概念學(xué)習(xí)與規(guī)律探究整合教學(xué)設(shè)計(jì)

李海暢 楊勇誠(chéng)

［摘 要］部分物理教師認(rèn)為，學(xué)生只有建立了清晰的物理概念，才能進(jìn)行有效的物理規(guī)律探究。但是，人對(duì)自然界事物、現(xiàn)象的概念形成都源于對(duì)自然規(guī)律的探究，也就是說物理概念的建立寓于物理規(guī)律的探究過程之中。文章將對(duì)“機(jī)械功”概念的學(xué)習(xí)與對(duì)“功的原理”的探究整合起來組織教學(xué)，旨在讓學(xué)生在探究活動(dòng)中形成生動(dòng)、完整的“功”的概念，達(dá)到一舉兩得、事半功倍的教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］概念學(xué)習(xí)；規(guī)律探究；機(jī)械功；功的原理

［中圖分類號(hào)］ ? ?G633.7 ? ? ? ?［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號(hào)］ ? ?1674-6058（2022）20-0029-04

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提倡在教學(xué)過程中注重科學(xué)探究，突出問題導(dǎo)向；強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生不斷探索；重視培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的實(shí)踐本領(lǐng)和科學(xué)思維能力，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》倡導(dǎo)教學(xué)方式多樣化，鼓勵(lì)教師在教學(xué)實(shí)踐中靈活選用教學(xué)方式。因此，物理教師要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對(duì)象及教學(xué)資源等實(shí)際情況，設(shè)計(jì)符合課程理念的教學(xué)活動(dòng)，帶領(lǐng)學(xué)生在真實(shí)問題情境中探究物理規(guī)律，在揭示物理規(guī)律的同時(shí)形成生動(dòng)的物理概念。

一、 存在的問題與破解思路

部分物理教師認(rèn)為，學(xué)生只有建立了物理概念之后，才能夠進(jìn)行有效的物理規(guī)律探究。這種片面的認(rèn)識(shí)導(dǎo)致教師在沒有充分鋪墊的前提下，直接給出物理概念，試圖通過對(duì)文字的解釋來幫助學(xué)生形成物理概念，再用刷題的方式幫助學(xué)生鞏固概念。但是，這種行為，從人對(duì)自然認(rèn)知規(guī)律的角度而言無疑是本末倒置的。僅僅通過文字的鋪陳和咬文嚼字式的解讀，很難讓學(xué)生真正將物理概念內(nèi)化為物理模型，而且填鴨式教學(xué)也會(huì)導(dǎo)致課堂學(xué)習(xí)變得枯燥乏味，催生學(xué)生的厭學(xué)情緒和畏難心理。加上學(xué)生在尚未形成生動(dòng)、完整的物理概念的情況下刷題，反而會(huì)固化思維。因此，不符合學(xué)科特征和學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)，既不能幫助學(xué)生掌握科學(xué)探究方法和科學(xué)思維方式，又不能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)態(tài)度的形成，更不能培育學(xué)生正確的物理觀念。

不管教師用什么方式方法進(jìn)行概念教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)都必須經(jīng)歷四個(gè)環(huán)節(jié)，即反芻經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)探究、思辨明理和實(shí)際應(yīng)用（見圖1），將物理概念的建立寓于物理規(guī)律的探究過程之中，兩者是一個(gè)不能分割的整體。

（一）反芻經(jīng)驗(yàn)，摸清學(xué)習(xí)基礎(chǔ)

教師首先要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，幫助學(xué)生反芻經(jīng)驗(yàn)。我們常說教學(xué)需要以問題為導(dǎo)向，那么問題從哪里來？不是教師硬塞給學(xué)生的，而是學(xué)生在司空見慣的生活現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)的，這樣的問題才能激發(fā)學(xué)生探究的欲望，集聚學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的過程也是教師了解學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備和前概念等情況的過程。對(duì)于學(xué)生頭腦里正確的前概念，教師就要在學(xué)生探究過程中不斷強(qiáng)化，不斷豐富充實(shí)。如果發(fā)現(xiàn)學(xué)生的前概念是模糊的，甚至是錯(cuò)誤的，教師就應(yīng)通過探究活動(dòng)，引發(fā)學(xué)生的思維沖突，通過不斷矯治、不斷修正，幫助學(xué)生形成正確的物理概念。所謂的“以學(xué)定教”，絕對(duì)不是學(xué)生學(xué)習(xí)前發(fā)一份試卷讓他們做一做那么簡(jiǎn)單，基于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的教學(xué)才是真正的“順學(xué)而教”。

（二）實(shí)驗(yàn)探究，建立概念“粗坯”

科學(xué)探究不能局限于教材上那幾個(gè)“萬事俱備只欠東風(fēng)”的實(shí)驗(yàn)，這些已經(jīng)設(shè)計(jì)好了的實(shí)驗(yàn)無非是教師規(guī)范學(xué)生開展探究的示范性案例。要幫助學(xué)生建立正確、生動(dòng)的物理概念，需要學(xué)生參與在真實(shí)情境中對(duì)物理真問題進(jìn)行探究的活動(dòng)，也就是說學(xué)生的探究活動(dòng)不能過度預(yù)設(shè)，沒有“山重水復(fù)”的經(jīng)歷，就沒有“豁然開朗”的體驗(yàn)。要幫助學(xué)生在“真”探究過程中形成生動(dòng)的物理模型，作為思維的基點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)的生長(zhǎng)點(diǎn)、概念形成的立足點(diǎn)，該模型被我們稱為物理概念的“粗坯”。

（三）思辨明理，形成完整概念

從“實(shí)驗(yàn)事實(shí)”到“科學(xué)真相”的“最后一里路”就是思辨，這個(gè)過程不僅是實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象、采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)椤白C據(jù)”的過程，還是物理概念形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，更是物理模型被學(xué)生大腦中固有的“圖識(shí)”同化建立新的心智模式的過程。但是，教材中提供的探究案例，由于過度的預(yù)設(shè)，將實(shí)驗(yàn)事實(shí)與科學(xué)真相劃上“等號(hào)”，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)探究缺少學(xué)生的思辨活動(dòng)，淡化了學(xué)科特征，淪為課程常識(shí)教學(xué)。

（四）實(shí)際應(yīng)用，立體內(nèi)化概念

運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題，不僅能強(qiáng)化物理概念，而且是一個(gè)發(fā)展學(xué)生關(guān)鍵能力、提升學(xué)生必備品格不可缺少的過程。但是，解題不能替代學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)，更不能替代物理概念的教學(xué)過程。把物理概念的建立寄托在大量的解題訓(xùn)練上，是不利于提升學(xué)生思維品質(zhì)的。一切物理概念的形成都應(yīng)是源于解決生活中的實(shí)際問題，概念學(xué)習(xí)應(yīng)融于規(guī)律的探究之中，也就是只有將概念的抽象與現(xiàn)象的具象緊密結(jié)合，學(xué)生才會(huì)獲得豐滿而又立體的物理概念。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)與案例分享

教師在教學(xué)時(shí)應(yīng)將“機(jī)械功”概念的學(xué)習(xí)與“功的原理”的探究整合起來，讓學(xué)生在問題的引導(dǎo)下，在探究“功的原理”的過程中建立“功”的基本概念。

（一）開門見山，提出問題

學(xué)生學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單機(jī)械后都有了一定的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，即省力杠桿費(fèi)距離，費(fèi)力杠桿省距離?；喗M提升重物能省力，但繩子自由端通過的距離比物體抬升的高度要大。教師順勢(shì)向?qū)W生提出問題：力與在力的方向上通過的距離是否存在著一定的數(shù)量關(guān)系呢？這個(gè)問題源于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，教材上也沒有預(yù)設(shè)，因此對(duì)學(xué)生而言具有一定的挑戰(zhàn)性。

（二）回顧遷思，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

探究力與在力的方向上通過的距離的數(shù)量關(guān)系，最核心的操作就是改變作用在機(jī)械上的力的大小，測(cè)出在力的方向上通過的距離。如何改變力的大?。繉W(xué)生憑經(jīng)驗(yàn)知道有兩種方式：一是改變提升重物的重力；二是改變作用在杠桿上力的位置（改變力臂）或者改變動(dòng)滑輪數(shù)量。這兩種方式哪個(gè)比較合理？學(xué)生討論后認(rèn)為第二種方式比較合理，原因是實(shí)驗(yàn)需要控制變量。

教師順勢(shì)再提出問題：控制哪些變量？如何控制？學(xué)生想到的是：使用同一根杠桿或同一組滑輪、控制重力大小不變、提升重物的高度保持一致、重物在杠桿上的懸掛點(diǎn)不變等。教師需要提醒學(xué)生思考：如何控制測(cè)力計(jì)的重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響？為此，應(yīng)盡可能地在豎直方向上拉動(dòng)機(jī)械。

通過問題導(dǎo)向，幫助學(xué)生邊反芻經(jīng)驗(yàn)邊完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

（三）實(shí)驗(yàn)探究，啟思明理

圖2、圖3分別為利用杠桿和滑輪組提升重物的裝置。如果課堂教學(xué)時(shí)間有限，可以讓學(xué)生選擇其中一個(gè)裝置開展探究活動(dòng)，也可以抽簽決定用哪個(gè)裝置進(jìn)行探究。

以圖2實(shí)驗(yàn)為例，學(xué)生在測(cè)力計(jì)校零后，分別在杠桿1，2，3三個(gè)點(diǎn)位上通過測(cè)力計(jì)豎直、勻速提拉杠桿，每次讓3牛重的物體抬升10厘米，測(cè)出點(diǎn)位相應(yīng)提升的高度[s]，同時(shí)測(cè)出拉力[F]的大小，一并記錄在表1中（表中數(shù)據(jù)為某一小組的實(shí)測(cè)記錄）。教師引導(dǎo)學(xué)生分析，在不同點(diǎn)位上完成同一項(xiàng)工作，即提升同一個(gè)重物到同一個(gè)高度，使用的力的大小不同，在力的方向上通過的距離也不同，但是力與在力的方向上通過的距離的乘積是相等的，這時(shí)“功”概念的“粗坯”開始形成。為了突顯探究結(jié)果的可靠性，教師收集不同小組的測(cè)量數(shù)據(jù)，最后發(fā)現(xiàn)結(jié)果是完全一致的。

用同樣的方法，針對(duì)選用滑輪組（圖3）探究的小組收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出“使用不同數(shù)量的動(dòng)滑輪提升同一個(gè)重物到同一個(gè)高度，使用的力的大小不同，在力的方向上通過的距離也不同，但是其乘積是不變的”的結(jié)論。通過組間數(shù)據(jù)比對(duì)，學(xué)生在頭腦中不斷地加深“[F?s]”的印象，豐富“功”概念的“粗坯”符號(hào)，逐步形成物理模型。

再將使用杠桿和使用滑輪組探究的實(shí)驗(yàn)合起來觀察，發(fā)現(xiàn)用不同的簡(jiǎn)單機(jī)械做同一項(xiàng)工作，力與在力的方向上通過的距離的乘積都是相等的，進(jìn)一步強(qiáng)化“功”的概念。就在學(xué)生的思維發(fā)展處于“水到渠成”的關(guān)鍵時(shí)刻，教師拋出“功”的概念：物理學(xué)上，把力與在力的方向上通過的距離的乘積稱為“功”，功是一個(gè)重要的物理量。接下來再介紹功的計(jì)算公式和功的單位。[F?s]的物理意義就是人對(duì)機(jī)械做的“功”，也就是說：用不同機(jī)械做同一項(xiàng)工作，人對(duì)機(jī)械做的功是相等的。這時(shí)，功的原理“粗坯”在功的概念基礎(chǔ)上逐漸形成。

學(xué)生通過探究、思辨，自然體會(huì)到功不是一個(gè)教師硬塞給他們的物理概念，而是基于物理事實(shí)的發(fā)現(xiàn)。學(xué)生頭腦中一個(gè)抽象的概念與具體的物理事實(shí)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，使得生動(dòng)的物理模型轉(zhuǎn)化為深刻的心智圖識(shí)。

（四）由此及彼，窮幽極微

教師要求學(xué)生進(jìn)一步觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，看看還能發(fā)現(xiàn)什么。學(xué)生通過交流，發(fā)現(xiàn)力與在力的方向上通過的距離的乘積（[F?s]）等于物體重力與物體提升的高度的乘積（[G?h]）。由此教師再提出問題：如何驗(yàn)證這個(gè)發(fā)現(xiàn)的可靠性？讓學(xué)生繼續(xù)設(shè)計(jì)探究方案。

新問題是在學(xué)生探究過程中自然形成的，而且是一個(gè)真實(shí)的問題，這就能充分激發(fā)學(xué)生的探究欲望，使學(xué)生開啟深度學(xué)習(xí)“模式”。要進(jìn)一步探究這個(gè)問題，那么物體的重力和提升的高度也就成了變量，學(xué)生既要測(cè)拉力和在拉力的方向上通過的距離，又要測(cè)出物體的重力和物體提升的高度。這時(shí)，變量的增多使得探究活動(dòng)進(jìn)階，探究活動(dòng)變得更加開放。學(xué)生利用杠桿或滑輪組進(jìn)行自主探究，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表2中。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了[F?s=G?h]。

重力與物體提升的高度的乘積具有什么物理意義呢？通過師生討論，歸納出[G?h]就是人不通過機(jī)械直接對(duì)物體做的功。也就是說，使用機(jī)械可以省力，也可以省距離，但是不能省功?！叭送ㄟ^機(jī)械對(duì)物體做的功等于人直接對(duì)物體做的功。”功的原理在抽絲剝繭中呈現(xiàn)出來。在這樣的教學(xué)過程中，學(xué)生對(duì)功的概念理解更加自如、更加豐滿。

作為探究活動(dòng)，到此已經(jīng)完成，但是要強(qiáng)化學(xué)生對(duì)功的概念和功的原理的理解，還需要在課堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用。

三、教后反思和認(rèn)識(shí)提升

在真實(shí)情景中對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行探究，在探究活動(dòng)中體驗(yàn)物理過程、觀察物理現(xiàn)象、建立物理概念、解釋物理規(guī)律，不僅是我們認(rèn)識(shí)自然的一般方式，還是我們學(xué)習(xí)物理的主要方式。真情境、實(shí)探究要靠物理教師創(chuàng)造性的勞動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。

（一）物理概念學(xué)習(xí)與規(guī)律探究整合教學(xué)符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)

一是概念的建立是寓于人對(duì)大自然的認(rèn)識(shí)活動(dòng)過程之中的，對(duì)大自然的認(rèn)識(shí)過程就是一個(gè)對(duì)未知世界進(jìn)行探究的過程。物理概念也不例外，需要學(xué)生在探究物理規(guī)律的過程中建立起來，在實(shí)踐中豐滿起來。離開了學(xué)生探究活動(dòng)，靠教師的一味灌輸形成的概念，無助于學(xué)生的素養(yǎng)提升和能力提高。

二是初中生處于形象思維向抽象思維發(fā)展的關(guān)鍵階段，雖然他們具備了一定的邏輯推理能力和抽象地表達(dá)事物本質(zhì)特征的能力，但是他們的抽象思維在很大程度上還屬于“經(jīng)驗(yàn)型”，即在他們的抽象思維中具體形象的成分仍然起著重要的作用。因此，對(duì)物理概念的理解和內(nèi)化，僅靠文字、符號(hào)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要活生生的情境、鐵錚錚的事實(shí)作為觸發(fā)思維進(jìn)階的基礎(chǔ)，需要生動(dòng)形象的物理模型為概念的形成鋪陳，一句話，概念的形成不是一蹴而就的。

三是初中生還不能在觀察中注意到事物的細(xì)微處，不能長(zhǎng)時(shí)間地專注于一件事物，但是物理概念的學(xué)習(xí)需要學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)去偽存真、由表及里、由此及彼的內(nèi)化過程，需要學(xué)生聚神和專注，而富有挑戰(zhàn)性的探究活動(dòng)，正好能幫助學(xué)生克服年齡特征對(duì)學(xué)習(xí)的負(fù)影響，使學(xué)生從學(xué)習(xí)中獲得成就感，更好地促進(jìn)學(xué)生深刻思維和深度學(xué)習(xí)。

（二）物理概念學(xué)習(xí)與規(guī)律探究整合教學(xué)符合物理學(xué)科特征

物理實(shí)驗(yàn)既是研究物理、學(xué)習(xí)物理的手段，也是物理學(xué)的一個(gè)重要組成部分，將物理概念的學(xué)習(xí)與物理規(guī)律的探究整合起來組織課堂教學(xué)，就是將動(dòng)手操作與思辨明理統(tǒng)合，強(qiáng)化了物理實(shí)驗(yàn)的重要性。近年來，初中物理課堂中低思維含量的重復(fù)性、體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)比比皆是，在真實(shí)情景中對(duì)真實(shí)問題進(jìn)行探究的實(shí)驗(yàn)較少，即便有探究，也常局限于教材上僅有的幾個(gè)預(yù)設(shè)性很強(qiáng)的、作為探究范例的活動(dòng)。這樣的探究?jī)H僅是為了滿足學(xué)生的體驗(yàn)，根本不能當(dāng)作物理學(xué)科教學(xué)內(nèi)容，失去了物理學(xué)科的基本特征，這種課堂樣態(tài)不是我們需要的。我們把物理概念學(xué)習(xí)和物理規(guī)律教學(xué)整合在一個(gè)真探究的活動(dòng)之中，從教與學(xué)的方式尋找突破口，就能從根本上清除物理課程教學(xué)中的“頑瘴痼疾”，讓物理課堂靈動(dòng)起來。上述教學(xué)設(shè)計(jì)在實(shí)際操作中，不論是教師的教，還是學(xué)生的學(xué)，都呈現(xiàn)出積極、活躍的一面，也不會(huì)因?yàn)樘骄款A(yù)設(shè)的減少，而使學(xué)生望而卻步。恰恰相反的是，因?yàn)橛辛颂魬?zhàn)，學(xué)生的參與度更高。

（三）物理概念學(xué)習(xí)與規(guī)律探究整合教學(xué)符合新版課標(biāo)要求

物理概念學(xué)習(xí)與規(guī)律探究整合教學(xué)中，教師基于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，積極創(chuàng)設(shè)問題情境，學(xué)生在問題的引導(dǎo)下開展探究活動(dòng)，在“做中學(xué)、用中學(xué)、研中學(xué)”的活動(dòng)中，發(fā)現(xiàn)知識(shí)、掌握技能、生長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)、發(fā)展創(chuàng)新思維、提升思維品質(zhì)。教師應(yīng)幫助學(xué)生學(xué)會(huì)從經(jīng)驗(yàn)中去認(rèn)識(shí)、發(fā)現(xiàn)事物的共同屬性和事物之間的內(nèi)在聯(lián)系，積極地內(nèi)化知識(shí)，促進(jìn)經(jīng)驗(yàn)常識(shí)轉(zhuǎn)化為物理概念。學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中主動(dòng)運(yùn)用知識(shí)，在運(yùn)用知識(shí)的過程中學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技能，發(fā)展關(guān)鍵能力，提升必備品格。應(yīng)讓學(xué)生感覺到知識(shí)的進(jìn)階、技能的拔節(jié)和經(jīng)驗(yàn)的生長(zhǎng)，體會(huì)到物理學(xué)習(xí)給他們帶來的快樂。

物理概念學(xué)習(xí)與物理規(guī)律探究整合教學(xué)絕對(duì)不是初中物理教學(xué)的創(chuàng)新之舉，而是讓初中物理教學(xué)返璞歸真的實(shí)踐，目的就是讓物理學(xué)習(xí)走進(jìn)學(xué)生的生活，同時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)社會(huì)、走向大自然，充分發(fā)揮物理學(xué)科的育人功能，積極培育學(xué)生的物理觀念、發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)、提升學(xué)生的科學(xué)探究能力，培養(yǎng)有科學(xué)精神和態(tài)度、有社會(huì)責(zé)任的新時(shí)代好公民。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ］

［1］ ?中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)：2022年版［M］. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［2］ ?楊勇誠(chéng).初中物理教學(xué)中提高科學(xué)探究實(shí)效性的五項(xiàng)建議［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2020（9）：1-4.

［3］ ?鄭青岳.如何幫助學(xué)生更深刻地理解“功”［J］. 物理教師， 2019（7）：41-42，46.

（責(zé)任編輯 易志毅）