優(yōu)化物理概念教學(xué) 提升科學(xué)思維能力①

(江蘇省徐州市第七中學(xué),江蘇 徐州 221011)

物理概念是對(duì)具體物理現(xiàn)象和過(guò)程的抽象與概括,它是物理觀念的重要組成部分,是建構(gòu)物理規(guī)律的重要基石,是整個(gè)物理知識(shí)體系的支撐點(diǎn)。科學(xué)思維是對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式,是高中生必備的物理核心素養(yǎng)之一。物理概念教學(xué)是高中物理教學(xué)中的重要環(huán)節(jié),更是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。教師在物理概念教學(xué)中怎樣優(yōu)化物理概念的建構(gòu)、理解和應(yīng)用,進(jìn)而提升學(xué)生的科學(xué)思維能力？筆者對(duì)此提出以下建議。

1 優(yōu)化物理概念的建構(gòu)過(guò)程,提升學(xué)生的科學(xué)思維能力

物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映,是人們將感知的一切物理現(xiàn)象的本質(zhì)特征抽象出來(lái)并加以概括所形成的。物理概念的形成經(jīng)歷了從具體到抽象、從特殊到一般、從感性到理性的過(guò)程，因此物理概念的建構(gòu)過(guò)程是科學(xué)思維能力的形成過(guò)程。在教學(xué)中教師可以運(yùn)用創(chuàng)設(shè)情境、遷移類(lèi)比等方法建構(gòu)物理概念,從而達(dá)成提升學(xué)生科學(xué)思維能力的目標(biāo)。

1.1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,建構(gòu)物理概念

物理學(xué)是格“物”致“知”,為了建構(gòu)物理概念,就必須給學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情境。情境可以是生活、生產(chǎn)中實(shí)例的列舉、可以是對(duì)實(shí)物模型的觀察、也可以是有趣的情境體驗(yàn)或是物理實(shí)驗(yàn)。從實(shí)際情境中提煉出探究性問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、猜想、分析、比較,抽象、概括出事物的本質(zhì)屬性,從而得出物理概念的定義,繼而導(dǎo)出物理概念的定義式及單位等。

例如,在進(jìn)行“加速度”概念的教學(xué)時(shí),由于加速度是學(xué)生在高中物理中接觸到的第一個(gè)較為抽象、難于理解的物理概念,所以創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)奈锢砬榫尘妥兊檬直匾?。在教學(xué)中教師可以先播放一段“摩托車(chē)、飛機(jī)賽跑”視頻，并提出問(wèn)題:(1) 摩托車(chē)與飛機(jī)誰(shuí)最終達(dá)到的速度大？(2) 摩托車(chē)與飛機(jī)誰(shuí)的速度改變大？(3) 摩托車(chē)與飛機(jī)誰(shuí)的速度變化快？你是如何比較的？(4) 如果兩者最終能達(dá)到的速度不一樣,用時(shí)也不一樣,我們又該如何比較速度變化快慢呢？通過(guò)這個(gè)例子,學(xué)生可以得出兩種比較速度變化快慢的方法:一是比較速度變化相同時(shí)所用的時(shí)間,二是比較相同時(shí)間內(nèi)所發(fā)生的速度變化。于是,“加速度”的概念逐漸浮出水面,再結(jié)合速度概念,學(xué)生就能夠用文字語(yǔ)言或數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)較準(zhǔn)確地表達(dá)出加速度的概念。

1.2 運(yùn)用遷移類(lèi)比,建構(gòu)物理概念

新知的學(xué)習(xí)往往是基于舊知的基礎(chǔ)而實(shí)現(xiàn)的遷移和重構(gòu),這一點(diǎn)同樣也適用于物理新概念的教學(xué)。類(lèi)比是一種典型且有效的思維方法,能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生對(duì)物理概念的正向遷移,并有助于其重構(gòu)物理概念體系。在具體的教學(xué)過(guò)程中,教師應(yīng)充分把握教材,尋找新、舊概念之間的關(guān)鍵連接點(diǎn),從簡(jiǎn)單的物理概念遷移類(lèi)比到復(fù)雜、抽象的物理概念。

2 優(yōu)化對(duì)物理概念的理解,提升學(xué)生的科學(xué)思維能力

對(duì)物理概念的正確理解是學(xué)好物理學(xué)的基礎(chǔ)。學(xué)生初步建立了物理概念,這只是從正面對(duì)概念有了初步認(rèn)識(shí),要想比較深刻地理解概念,還需要對(duì)物理概念的內(nèi)涵與外延、演變與發(fā)展進(jìn)行較為深入的剖析,從橫向、縱向不同側(cè)面認(rèn)識(shí)和理解概念。

2.1 理解概念的內(nèi)涵與外延

所有的物理概念都有它明確的內(nèi)涵與外延。物理概念的內(nèi)涵是指物理概念所反映的事物的本質(zhì)屬性,通常需要用下定義的方法來(lái)表述;而物理概念的外延是指物理概念所適用的范圍和應(yīng)用的條件。物理概念的內(nèi)涵決定了物理概念外延的大小,內(nèi)涵越小,外延越大。由于用數(shù)學(xué)語(yǔ)言定義的物理概念更嚴(yán)密、更精確、更概括，所以對(duì)于物理概念的內(nèi)涵,除了用文字把概念所反映的本質(zhì)特征定性地表述出來(lái),還要由定性分析上升到定量分析,最終獲得概念的定義式。因此,物理概念教學(xué)中,需要教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理概念定義中的關(guān)鍵詞加以分析,從而理解物理概念的內(nèi)涵與外延。

2.2 理解概念的演變和發(fā)展

物理科學(xué)體系的建立是以物理概念為基礎(chǔ)的,對(duì)物理概念的認(rèn)知由表及里、由簡(jiǎn)到繁、由淺入深,是我們必然要經(jīng)歷的一個(gè)發(fā)展的過(guò)程。

3 優(yōu)化對(duì)物理概念的應(yīng)用,提升學(xué)生的科學(xué)思維能力

物理概念教學(xué)的最終目的是學(xué)生能夠運(yùn)用物理概念來(lái)解決具體問(wèn)題。應(yīng)用物理概念分析和解決實(shí)際問(wèn)題,既是理論指導(dǎo)實(shí)踐的過(guò)程,又是教師獲得反饋信息的過(guò)程,也是學(xué)生對(duì)概念理解、深化、鞏固的過(guò)程,更是提升學(xué)生科學(xué)思維能力的過(guò)程。只有運(yùn)用物理概念去分析和解決實(shí)際問(wèn)題,學(xué)生才能真正掌握概念,體會(huì)科學(xué)思維方法。因此在概念教學(xué)的不同階段,教師應(yīng)設(shè)計(jì)不同的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地理解和應(yīng)用概念。

3.1 設(shè)計(jì)概念辨析類(lèi)問(wèn)題

在概念建構(gòu)過(guò)程中,針對(duì)概念理解上容易出錯(cuò)的地方,設(shè)計(jì)與概念緊密相連的對(duì)比識(shí)記類(lèi)、掩蓋設(shè)誤類(lèi)和應(yīng)用設(shè)誤類(lèi)的思考題,在辨析中加深對(duì)物理概念的理解。例如,在進(jìn)行“加速度”概念的教學(xué)時(shí),可以編制這樣的思考題,來(lái)加深學(xué)生對(duì)加速度的理解。

(1) 小明說(shuō):“復(fù)興號(hào)”CR400系列動(dòng)車(chē)組研制成功并投入運(yùn)營(yíng),其最高速度可達(dá)400km/h,它的加速度一定很大。這一說(shuō)法對(duì)嗎？為什么？

設(shè)計(jì)意圖:使學(xué)生深刻理解并能夠辨析速度與加速度的大小關(guān)系。

(2) 兩輛小車(chē)相比,一輛小車(chē)的速度變化量很大,而加速度卻比較小。這樣的實(shí)例存在嗎？若存在,請(qǐng)舉例說(shuō)明。

測(cè)序結(jié)果提示患兒存在ERCC6基因復(fù)合雜合突變（表 1），Sanger測(cè)序(表 2)：對(duì)父母進(jìn)行同片段序列分析結(jié)果顯示，該患兒分別遺傳了父親及母親的雜合突變，該患兒ERCC6復(fù)合雜合突變中核苷酸 變 化 c.116-1125delTGAGTATTTC、c.780-781insCC； 氨基酸變化：p.Ser372SerfsX30|p.S372SfsX30、p.ProfsX70|p.P260PfsX70； 基因亞區(qū)：EX5；CDS4，屬框移突變，該框移突變導(dǎo)致氨基酸編碼蛋白發(fā)生提前終止，產(chǎn)生截短蛋白，會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)果和功能產(chǎn)生較大影響；該突變?cè)谖墨I(xiàn)中未見(jiàn)報(bào)道；與CS發(fā)病有相關(guān)性。

設(shè)計(jì)意圖:使學(xué)生深刻理解并能夠辨析速度變化量與加速度的大小關(guān)系。

(3) 做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的汽車(chē),后一階段的加速度比前一階段的小,但速度卻比前一階段大。這樣的實(shí)例存在嗎？若存在,請(qǐng)舉例說(shuō)明。

設(shè)計(jì)意圖:使學(xué)生深刻理解加速度的方向與速度大小變化的關(guān)系。

3.2 設(shè)計(jì)概念應(yīng)用類(lèi)問(wèn)題

在概念建構(gòu)之后,教師可以從多角度提供物理概念的變式讓學(xué)生作出判斷,也可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、設(shè)計(jì)階梯式問(wèn)題,在應(yīng)用中加深學(xué)生對(duì)物理概念的理解。

例如,在進(jìn)行“加速度”概念的教學(xué)時(shí),可以編制這樣的思考題,來(lái)加深學(xué)生對(duì)加速度的理解。

(1) 百千米加速指的是0到100km/h加速時(shí)間,是對(duì)汽車(chē)動(dòng)力最直觀的體現(xiàn)。一般1.6L緊湊型轎車(chē)百千米加速時(shí)間約為12秒,2.0T的中型轎車(chē)約為8秒,而超級(jí)跑車(chē)約為3.8秒。試比較三種車(chē)型百千米加速時(shí)的加速度大小,并計(jì)算出三種車(chē)型的加速度大小。

設(shè)計(jì)意圖:使學(xué)生會(huì)運(yùn)用加速度定義式計(jì)算加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度。

(2) 汽車(chē)碰撞試驗(yàn)是綜合評(píng)價(jià)汽車(chē)安全性能的有效方法之一。某次試驗(yàn)中,試驗(yàn)車(chē)以速度v=36km/h正面撞擊固定試驗(yàn)臺(tái),經(jīng)時(shí)間t1=0.10s碰撞結(jié)束,車(chē)速減為零,求此碰撞過(guò)程中汽車(chē)的加速度。

設(shè)計(jì)意圖:使學(xué)生會(huì)運(yùn)用加速度定義式計(jì)算減速運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度,學(xué)會(huì)在進(jìn)行矢量運(yùn)算時(shí)應(yīng)選取正方向。

(3) 若試驗(yàn)車(chē)以水平向東的速度v=36km/h正面撞擊正前方另一速度也是v=36km/h水平向西行駛的汽車(chē),經(jīng)時(shí)間t2=0.16s兩車(chē)速度減小為零，求此碰撞過(guò)程中汽車(chē)的加速度。

拓展:若上述撞擊發(fā)生后,經(jīng)時(shí)間t2=0.16s兩車(chē)以相同的速度v1=18km/h一起向西運(yùn)動(dòng),求此碰撞過(guò)程中汽車(chē)的加速度。

設(shè)計(jì)意圖:使學(xué)生會(huì)在多個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情境中如何合理選擇研究對(duì)象,增強(qiáng)將實(shí)際問(wèn)題中的對(duì)象和過(guò)程轉(zhuǎn)換成物理模型的意識(shí)。

總之,對(duì)于物理概念的教學(xué),要想使學(xué)生“知其所以然”,教師就必須從具體的問(wèn)題情境入手,引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物理模型,在建立概念的基礎(chǔ)上深入理解概念,然后在具體的情境中加以綜合應(yīng)用,即物理概念教學(xué)要從“重知識(shí)”向“重過(guò)程”轉(zhuǎn)變,只有這樣,學(xué)生才能真正理解概念、提升思維能力。