概括：促進(jìn)物理概念進(jìn)階的有效途徑

柴宏良

摘? 要：概括是思維能力的基礎(chǔ)，是物理概念進(jìn)階的必然過(guò)程，物理學(xué)習(xí)就是學(xué)習(xí)者對(duì)物理概念的不斷概括與遷移。文章以質(zhì)點(diǎn)概念的教學(xué)為例進(jìn)行闡述，通過(guò)問(wèn)題鏈引導(dǎo)學(xué)生的思維活動(dòng)和自主概括，讓學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)從真實(shí)情境到物理問(wèn)題、從問(wèn)題到物理觀點(diǎn)、從觀點(diǎn)到物理概念、從概念到大概念的概念進(jìn)階，形成完善的物理觀念，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維力。

關(guān)鍵詞：概括思維;物理;概念進(jìn)階;質(zhì)點(diǎn)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）10-0005-4

1? ? 概括思維

林崇德先生在《學(xué)習(xí)與發(fā)展——中小學(xué)生心理能力發(fā)展與培養(yǎng)》中寫道，不管智力還是能力，其核心成分是思維，最基本的特征是概括，即概括是智力和能力的首要特點(diǎn)。從教學(xué)實(shí)踐上說(shuō)，學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程就是概括的過(guò)程。沒有概括，學(xué)生就不能掌握知識(shí);沒有概括，就難以形成概念;沒有概括，學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)就無(wú)法形成。所以，概括成為思維研究的重要指標(biāo)，概括水平成為衡量學(xué)生思維發(fā)展的等級(jí)標(biāo)志。學(xué)生從認(rèn)識(shí)具體事物的感知和表象上升到理性思維的階段，主要是通過(guò)抽象概括[1]。

物理學(xué)是高度概括的科學(xué)，物理概念和規(guī)律是對(duì)物質(zhì)世界的高度概括。例如，在萬(wàn)有引力的研究歷程中，從第谷的數(shù)千個(gè)天文觀測(cè)數(shù)據(jù)到開普勒三大行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律是一次概括，再到萬(wàn)有引力定律又是一次更加深刻的概括，反映出認(rèn)識(shí)越深刻，概括越簡(jiǎn)潔，含義越豐富。物理概念（觀念）在一次次的概括中不斷發(fā)展，變得越來(lái)越純粹、越來(lái)越有普遍性。所以，從學(xué)科本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，概括是物理概念進(jìn)階的必然過(guò)程。

2? ? ?概念進(jìn)階

科學(xué)概念是在科學(xué)研究和學(xué)習(xí)的過(guò)程中形成的諸多觀點(diǎn)、模型、概念和規(guī)律的總稱[2]。而科學(xué)大概念是能夠用于解釋和預(yù)測(cè)較大范圍自然界現(xiàn)象的概念，是眾多概念的上位概念，它使諸多下位知識(shí)有了固定點(diǎn)，是諸多知識(shí)形成的一個(gè)存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，從而幫助學(xué)習(xí)者對(duì)自然現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及相關(guān)的小概念建立起理解的框架[3]。通過(guò)物理教學(xué)讓學(xué)生從小概念走向大概念，從大概念走向更上位的物理觀念，實(shí)現(xiàn)概念（觀念）進(jìn)階，有利于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解與應(yīng)用，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

教學(xué)應(yīng)在大概念的引導(dǎo)下提出研究問(wèn)題，學(xué)生基于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)沿著科學(xué)概念發(fā)展的層級(jí)模型[4]深入學(xué)習(xí)物理概念，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從具體到抽象，從經(jīng)驗(yàn)到知識(shí)，通過(guò)不斷的抽象概括逐級(jí)完成概念的進(jìn)階，進(jìn)階模型如圖1所示。從思維層面看，概括過(guò)程就是學(xué)習(xí)過(guò)程。讓學(xué)生學(xué)會(huì)概括就是基于一定的情境探究的前提下，運(yùn)用語(yǔ)言、圖表、表達(dá)式、思維導(dǎo)圖等工具表達(dá)自己的觀點(diǎn)，進(jìn)而形成系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)。這是促進(jìn)學(xué)生思維力提升的重要途徑，也是實(shí)現(xiàn)物理概念和觀念進(jìn)階的必由之路。

然而，筆者在教學(xué)觀察中發(fā)現(xiàn)，有些教師在物理教學(xué)中對(duì)概括思維的培養(yǎng)和運(yùn)用是忽視和欠缺的，表現(xiàn)在：教學(xué)目標(biāo)的研制僅關(guān)注知識(shí)和知識(shí)的運(yùn)用，忽視概念的形成過(guò)程以及大概念的進(jìn)一步建構(gòu);教學(xué)過(guò)程中忽視從具體情境到概念建構(gòu)的抽象概括過(guò)程，用講授代替學(xué)生概括;教學(xué)方法運(yùn)用不當(dāng)，教師對(duì)概括的內(nèi)容和方法指導(dǎo)不到位，教學(xué)時(shí)缺乏有效的問(wèn)題鏈引導(dǎo)，學(xué)生概括的效果不佳。下面以質(zhì)點(diǎn)概念的教學(xué)為例，說(shuō)明概括思維指導(dǎo)下的概念進(jìn)階途徑。

3? ? 教學(xué)策略

“質(zhì)點(diǎn)、參考系”一課的重點(diǎn)是學(xué)習(xí)、掌握質(zhì)點(diǎn)模型，而質(zhì)點(diǎn)模型是建立在理想化方法的基礎(chǔ)上，所以，理想化方法是更上位的學(xué)科大概念，而質(zhì)點(diǎn)是其下位的概念。本課教學(xué)的主要目標(biāo)是通過(guò)質(zhì)點(diǎn)概念的學(xué)習(xí)過(guò)程，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)理想化方法，形成物理研究的建模思想。

3.1? ? 從真實(shí)情境中概括物理問(wèn)題——發(fā)現(xiàn)精確描述物體運(yùn)動(dòng)的困難

探究源于問(wèn)題，讓學(xué)生在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題才能激發(fā)進(jìn)一步探究的欲望。然而，學(xué)生在面對(duì)真實(shí)情境時(shí)往往形成各種問(wèn)題，有的是物理問(wèn)題，有的是非物理問(wèn)題，有的與本課的學(xué)習(xí)相關(guān)，有的則無(wú)關(guān)。教師要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題并概括出有價(jià)值的問(wèn)題。

（1）教學(xué)情境

播放跳馬比賽視頻，各種運(yùn)動(dòng)物體的照片（踢出的足球、飛翔的雄鷹、飛馳的汽車）讓學(xué)生觀察，讓學(xué)生盡可能精確地描述它們的運(yùn)動(dòng)情況。

（2）引導(dǎo)與概括（表1）

（3）教學(xué)述評(píng)

通過(guò)問(wèn)題1讓學(xué)生盡可能精確地表述各個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況，不同學(xué)生有不同的描述，讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)精確描述物體運(yùn)動(dòng)的困難。問(wèn)題2引導(dǎo)學(xué)生尋找困難的原因，由于任何物體都存在形狀和大小，勢(shì)必要求描述物體運(yùn)動(dòng)時(shí)要考慮物體上不同位置的區(qū)別，這是造成運(yùn)動(dòng)描述困難的原因。在問(wèn)題討論之后，讓學(xué)生自主概括觀點(diǎn)：物體的形狀和大小會(huì)造成描述運(yùn)動(dòng)變得困難。由此引出新的問(wèn)題：是否可以把形狀和大小忽略掉呢？

3.2? ? 在問(wèn)題探究中概括物理觀點(diǎn)——發(fā)現(xiàn)可忽略物體的形狀和大小的條件

學(xué)生在問(wèn)題探究時(shí)會(huì)受已有經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的影響，教師要尊重學(xué)生原有的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知水平，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行新概念的建構(gòu)。通過(guò)問(wèn)題探究得到一些現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、圖示和觀點(diǎn)，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、比較、提取有價(jià)值的證據(jù)，通過(guò)歸類、抽象，歸納出有價(jià)值的觀點(diǎn)。這些觀點(diǎn)代表了學(xué)生對(duì)問(wèn)題的初步看法，雖然不夠完善，甚至有的是錯(cuò)誤的，但可以通過(guò)課堂交流、討論、提煉逐步得到完善。

（1）問(wèn)題情境

向?qū)W生展示公交車過(guò)橋的圖片，一輛公交車以10 m/s的速度經(jīng)過(guò)一座橋，已知公交車長(zhǎng)12 m，寬2.5 m，高3 m，橋長(zhǎng)50 m。求出公交車經(jīng)過(guò)橋的時(shí)間？

（2）引導(dǎo)與概括（表2）

（3）教學(xué)述評(píng)

問(wèn)題1用一個(gè)實(shí)際問(wèn)題情境讓學(xué)生嘗試解決問(wèn)題，并要求畫出示意圖，將學(xué)生的思維過(guò)程顯化，從學(xué)生原有的認(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)出發(fā)進(jìn)行概念建構(gòu)。在學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)中，已存在忽略物體部分形狀和大小的經(jīng)驗(yàn)和做法，但要讓他們明白為什么這么做還需要教師進(jìn)一步的引導(dǎo)。問(wèn)題2、3中教師先展示部分學(xué)生（學(xué)生甲和學(xué)生乙）所畫的示意圖（圖2），引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)忽略形狀和大小的意義。然后追問(wèn)：是不是任何情況下都可以忽略公交車的高度和寬度呢？結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生容易得出下列觀點(diǎn)：如果橋比較窄，就要考慮公交車的寬度了;如果公交車要經(jīng)過(guò)限高門，就要考慮高度了。看來(lái)能否忽略要看具體情況和具體問(wèn)題。問(wèn)題4交給學(xué)生分組討論，學(xué)生討論后認(rèn)為：在本問(wèn)題中公交車的長(zhǎng)度不可以忽略，因?yàn)檐嚨拈L(zhǎng)度相對(duì)橋的長(zhǎng)度并不是很小，但如果這輛公交車經(jīng)過(guò)一座很長(zhǎng)的橋，比如長(zhǎng)度為36 km的杭州灣跨海大橋，可以把長(zhǎng)度忽略掉。通過(guò)上述問(wèn)題討論，讓學(xué)生自主概括、提煉形成若干有價(jià)值的觀點(diǎn)。

3.3? ? 從理性分析中概括物理概念——發(fā)現(xiàn)質(zhì)點(diǎn)模型的作用與價(jià)值

從觀點(diǎn)上升到物理概念，還需要進(jìn)一步抽象、概括的過(guò)程。通過(guò)大量的事實(shí)，學(xué)生已形成了在有的問(wèn)題中物體的形狀和大小不重要的觀點(diǎn)，既然形狀和大小不重要，是否可以用一個(gè)點(diǎn)來(lái)代替物體呢？用一個(gè)點(diǎn)代替物體還能保留物體原有的一些本質(zhì)特征嗎？對(duì)問(wèn)題解決會(huì)產(chǎn)生什么作用呢？對(duì)這些問(wèn)題需要進(jìn)一步通過(guò)理性分析進(jìn)行抽象、概括、遷移。

（1）教學(xué)情境

馬拉松運(yùn)動(dòng)、太陽(yáng)系中的行星模型、水分子模型的圖片。

（2）引導(dǎo)與概括（表3）

（3）教學(xué)述評(píng)

問(wèn)題1引導(dǎo)學(xué)生在形狀和大小不重要時(shí)可將公交車看成一個(gè)點(diǎn)，但這個(gè)點(diǎn)是用來(lái)代替物體的，只是忽略了形狀和大小，不能改變物體的屬性。學(xué)生理解了這一點(diǎn)，自然就容易理解質(zhì)點(diǎn)不是一個(gè)幾何點(diǎn)，而是一個(gè)物質(zhì)點(diǎn)，它應(yīng)該保留物體的本質(zhì)特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包括質(zhì)量、位置、軌跡、速度等。通過(guò)問(wèn)題2、3、4讓學(xué)生分析馬拉松運(yùn)動(dòng)員、地球、水分子等物體是否能看成質(zhì)點(diǎn)，把初步形成的質(zhì)點(diǎn)概念遷移到其他物體。目的是讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到能否看成質(zhì)點(diǎn)不是由物體本身的大小決定的，而是和所研究的問(wèn)題有關(guān)，形成具體問(wèn)題具體分析的科學(xué)態(tài)度。通過(guò)概括和遷移，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)無(wú)論是宏觀、微觀還是宇觀狀態(tài)，質(zhì)點(diǎn)概念都是適用的，判斷能否看成質(zhì)點(diǎn)的條件都是一致的。

3.4? ? 從概念比較中概括物理大概念（觀念）——發(fā)現(xiàn)理想模型的科學(xué)意義

大概念的形成需要學(xué)生在學(xué)習(xí)了一系列同類概念（系統(tǒng)）的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)比、整合找出共同特征，并進(jìn)一步進(jìn)行抽象概括，同時(shí)能通過(guò)大概念指導(dǎo)對(duì)相關(guān)概念的理解。理想化方法是質(zhì)點(diǎn)概念上位的大概念，教學(xué)中可在整合質(zhì)點(diǎn)和相關(guān)的同類概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行概括，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念的進(jìn)一步進(jìn)階。

（1）概念情境

質(zhì)點(diǎn)、勻速直線運(yùn)動(dòng)、光滑水平面、輕彈簧、輕桿等。

（2）引導(dǎo)與概括（表4）

（3）教學(xué)述評(píng)

問(wèn)題1引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)質(zhì)點(diǎn)背后的思想方法，忽略問(wèn)題研究中的次要因素——大小和形狀，突出了主要因素——運(yùn)動(dòng)位置、軌跡、速度等，利用這種方法可讓運(yùn)動(dòng)的描述變得更加簡(jiǎn)單。問(wèn)題2引導(dǎo)學(xué)生列舉曾經(jīng)學(xué)過(guò)的一些利用類似方法的物理概念，如：“光滑水平面”忽略了表面的微小不平整和摩擦，“勻速直線運(yùn)動(dòng)”忽略了速度的微小變化，“輕彈簧”忽略了彈簧本身的重力等。這些物理概念和質(zhì)點(diǎn)一樣，忽略了次要因素使問(wèn)題的研究變得簡(jiǎn)潔。通過(guò)舉例說(shuō)明使學(xué)生找到這些概念共同的魂——理想化方法。問(wèn)題3引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)理想化方法在物理學(xué)研究中的意義，用形象的類比漁網(wǎng)的作用幫助學(xué)生理解。最后由學(xué)生概括什么是理想模型和它的科學(xué)意義，畫出基于理想化方法建立的理想模型思維導(dǎo)圖（圖3）。

3.5? ? 從學(xué)習(xí)過(guò)程中概括物理知識(shí)結(jié)構(gòu)——形成完善的概念體系

完成質(zhì)點(diǎn)概念的學(xué)習(xí)過(guò)程后，在課堂小結(jié)或課后習(xí)題中安排學(xué)生按照自己的理解概括概念結(jié)構(gòu)，用思維導(dǎo)圖或概念圖的形式呈現(xiàn)，將學(xué)生的思維過(guò)程和概念理解可視化。一方面，可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的掌握情況，做到查漏補(bǔ)缺。另一方面，可以讓學(xué)生通過(guò)概括進(jìn)一步系統(tǒng)鞏固所學(xué)的知識(shí)，形成完善的概念體系。

4? ? 結(jié)? 語(yǔ)

學(xué)習(xí)的過(guò)程就是思維活動(dòng)的過(guò)程，而概括思維是最基本的思維過(guò)程。通過(guò)概括，可以讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)從情境到問(wèn)題、問(wèn)題到觀點(diǎn)、觀點(diǎn)到概念、概念到大概念的概念進(jìn)階，形成完善的物理觀念。同時(shí)，通過(guò)概括，使學(xué)生將既有知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行對(duì)比、分析、綜合和遷移，達(dá)到知識(shí)情境化、結(jié)構(gòu)化、條件化的目的，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí);通過(guò)概括，可檢驗(yàn)學(xué)生的課堂專注度、理解力以及對(duì)新認(rèn)知結(jié)構(gòu)的生成度，使思維可視化從而發(fā)現(xiàn)思維中的疑點(diǎn)，幫助學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維力?；诟爬ㄋ季S的概念進(jìn)階教學(xué)，對(duì)教師的教學(xué)素養(yǎng)提出如下要求：一是教師要有完善的概念結(jié)構(gòu)模型，二是教師要有較強(qiáng)的思維引導(dǎo)能力，三是教師要了解學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)和思維能力水平。

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（欄目編輯? ? 趙保鋼）