基于“物理觀念”形成的高中物理教學(xué)策略研究

孫國(guó)標(biāo),楊麗芬

(1.浙江省紹興柯橋中學(xué) 312030;2.浙江省紹興魯迅高級(jí)中學(xué) 312000)

一、物理觀念

“物理觀念”主要為物質(zhì)觀、運(yùn)動(dòng)觀、能量觀、相互作用觀等要素；物理觀念形成有以下四個(gè)水平層次：水平1：能從物理學(xué)的視角觀察自然現(xiàn)象， 具有將物理學(xué)與實(shí)際相聯(lián)系的意識(shí).水平2：形成初步物理觀念，能從物理學(xué)的視角解釋一些自然現(xiàn)象，能應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)解決一些實(shí)際問(wèn)題.水平3：形成物理觀念，能從物理學(xué)的視角解釋一些自然現(xiàn)象，能應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題.水平4：具有清晰的物理觀念，能從物理學(xué)的視角正確描述和解釋自然現(xiàn)象，能靈活應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，

二、物理觀念形成的教學(xué)策略研究

下面介紹幾種物理觀念形成的教學(xué)策略：

1.融入物理學(xué)史，感知物理觀念作用

科學(xué)的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的，而是充滿著挫折、喜悅、斗爭(zhēng)和合作，物理規(guī)律在不斷經(jīng)歷著從實(shí)踐到認(rèn)識(shí)，再?gòu)恼J(rèn)識(shí)到實(shí)踐的檢驗(yàn)，直至科學(xué)的形成.正因?yàn)槿绱?，許多科學(xué)家們用畢生的勤奮努力為之探索鉆研：法拉第的刻苦自學(xué)，經(jīng)過(guò)十幾年的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷無(wú)數(shù)次的失敗挫折，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律；盧瑟福經(jīng)過(guò)十年的能力，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)……通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行物理史實(shí)的介紹，能夠讓學(xué)生研究真實(shí)、典型的科學(xué)過(guò)程，理解物理課程的教育價(jià)值，能使學(xué)生經(jīng)受物理觀念變革的洗禮，可以讓學(xué)生樹立正確的物理觀念，還可以幫助我們學(xué)到或悟出一些科學(xué)方法，更能宏揚(yáng)人文精神，激發(fā)學(xué)生的意志和拼搏精神，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

再比如：伽利略對(duì)落體運(yùn)動(dòng)的研究

在高中物理教學(xué)中，廣大義務(wù)教育者可以把學(xué)生帶回伽利略的時(shí)代，體驗(yàn)伽利略的研究過(guò)程：提出問(wèn)題一大膽猜想一數(shù)學(xué)推理—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一合理外推.還可以幫助學(xué)生樹立正確的運(yùn)動(dòng)觀和物理價(jià)值觀，把握正確的自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，切身感受伽利略的偉大.

2.創(chuàng)設(shè)情境、觀察現(xiàn)象，暴露學(xué)生潛在觀念

“學(xué)起于思，思源于疑”，學(xué)生的每一次思維活動(dòng)都是從疑問(wèn)開始的，通過(guò)情境設(shè)置，讓同學(xué)們觀察現(xiàn)象，產(chǎn)生疑惑，從而試圖讓同學(xué)們用已有知識(shí)思考、分析問(wèn)題，從而暴露學(xué)生潛在的錯(cuò)誤觀念.

【案例】拔河比賽中作用力與反作用力大小的比較

實(shí)驗(yàn)：讓一個(gè)高個(gè)子男生與小個(gè)子男生進(jìn)行拔河比賽(注：讓學(xué)生感覺兩人力氣有明顯差別).

現(xiàn)象：高個(gè)子男生獲勝.

教師向高個(gè)子男生提問(wèn)：恭喜你，你獲得了勝利，那請(qǐng)問(wèn)是他對(duì)你的力大？還是你對(duì)他力大？

高個(gè)子男生：我對(duì)他的力大.

教師：你的力比較大，所以把他拉過(guò)來(lái)了？同學(xué)們同意他的觀點(diǎn)嗎？

學(xué)生：不同意，雙方作用力是作用力與反作用力，是一樣大的.

3.巧設(shè)實(shí)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤觀念的轉(zhuǎn)變

認(rèn)知沖突是指，當(dāng)新經(jīng)驗(yàn)與原有觀念之間出現(xiàn)對(duì)立、矛盾時(shí)，會(huì)使知識(shí)獲取者感到疑惑不解.從建構(gòu)主義上講，學(xué)生的學(xué)習(xí)是基于原有經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)不斷地與新的信息進(jìn)行 “撞擊”、交流中，在學(xué)生的頭腦中建構(gòu)出的新的認(rèn)知模式.

教師通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)體驗(yàn)、觀察，調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行分析，從而弄清物理的本質(zhì).

【案例】再如上面談到的案例，作為教師可以再設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生進(jìn)一步看清現(xiàn)象的本質(zhì).

實(shí)驗(yàn)：讓高個(gè)子男生站在滑板上再進(jìn)行拔河比賽.

現(xiàn)象：小個(gè)子男生輕松獲勝.

教師再提問(wèn)高個(gè)子男生：那這次你為什么輸?shù)袅耍?/p>

高個(gè)子男生：我與地面間的摩擦力變小了.

教師：那請(qǐng)問(wèn)在拔河比賽中獲勝的原因是什么？

高個(gè)子男生：拉力要大于摩擦力

教師：回答很好，因此，通過(guò)剛才的實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)，在拔河比賽當(dāng)中，兩個(gè)人之間的拉力是作用力與反作用力的關(guān)系，大小始終是相等的，之所以一方能夠獲勝的原因，是因?yàn)樗麑?duì)對(duì)方的拉力大于對(duì)方與地面之間的最大靜摩擦力.這也就告訴我們，拔河比賽要想獲得勝利的關(guān)鍵是要必須增大與地面間的最大靜摩擦力.

4.鋪設(shè)臺(tái)階、問(wèn)題導(dǎo)引，拓寬學(xué)生的物理觀念

在學(xué)生的現(xiàn)有物理觀念基礎(chǔ)上，通過(guò)問(wèn)題設(shè)置，對(duì)原有的觀念進(jìn)行拓寬和深化 ，即在前觀念與新觀念之間鋪設(shè)臺(tái)階，通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，暴露學(xué)生的前觀念，引導(dǎo)學(xué)生自主形成類比，尋求新、舊觀念的整合點(diǎn).

【案例】在《電勢(shì)能》教學(xué)時(shí)，如何引入電勢(shì)能？如何讓學(xué)生明確電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系？筆者認(rèn)為可以建立圖的情景，進(jìn)行問(wèn)題探究式教學(xué)促使物理觀念的形成.

問(wèn)題一：在重力場(chǎng)中，物體自由下落中，能量要如何轉(zhuǎn)化？

學(xué)生：重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能

問(wèn)題二：在重力場(chǎng)中，物體自由下落中，受到哪些力？誰(shuí)在做功？重力做功與動(dòng)能變化、勢(shì)能變化有什么關(guān)系？

學(xué)生：物體自由下落過(guò)程中只受重力，重力做正功，動(dòng)能增大，勢(shì)能減小，重力做功等于重力勢(shì)能變化的負(fù)值.

問(wèn)題三：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，靜止釋放一電荷，電荷從A到B受到哪些力？怎么運(yùn)動(dòng)？動(dòng)能怎么變？

學(xué)生：電荷受到電場(chǎng)力，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以動(dòng)能增大.

問(wèn)題四：與重力場(chǎng)類比，是什么能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能？

學(xué)生：在重力場(chǎng)中物體具有重力勢(shì)能，在電場(chǎng)中，電荷具有電勢(shì)能，電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能

問(wèn)題五：在電場(chǎng)中，電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系是怎樣的？

學(xué)生：電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，與重力場(chǎng)類似，電場(chǎng)力做功是電勢(shì)能變化的負(fù)值.

5.引導(dǎo)學(xué)生反思概括，促進(jìn)物理觀念形成和發(fā)展

物理知識(shí)并不是一些雜亂無(wú)章的公式堆積，而是有其內(nèi)在聯(lián)系的系統(tǒng)性和邏輯性的知識(shí)結(jié)構(gòu).學(xué)生物理學(xué)習(xí)的困難所在是不能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，更不能夠比較深刻地了解各個(gè)核心知識(shí)間的聯(lián)系，所以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思概括，歸納總結(jié)，有利于物理觀念的形成與發(fā)展.

【案例】在學(xué)習(xí)《庫(kù)侖定律》時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生反思概括以下問(wèn)題：

(1)建立“點(diǎn)電荷”模型的理想化方法，這種研究方法在物理學(xué)研究中應(yīng)用非常普遍，引導(dǎo)學(xué)生歸納此方法在物理學(xué)中的應(yīng)用：如質(zhì)點(diǎn)的概念、落體運(yùn)動(dòng)忽略空氣阻力、輕繩、輕桿、輕彈簧、彈簧振子模型、單擺模型等.

(2)探究電荷之間相互作用力是采用“控制變量法”，物理中應(yīng)用如學(xué)習(xí)牛頓第二定律時(shí)探究a與F，m的關(guān)系，學(xué)習(xí)電阻定律時(shí)探究R與ρ，L，S的關(guān)系等.

(3)通過(guò)探究電荷之間相互作用力，讓學(xué)生歸納物理問(wèn)題研究的基本思路，猜想、實(shí)驗(yàn)探究(定性實(shí)驗(yàn)、定量實(shí)驗(yàn)：庫(kù)侖扭秤)、歸納總結(jié)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和科學(xué)品質(zhì).

(4)在庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)中，庫(kù)侖采用“倍減法”使電量成倍的減小(庫(kù)侖當(dāng)時(shí)不知電量的單位和數(shù)值)，從而來(lái)研究力與電量的關(guān)系，在我們高中物理學(xué)習(xí)中，在做“探究做功與速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，也采用類似的方法，在平衡摩擦力后，讓皮筋條數(shù)成倍的增加，并讓物體從同一位置靜止釋放，從而可使皮筋拉力做功成倍的增加，避開了直接求皮筋這個(gè)變力的功.

物理觀念的形成是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，是物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的首要任務(wù)，我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，以更寬廣的視角,客觀、全面、深刻地理解物理課程的教育價(jià)值, 研究教學(xué)策略，制定教學(xué)方案，切實(shí)提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).