繆智銘
摘 要:近年來,隨著教學(xué)改革日益深入,如何克服學(xué)生學(xué)習(xí)物理上的畏難情緒,已成為亟待解決問題。筆者在長(zhǎng)期的高中教學(xué)實(shí)踐中體會(huì)到,與其讓同學(xué)做各種物理難題,還不如降低教學(xué)要求,打好基礎(chǔ)??v觀物理教學(xué)內(nèi)容,大體分為物理現(xiàn)象、事實(shí)、概念、規(guī)律、公式和理論,物理規(guī)律和公式是揭示物理概念之間相互聯(lián)系和制約關(guān)系,而理論又是眾多物理規(guī)律的有機(jī)組合,可見,指導(dǎo)學(xué)生學(xué)好物理概念是物理教學(xué)最重要的基石。本文從物理概念的形成教學(xué)、運(yùn)用中深化物理概念認(rèn)識(shí)教學(xué)、及時(shí)復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)物理概念教學(xué)的三方面展開論述。
關(guān)鍵詞:物理概念形成 互動(dòng)式課堂 概念運(yùn)用和復(fù)習(xí)
一、重視物理概念的形成過程
(一)創(chuàng)設(shè)生活情景,引入物理概念
物理概念建立,是人類長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中逐漸形成的。課堂教學(xué)不可能完全尋著這條道路講解。但是,課堂教學(xué)中,可以采用解剖麻雀方法,對(duì)典型的物理現(xiàn)象及其特性進(jìn)行分析、歸納,形成物理概念。例如,在進(jìn)行“加速度概念”教學(xué)中,關(guān)鍵在于弄清“加速度的含義,加速度與速度的區(qū)別與聯(lián)系”。針對(duì)同學(xué)喜歡看賽車視頻的心理,筆者請(qǐng)同學(xué)們看一段運(yùn)動(dòng)員和飛機(jī)同時(shí)啟動(dòng)的真實(shí)視頻(1)。看過后,全體同學(xué)都能回答:它們都在作加速運(yùn)動(dòng)。筆者趁勢(shì)提問:誰(shuí)加速的快呢?學(xué)生答:運(yùn)動(dòng)員加速的快。筆者追問:你們認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員加速較快的依據(jù)是什么?絕大部分同學(xué)會(huì)說:因?yàn)樗谙嗤瑫r(shí)間內(nèi),運(yùn)動(dòng)員走的位移較多,運(yùn)動(dòng)的快。如何把速度和加速度加以區(qū)分呢?筆者采用DIS技術(shù),請(qǐng)同學(xué)們做課內(nèi)小實(shí)驗(yàn):讓實(shí)驗(yàn)小車分別沿傾角不同斜坡以初速為零滑下,記錄其速度—時(shí)間圖像。在圖像中,瞬時(shí)速度增加一目了然,且加速快的速度-時(shí)間圖像線較陡。筆者問到:造成相同時(shí)間內(nèi)小車運(yùn)動(dòng)位移較多的背后的原因是什么?通過同學(xué)間的充分討論,同學(xué)們逐漸認(rèn)識(shí)到,原因是在于相同時(shí)間內(nèi),瞬時(shí)速度增加較多?;蛘哒f,速度變化量與所化費(fèi)時(shí)間之比值較大(即速度-時(shí)間圖線斜率較大)。為了表示這個(gè)比值的物理意義,筆者采用類比方法,聯(lián)系同學(xué)們初中所學(xué)的功率定義式P=,功率反映是力做功的快慢,速度定義式,速度反映是位置變化(運(yùn)動(dòng))的快慢??梢?,一個(gè)物理量變化與所化費(fèi)時(shí)間之比,就是反映完成這一物理量變化的快慢。由此,是表示速度變化的快慢,不是運(yùn)動(dòng)的快慢,且把這個(gè)比值叫做加速度。
(二)尊重認(rèn)知規(guī)律,逐漸形成完整的物理觀念
例如,在學(xué)習(xí)《電場(chǎng)》內(nèi)容時(shí),同學(xué)們常常對(duì)“電場(chǎng)強(qiáng)度”這一抽象的物理概念無法理解。筆者以為,將電場(chǎng)直觀化是解決這一難題的很好途徑。筆者首先在上一節(jié)課中引入了假想的電場(chǎng)線,直觀反映電場(chǎng)的強(qiáng)弱分布。在這一節(jié)課上,首先請(qǐng)同學(xué)們畫出孤立的、正點(diǎn)電荷發(fā)出的電場(chǎng)線分布,使同學(xué)們從各區(qū)域的電場(chǎng)線疏、密不同,感受到了電場(chǎng)強(qiáng)弱的分布,但此時(shí)電場(chǎng)的強(qiáng)弱,同學(xué)們還停留在電場(chǎng)線疏密這一直觀感受上。然后,筆者在課內(nèi)做一個(gè)如圖(1)演示實(shí)驗(yàn):同學(xué)們觀察實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),同一個(gè)檢驗(yàn)帶電通草小球B越遠(yuǎn)離場(chǎng)源電荷A處,即電場(chǎng)線越疏處,通草小球B偏離豎直線夾角越小,表明通草小球B受到的電場(chǎng)力越小。此時(shí)同學(xué)們感受到了,電場(chǎng)線的密和疏,反映了電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷作用的強(qiáng)和弱。又由于場(chǎng)源A電荷量一定后,電場(chǎng)線分布不會(huì)變,這表明,電場(chǎng)對(duì)放入其中電荷作用的強(qiáng)弱,在同一地點(diǎn)是不受是否有檢驗(yàn)電荷以及檢驗(yàn)電荷的電荷量大小、電場(chǎng)力大小等外界因素影響,是由場(chǎng)源唯一決定,這就達(dá)到了把抽象問題變得直觀易懂的目的。接下來,筆者告知同學(xué)們,更精確實(shí)驗(yàn)可證明,檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力與檢驗(yàn)電荷的電荷量成正比,它們的比值與檢驗(yàn)電荷量大小無關(guān),電場(chǎng)越強(qiáng)處比值越大,它可以表示各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)弱,把這一比值稱為電場(chǎng)強(qiáng)度大小。
二、通過運(yùn)用,深化認(rèn)識(shí)物理概念
教學(xué)實(shí)踐表明,學(xué)生只有理解了的東西,才能較為牢固地掌握它。因此,在物理概念建立以后,還必須引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際事例中運(yùn)用概念,深化對(duì)概念的認(rèn)識(shí)。
(一)分析典型事例,加深對(duì)物理概念的認(rèn)識(shí)
例如,引入做功的計(jì)算式W=FScosθ后,筆者請(qǐng)同學(xué)一起討論如圖(2)練習(xí)題:在固定于斜面上的豎直擋板和斜面之間夾有光滑重球。現(xiàn)使整個(gè)裝置沿水平面向右勻速直線運(yùn)動(dòng),那么球的重力G、斜面對(duì)球的支持力N和擋板對(duì)球的彈力Q分別做什么性質(zhì)的功?筆者首先提示,功是標(biāo)量,力和位移必須分別代入它們的大小,可見,功的正、負(fù)和作功為零是取決于力和位移夾角余弦,請(qǐng)問:如何確定力與位移夾角呢?甲同學(xué)答:首先要明確研究對(duì)象,正確畫出其受力圖。乙同學(xué)補(bǔ)充道:還要畫位移方向。筆者指出,只有這樣,力與位移夾角才能明確是銳角、或是鈍角、或是900。然后,筆者請(qǐng)同學(xué)們當(dāng)堂做出如上受力示意圖。丙同學(xué)答:由于重力與位移夾角為900,夾角余弦為零,從功的公式可知,重力不做功。丁同學(xué)答:彈力N與位移夾角為銳角,夾角余弦為正,彈力N做正功。筆者進(jìn)一步指出:此時(shí)彈力N進(jìn)行正交分解,力N做功就是在運(yùn)動(dòng)方向上的分力做功,由于分力與運(yùn)動(dòng)方向一致,彈力N起動(dòng)力作用,所以,力做正功反映是動(dòng)力做功。反之,彈力Q與位移夾角為鈍角,夾角余弦為負(fù),力Q作負(fù)功,此時(shí)彈力Q進(jìn)行正交分解,在運(yùn)動(dòng)方向上的分力與運(yùn)動(dòng)方向相反,彈力Q起阻力作用,所以,力做負(fù)功反映是阻力做功。通過典型例題分析,同學(xué)們逐漸明確了力做正、負(fù)功的物理意義,掌握了判斷力做功性質(zhì)的方法,也為定量求解力做功開辟了兩條思路(直接代入力做功公式或求力在位移方向上的分力)。
(二)糾正典型錯(cuò)題,強(qiáng)化對(duì)物理概念的認(rèn)識(shí)
課內(nèi)分析典型錯(cuò)題,加深學(xué)生的正確印象,豐富學(xué)生對(duì)概念內(nèi)涵和外延的認(rèn)識(shí),也有利于對(duì)思維能力的培養(yǎng)。例如,在高三復(fù)習(xí)課中,針對(duì)同學(xué)們判斷全電路的端電壓時(shí),常出現(xiàn)錯(cuò)誤現(xiàn)象,課內(nèi)討論如圖(3)的題:,每邊長(zhǎng)L,每邊電阻均為r的正方形導(dǎo)線框abcda,以速度v勻速通過磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。筆者提問:當(dāng)ab邊進(jìn)入磁場(chǎng),dc邊還未進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),d、c兩端電壓為多少?甲同學(xué)答:BLv/4 。筆者再問:當(dāng)ab邊離開磁場(chǎng),dc邊還在磁場(chǎng)時(shí),d、c兩端電壓又是多少?乙同學(xué)答:BLv/4。筆者進(jìn)一步問到:兩種情況下的電源、外電路分別有什么不同?丙同學(xué)思考后答:前者由于ab導(dǎo)線切割磁感線,ab導(dǎo)線是電源即為內(nèi)電路,導(dǎo)線adcb部分是外電路,后者中,線dc部分切割磁感線,dc導(dǎo)線是內(nèi)電路,外電路是導(dǎo)線dabc部分。在此基礎(chǔ)上,筆者指出:所謂端電壓,就是外電路與電源相接的兩端電壓,其值表示外電路的總電壓。前者電路中a、b為外電路的兩端,a、b兩端的端電壓為3BLv/4,cd長(zhǎng)度是外電路整個(gè)長(zhǎng)度的1/3,c、d兩端獲得電壓確實(shí)為BLv/4 ;后者電路中d、c兩端是端電壓,即外電路的總電壓,應(yīng)為3BLv/4。
又例如,在力的平衡一章復(fù)習(xí)后,同學(xué)們做了一道如圖(4)自測(cè)題:請(qǐng)畫出尖端B對(duì)小球A和小球A對(duì)斜壁C的彈力。常常出現(xiàn)如圖的典型錯(cuò)誤,F(xiàn)2方向畫錯(cuò)了。對(duì)此,筆者請(qǐng)同學(xué)們思考,彈力F2的施力物體是誰(shuí)?甲同學(xué)答:彈力F2的施力物體是球A。筆者進(jìn)一步說道,F(xiàn)2理應(yīng)由小球A(施力物體)發(fā)生彈性形變、要恢復(fù)原狀而施加給斜壁C的彈力,請(qǐng)問,小球恢復(fù)原狀方向在哪里?乙同學(xué)答:小球是發(fā)生垂直斜面向上凹的形變,小球恢復(fù)原狀方向是垂直斜面向下,這就是彈力F2方向。這時(shí),做錯(cuò)的同學(xué)才意識(shí)到,畫各種效果的彈力時(shí),必須先明確施力物體和受力物體,只有這樣,彈力的方向才不會(huì)畫錯(cuò)。
三、及時(shí)復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)的物理概念
孔子曰“學(xué)而時(shí)習(xí)之”?,F(xiàn)代教學(xué)實(shí)驗(yàn)也告訴我們,識(shí)記的遺忘是先快后慢地進(jìn)行著,存在一種叫艾濱浩斯遺忘曲線規(guī)律。若識(shí)記某知識(shí)后,一天沒有復(fù)習(xí),第二天大約只記住其中的33.7%,兩天后,只記住了約27.8%,一周后,只記住約25.4%,可見,遺忘速度是驚人的(2)。
(一)學(xué)生課堂練習(xí),教師當(dāng)堂檢查
同學(xué)們剛學(xué)到的物理概念,最好是及時(shí)反饋而不是延時(shí)反饋,因?yàn)榧皶r(shí)的反饋可以利用學(xué)生留下的記憶表象,增強(qiáng)記憶,強(qiáng)化理解。同時(shí)及時(shí)糾正錯(cuò)誤,防止錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的蔓延。課內(nèi)練習(xí)運(yùn)用的好,可大幅度的控制課后作業(yè)的量,把教師和學(xué)生都從題海里解放出來,提高學(xué)習(xí)效率。例如,筆者在上到《勻速圓周運(yùn)動(dòng)》這節(jié)課時(shí),概念比較多,如何及時(shí)復(fù)習(xí)鞏固呢?在這節(jié)課上,筆者有意留下十幾分鐘討論時(shí)間,筆者提問:勻速圓周運(yùn)動(dòng)具有哪些特征?甲同學(xué)答:質(zhì)點(diǎn)沿著圓弧運(yùn)動(dòng),相等時(shí)間內(nèi),質(zhì)點(diǎn)走過的弧長(zhǎng)相等。筆者再問:勻速圓周運(yùn)動(dòng)是屬于勻速運(yùn)動(dòng)范疇嗎?乙同學(xué)答:不是的,質(zhì)點(diǎn)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),由于線速度方向是質(zhì)點(diǎn)到達(dá)某位置的切線方向,質(zhì)點(diǎn)到達(dá)不同位置的切線方向是不同,線速度方向時(shí)刻變化,所以,這類運(yùn)動(dòng)屬于變速運(yùn)動(dòng)范疇。筆者追問:勻速圓周運(yùn)動(dòng)中“勻速”到底是什么意思?這時(shí),同學(xué)們才恍然醒悟,“勻速”是指線速度大小即速率是不變。接著,筆者又問:勻速圓周運(yùn)動(dòng)是處在平衡狀態(tài)嗎? 丙同學(xué)答:不是的,質(zhì)點(diǎn)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)受到向心力,它始終指向圓心,它只改變速度方向,質(zhì)點(diǎn)所受合力不等于零。在知識(shí)點(diǎn)整理基礎(chǔ)上,筆者請(qǐng)同學(xué)們課內(nèi)做一些文字表達(dá)概念的填空和文字辨析的選擇題,例如:勻速圓周運(yùn)動(dòng)與勻速直線運(yùn)動(dòng)相同和區(qū)別是什么?勻速圓周運(yùn)動(dòng)中線速度、角速度、向心力是否變化?等等。筆者同時(shí)走到同學(xué)們中間,及時(shí)發(fā)現(xiàn)同學(xué)做題中的個(gè)別錯(cuò)誤,及時(shí)糾正。
(二)及時(shí)對(duì)物理概念進(jìn)行歸類
按不同的劃分標(biāo)準(zhǔn),物理概念可分矢量和標(biāo)量,狀態(tài)量和過程量;物理概念定義常采用比值定義法、等效替代法、建立理想模型法等等。例如:位移、速度、加速度、力、電場(chǎng)強(qiáng)度等屬于矢量類;動(dòng)能、重力勢(shì)能、電勢(shì)能等屬于狀態(tài)量類;速度、加速度、功率、電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度等都是用比值定義法來定義物理量的。又例如,重力、彈力和電場(chǎng)力屬于保守力范疇,
它們做功與路徑無關(guān),相應(yīng)的重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能和電勢(shì)能變化也是與路徑無關(guān),變化多少有初、末位置決定。這就為運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問題指明了方法:初、末位置狀態(tài)量(動(dòng)能和重力勢(shì)能)正確表達(dá)是解決這類問題的關(guān)鍵??傊?,在教師指導(dǎo)下,同學(xué)們通過對(duì)物理概念各種特征的歸類,為實(shí)際運(yùn)用中,由分析解題特征,快速找到所需物理概念打下了良好基礎(chǔ)。
(三)建立物理概念圖,構(gòu)建思維網(wǎng)絡(luò)
根據(jù)人的記憶規(guī)律,所學(xué)的各種概念納入了某個(gè)網(wǎng)絡(luò)后,在概念網(wǎng)絡(luò)中激活任意一個(gè)網(wǎng)點(diǎn),都將引出相關(guān)的聯(lián)想。雖然概念圖的制作沒有嚴(yán)格的程序規(guī)范,但要制作一個(gè)較完整的概念圖,一般有以下幾個(gè)步驟:
(1)選取一個(gè)熟悉的知識(shí)領(lǐng)域,羅列出盡可能多的概念;
(2)確定關(guān)鍵概念和概念等級(jí); 初步擬定概念圖的縱向分層和橫向分支;
(3)建立概念之間的連接,并在連線上用連接詞標(biāo)明兩者之間的關(guān)系。
(4)通過制作概念圖可以促使學(xué)生積極動(dòng)手和思考,使他們能夠從整體上掌握基本知識(shí)結(jié)構(gòu)和各個(gè)知識(shí)間的聯(lián)系;通過制作概念圖,可促進(jìn)新舊概念的整合,形成概念網(wǎng)絡(luò);隨著知識(shí)的積累,網(wǎng)絡(luò)的編織將更加完整。以下圖(5)是力和力的平衡一章的物理概念網(wǎng)絡(luò)圖,僅供參考(3)。
總之,筆者多年高中物理教學(xué)實(shí)踐后深切感受到:高中物理教學(xué),必須遵循高中學(xué)生認(rèn)知規(guī)律,直觀引入,分散難點(diǎn),循序漸進(jìn),練習(xí)從簡(jiǎn)單到適當(dāng)復(fù)雜,及時(shí)組織章節(jié)復(fù)習(xí)和整理,是學(xué)好物理概念應(yīng)遵循一些基本法則。以上有不當(dāng)之處,望大家指正,筆者將不勝感激。
參考文獻(xiàn):
(1)中央電視臺(tái)《加油向未來》視頻 2017版第二季
(2)《心理學(xué)》修訂本 葉奕乾 祝蓓里主編 華東師范大學(xué)出版社出版(1996年版本) p134
(3)高級(jí)中學(xué)課本《物理練習(xí)部分》(試用本) 上海科技出版社出版(2007年版本) p64