運(yùn)用思維可視突破初中物理概念的建構(gòu)問(wèn)題

張杰

摘? ?要：物理學(xué)科核心素養(yǎng)的第一條就是物理觀念，要求學(xué)生具備物質(zhì)觀、運(yùn)動(dòng)和相互作用觀以及能量觀，而這些觀念很多都是通過(guò)概念教學(xué)滲透進(jìn)學(xué)生的必備品質(zhì)和關(guān)鍵能力中。借助思維可視手段，以電功率的概念建構(gòu)為例，緊扣課程標(biāo)準(zhǔn)，從核心素養(yǎng)的四個(gè)方面闡述如何突破初中物理的概念建構(gòu)問(wèn)題，從而尋求概念建構(gòu)課的普遍模式。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);思維可視;概念建構(gòu)

1? 從課程標(biāo)準(zhǔn)看概念課

初中物理部分重要概念在課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容描述以及目標(biāo)行為動(dòng)詞的界定[ 1 ]如表1所示。

從表中不難發(fā)現(xiàn)很多概念都處在認(rèn)知性目標(biāo)行為的最高級(jí)——理解層次，要求很高。而其他一些重要概念例如彈力、摩擦力、功、功率、機(jī)械效率雖然屬于認(rèn)知性目標(biāo)行為中的認(rèn)識(shí)或者了解范疇，但是這些概念在高中知識(shí)體系中占據(jù)舉足輕重的作用，起著銜接初高中知識(shí)與思維的重要作用。所以初中物理概念課的重要性不言而喻。突破這些物理概念的抓手無(wú)疑就是兩點(diǎn)：一是為什么要引入新概念，它的意義是什么？二是如何定義新概念，它的表達(dá)式是什么？

2? 以“電功率”的概念建構(gòu)為例

2.1? 引入新概念

電功率的概念屬于二級(jí)概念的范疇，所謂二級(jí)概念指的是跟它的前概念聯(lián)系緊密，是前概念的進(jìn)一步延伸，初中物理課程中的速度、功率、密度、壓強(qiáng)等概念均屬于此范疇。速度因?yàn)榕c生活實(shí)際密切相關(guān)，應(yīng)用廣泛，受前概念路程的影響較小，所以學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)障礙較小;而機(jī)械功率也是可以通過(guò)一些常見(jiàn)機(jī)械進(jìn)行感知，電功率的概念是學(xué)生無(wú)法直接認(rèn)識(shí)的，因此通過(guò)轉(zhuǎn)換的思想認(rèn)識(shí)它的存在以及研究的價(jià)值，是幫助學(xué)生掌握概念的首要前提。它是前概念電功的延伸，因此受電功的影響巨大，因此在引入時(shí)一定要從前概念電功入手，課標(biāo)中也強(qiáng)調(diào)要“結(jié)合實(shí)例”理解電功和電功率，就是讓教師從生活和生產(chǎn)實(shí)例出發(fā)，突破學(xué)生的認(rèn)知障礙，讓學(xué)生真切地感受電流做功和電功率的問(wèn)題。所以教師可以從煎蛋問(wèn)題、燒水問(wèn)題出發(fā)，讓學(xué)生談感受和困惑，很多問(wèn)題例如電流通過(guò)做功將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，導(dǎo)致蛋熟了、水開(kāi)了，這些都跟電功有關(guān)，但是有些例如不同檔位所花的時(shí)間又是不同的，而這個(gè)又是電功無(wú)法解釋的。所以通過(guò)可視化手段[ 2 ]將看不見(jiàn)的現(xiàn)象看得見(jiàn)，看不見(jiàn)的思維顯現(xiàn)化，使關(guān)鍵的物理概念和易錯(cuò)點(diǎn)受到深入分析、參與精細(xì)的聯(lián)想和表象，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的記憶痕跡，并可持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間，降低錯(cuò)誤率;也促使學(xué)生通過(guò)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的路徑發(fā)現(xiàn)思維盲區(qū)和潛意識(shí)里的模糊概念[ 3 ]，引起學(xué)生深度學(xué)習(xí)的注意，真正提高學(xué)生的物理素養(yǎng)，并將這種思維模型遷移運(yùn)用到學(xué)習(xí)和生活中去。

這時(shí)候教師就可以將這種定性的生活實(shí)例或?qū)嶒?yàn)抽象成更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩ㄐ陨踔炼课锢韺?shí)驗(yàn)，借助家庭電路中不同功率燈泡的發(fā)光發(fā)熱情況，配合電能表的示數(shù)讓學(xué)生眼看、手摸、體會(huì)能量的轉(zhuǎn)化。燈泡的溫度越高，電能轉(zhuǎn)化的內(nèi)能越多，電流做功就越多，搭建學(xué)生的能量觀念。另外，相同時(shí)間電流做功不同，這個(gè)現(xiàn)象除了物理量電功，還涉及到物理量時(shí)間，引出不同時(shí)間做相同的功的問(wèn)題，所以，對(duì)于電流做功，除了數(shù)量問(wèn)題，還有快慢問(wèn)題！結(jié)合電表的度數(shù)，相同時(shí)間電流做功越多電表的圈數(shù)越多，說(shuō)明做功越快，順理成章地引入一個(gè)新的定義：電流做功的快慢——電功率，將基于生活經(jīng)驗(yàn)形成的“費(fèi)電省時(shí)”的口頭概念用科學(xué)的思維方式對(duì)所觀察的現(xiàn)象進(jìn)行重新加工完成從日常概念向物理概念的轉(zhuǎn)變。這就是一個(gè)從定性到定量、從感性到理性的認(rèn)知過(guò)程，也是研究很多未知問(wèn)題時(shí)用到的方法。經(jīng)過(guò)深入的論證挖掘，學(xué)生這是有規(guī)律的，并且具有可預(yù)測(cè)性，更是給電流做功的快慢計(jì)算提供一種普適性的方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)。

整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生受到教師的激發(fā)，進(jìn)行發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)[ 3 ]的線索如圖1。

2.2? 定義式的得出

初中階段速度、壓強(qiáng)、功率、密度這些二次概念的定義式都是通過(guò)比值定義法消除掉時(shí)間、面積、體積等物理量對(duì)路程、壓力、功、質(zhì)量的累積效果，取得單位時(shí)間、單位面積、單位體積上的數(shù)值，進(jìn)行一個(gè)單位的物理量比對(duì);所以從物理性質(zhì)上看，這些定義式只能用來(lái)計(jì)算，被累積量和累積量并不能決定此物理量的大小。從電功率的定義不難看出，它就是表示電流做功的快慢，因此也可以運(yùn)用比值法，求電功與時(shí)間之比，消除掉時(shí)間的累積影響，歸納總結(jié)，然后演繹出電功率的定義式，充分培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的內(nèi)化遷移能力[ 4 ]。

思維可視圖解如圖2。

2.3? 概念的理解及升華

生活中用電器的待機(jī)現(xiàn)象一直是被人們忽視的能源浪費(fèi)問(wèn)題，學(xué)完了電功率的概念和公式，可以通過(guò)計(jì)算求得浪費(fèi)的電能，回歸社會(huì)，引發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)和擔(dān)當(dāng)。 假如家里的用電器每天的待機(jī)時(shí)間是20 h，待機(jī)功率如表2所示。

可以計(jì)算得出一天的耗電量

W=Pt=（0.66 W+1.05 W+0.6 W+0.6 W+1.2 W）×3600 s×20=295920 J=0.0822 kw·h

那么一年的耗電量大約為30 kw·h，而日常用電器遠(yuǎn)不止這些，試想全國(guó)浪費(fèi)的電量又有多少呢？通過(guò)這種切實(shí)的計(jì)算，學(xué)生能夠更深刻的感受能源浪費(fèi)的可怕，進(jìn)而呼吁隨手拔掉電器的插頭，節(jié)能減排，低碳生活。

3? 從核心素養(yǎng)的幾個(gè)方面談電功率的概念建構(gòu)

首先從物理觀念上看，電功率主要涉及到能量觀問(wèn)題，引導(dǎo)孩子從能量轉(zhuǎn)換的角度去看待電流做功、電功率這個(gè)概念，培養(yǎng)科學(xué)精神。

從科學(xué)思維上看主要涉及模型建構(gòu)問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)引出前概念電功，發(fā)揮前概念的關(guān)聯(lián)降階作用，并且將新概念與前概念加以對(duì)比區(qū)分，電功表示電流做功的多少問(wèn)題，而電功率則表示電流做功的快慢問(wèn)題，是兩個(gè)不同的概念范疇，加深概念的理解;運(yùn)用類(lèi)比法，通過(guò)對(duì)速度、密度、壓強(qiáng)、機(jī)械功率的歸納，總結(jié)出比值定義法，類(lèi)比發(fā)現(xiàn)電功率的問(wèn)題也屬于此類(lèi)問(wèn)題，因此可以得到電功率的計(jì)算式，充分發(fā)揮學(xué)科方法的關(guān)聯(lián)滲透作用。

從科學(xué)探究上看踐行了課程標(biāo)準(zhǔn)的理念：從生活走向物理，先從生活入手引出問(wèn)題，然后設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)論證歸納得出引入新概念的必要性，即電功率的意義。

最終落實(shí)到科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任問(wèn)題，即從物理走向社會(huì)，增強(qiáng)學(xué)生的節(jié)電節(jié)能以及環(huán)保意識(shí)！理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境（STSE）四者的關(guān)系，真正讓核心素養(yǎng)在課堂上落地開(kāi)花！

初中物理概念的建構(gòu)過(guò)程是切實(shí)提高學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是真正落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)的必要步驟，在幫助學(xué)生建立完整的知識(shí)體系、引發(fā)學(xué)生物理的學(xué)習(xí)興趣中起著舉足輕重的作用，并且能夠引導(dǎo)學(xué)生將物理思維品質(zhì)貫徹到終身學(xué)習(xí)以及自主發(fā)展中，做適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的有更高追求的人。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王甦，汪安圣.認(rèn)知心理學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，1992（2006.8重排）.

[2] 陳宗成.思維地圖與初中物理概念生成的可視化表征[J].中學(xué)物理教與學(xué)，2015（3）.

[3] 施良方.學(xué)習(xí)論 [M].北京：人民教育出版社，2001.

[4] 陳宗成.初中物理概念建構(gòu)思維可視化策略-以浮力概念的建構(gòu)為例[J].教學(xué)與管理，2019（11）.