)學(xué)生的思維，加深對學(xué)習(xí)概念的認(rèn)知，更有利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的調(diào)動(dòng)。

因此，教師適時(shí)地應(yīng)用概念生成化教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到概念的聯(lián)系性，不但起到了后續(xù)理解并掌握物理概念的作用，而且還利用合理的科學(xué)方法認(rèn)識(shí)了自然界的真諦，對學(xué)生以后自主探索自然科學(xué)有相當(dāng)大的指導(dǎo)作用。

在教學(xué)過程中，學(xué)生往往會(huì)感到概念這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)枯

燥、抽象、分散，對這部分內(nèi)容的內(nèi)涵難以掌握，難以形成一條清晰的思路。實(shí)際教學(xué)表明，物理概念追根溯源式的教學(xué)，是學(xué)習(xí)、教學(xué)和科學(xué)研究的重要方法之一，教師如能借助追根溯源式方法的講解，則可以使枯燥的概念生動(dòng)化、零亂的知識(shí)系統(tǒng)化、復(fù)雜的公式簡潔化，使教學(xué)難點(diǎn)得以有效突破，達(dá)到舉一反三、觸類旁通的目的。

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編輯 任 壯