高中生物理概念理解的測(cè)試與問題分析

陸艷

摘要：本文通過了解物理概念的背景，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；構(gòu)造階梯式理解模式，降低物理概念難度；建立理想化物理模型，形象描述物理現(xiàn)象；借助多媒體開展教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)效果；用科學(xué)方法記憶概念，解決物理概念問題五方面論述了高中生物理概念理解的測(cè)試與問題分析.

關(guān)鍵詞：高中生；物理；概念理解；問題

中圖分類號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2023）15-0092-03

物理概念分為物性概念和理性概念兩類.其中物性概念指直接表述物理名詞特性的概念，如：質(zhì)點(diǎn)、電容、電場(chǎng)強(qiáng)度等等.理性概念指除了敘述物理名詞的含義還需要將此物理量與其他物理量構(gòu)建聯(lián)系，如：電勢(shì)、電功等.學(xué)生在定性的同時(shí)需要定量.高中物理被學(xué)生認(rèn)為難以理解的主要原因是學(xué)生對(duì)概念理解不夠透徹，硬性記憶知識(shí)點(diǎn)使學(xué)生“張冠李戴”的現(xiàn)象嚴(yán)重.教師需要改革教學(xué)方法促進(jìn)學(xué)生增強(qiáng)對(duì)物理概念的理解，改變目前狀況.

1 了解物理概念的背景，提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣

學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過程中經(jīng)常出現(xiàn)概念不清的現(xiàn)象，學(xué)習(xí)效果差，主要是因?yàn)閷W(xué)生對(duì)物理學(xué)科學(xué)習(xí)興趣較低.為了改變這一現(xiàn)狀，教師需要在概念講解之前為學(xué)生引入概念的背景故事.促使學(xué)生構(gòu)建物理知識(shí)網(wǎng)，增強(qiáng)物理能力.在了解物理背景故事的同時(shí)，體會(huì)物理學(xué)家在探索物理知識(shí)時(shí)求真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情.

例如，教師在為高中生講解“電與磁”知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容時(shí)，可以先為學(xué)生講解物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)和發(fā)展電與磁的概念背景：1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)了通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)，初步建立起電與磁之間的關(guān)系；1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即磁可以生電；1834年楞次得出楞次定律：引起感應(yīng)電流的磁通量變化受感應(yīng)電流的磁場(chǎng)影響、阻礙，順勢(shì)提出了電動(dòng)勢(shì)方向，生成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電流方向.這些發(fā)現(xiàn)，為后世錄音機(jī)、電話機(jī)等發(fā)明打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ).科學(xué)家針對(duì)電與磁的簡單現(xiàn)象開展深度挖掘的探索精神，也深深打動(dòng)了學(xué)生，學(xué)生通過時(shí)間線了解了電與磁的物理概念背景，對(duì)物理知識(shí)有了更整體的把握，增強(qiáng)了學(xué)生物理學(xué)習(xí)的積極性.

2 構(gòu)造階梯式理解模式，降低物理概念學(xué)習(xí)難度

學(xué)生對(duì)物理概念的理解需要時(shí)間，通過在物理題中的運(yùn)用加深學(xué)生對(duì)物理概念的理解.這要求教師為高中生講解物理知識(shí)時(shí)，先促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念具有表象認(rèn)識(shí)，再促使學(xué)生不斷加深理解，由表及里地認(rèn)識(shí)物理概念.后續(xù)為學(xué)生講述的物理知識(shí)一定以前面的物理知識(shí)為基礎(chǔ)，階梯式地促使學(xué)生增強(qiáng)對(duì)物理概念的理解.

例如，學(xué)生在初次學(xué)習(xí)“加速度”時(shí)，教師需要要求學(xué)生掌握加速度的定義、計(jì)算公式、單位及勻變速直線運(yùn)動(dòng)中物體加速度的計(jì)算方法.當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)了“牛頓第二定律”后，教師需要要求學(xué)生掌握加速度產(chǎn)生的原因，清楚加速度的方向，對(duì)加速度的符號(hào)準(zhǔn)確掌握，且對(duì)加速度的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有一定地了解.當(dāng)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)到“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”后，需要對(duì)“向心加速度”有一定了解，這樣學(xué)生便可以比較全面地掌握高中階段的加速度問題了.通過階梯式學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)物理概念的理解由淺至深，既降低了學(xué)生物理學(xué)習(xí)難度，又促使學(xué)生更加深刻地掌握物理知識(shí)，有利于學(xué)生物理思維的養(yǎng)成.再比如，學(xué)生學(xué)習(xí)“摩擦力”和“慣性定律”內(nèi)容時(shí)，教師可以展示伽利略斜面實(shí)驗(yàn)（如下圖所示）.幫助學(xué)生理解力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，加深對(duì)“牛頓第一定律”知識(shí)點(diǎn)的掌握.這種實(shí)驗(yàn)一方面可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，另一方面可以促使學(xué)生對(duì)力的性質(zhì)具有初步直觀地理解，促使學(xué)生對(duì)摩擦力的定義理解更深刻.教師再通過更換不同坡度的斜面，幫助學(xué)生觀察、區(qū)別實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，了解小球下滑過程受到的動(dòng)能與摩擦力之間的關(guān)系.推論出當(dāng)斜面最終角度歸零，變?yōu)槠矫?，平面絕對(duì)光滑時(shí)，小球會(huì)一直向前勻速直線運(yùn)動(dòng)，這種從表及里、由易到難的形式有利于學(xué)生增強(qiáng)對(duì)物理概念的掌握程度和對(duì)知識(shí)的理解程度.

3 建立理想化物理模型，形象描述物理現(xiàn)象

物理模型的建立有利于學(xué)生直觀地理解物理現(xiàn)象，教師需要抓住物理現(xiàn)象的本質(zhì)特點(diǎn)解決物理問題，構(gòu)建物理模型.理想化物理模型指抓住主要因素，排除次要因素、簡化無關(guān)過程的實(shí)驗(yàn).依據(jù)這一特點(diǎn)，學(xué)生需要將物理概念的形成和應(yīng)用設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)步驟并在課堂活動(dòng)中展現(xiàn)出來.試驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生需要反思實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在生活中的實(shí)例，幫助學(xué)生加深對(duì)概念的理解和記憶.

例如，在學(xué)習(xí)“慣性”知識(shí)點(diǎn)時(shí)，學(xué)生為了準(zhǔn)確掌握慣性現(xiàn)象可以設(shè)置物理實(shí)驗(yàn).將裝有墨水的小燒杯放置在小車上，利用細(xì)線將小車勻速向右拉動(dòng)的過程中忽然加速，杯中的墨水卻向左傾斜撒了出來.學(xué)生通過觀察現(xiàn)象得出物體慣性的方向，在遇到類似題目時(shí)也可以較快地得出結(jié)果.學(xué)生分析具體的原理發(fā)現(xiàn)：小車最初與燒杯和燒杯中的墨水一同以同一速度v0勻速向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車突然加速到v0+v1時(shí)，小車中的墨水依然保持速度v0，墨水相對(duì)于燒杯發(fā)生了向左的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).學(xué)生在觀察時(shí)以燒杯為參照物進(jìn)行觀察，這也是墨水相對(duì)向左運(yùn)動(dòng)的原因.

4 借助多媒體開展教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)效果

傳統(tǒng)的高中物理教學(xué)模式偏重于教師口述，需要學(xué)生的大腦長時(shí)間處在活躍狀態(tài)中.思維能力較弱的學(xué)生無法適應(yīng)課堂節(jié)奏，常常會(huì)遺漏部分物理概念，打擊學(xué)生學(xué)習(xí)物理的自信心.為了改變這一狀況，教師需要利用多媒體的視頻、音頻和圖片功能，輔助學(xué)生理解物理概念.尤其是“微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)”這部分內(nèi)容，內(nèi)容的抽象不利于教師直接講解和學(xué)生理解.需要教師為學(xué)生構(gòu)建微觀模型.促進(jìn)學(xué)生較直觀地加深對(duì)物理知識(shí)的理解.

例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)“物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)”知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師需要利用多媒體幫助學(xué)生構(gòu)建物理模型.尤其是涉及實(shí)驗(yàn)時(shí)，其中α粒子散射實(shí)驗(yàn)的圖示需要教師通過PPT的形式展現(xiàn)給大家觀看.（如下圖所示）幫助學(xué)生理解大多數(shù)粒子穿越原子時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向偏向角很?。?°到3°），但少數(shù)α粒子有較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°而被反彈回來，這就是α粒子的散射現(xiàn)象.如果教師利用視頻或模型構(gòu)建的形式幫助學(xué)生做出動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)圖，那么一定有利于學(xué)生理解物理實(shí)驗(yàn)原理的.得出結(jié)論后，教師可以作進(jìn)一步擴(kuò)展，幫助學(xué)生理解原子定義.根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，可以估計(jì)出原子核的直徑約為10-15 m ～ 10-14 m，原子的直徑約為10-10 m，因此原子核的直徑約為原子直徑的110 000，原子核的體積僅相當(dāng)于原子體積的萬億分之一.

另外，這部分的湯姆孫原子結(jié)構(gòu)模型也作為高中物理的重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)需要被學(xué)生掌握.教師需要為學(xué)生構(gòu)建物理模型，同時(shí)配合文字幫助學(xué)生理解.（如下圖所示）湯姆孫提出的想法是原子是球體，其中帶正電荷的物質(zhì)均勻分布，帶負(fù)電荷的電子嵌入在整個(gè)球體的同心環(huán)中.便得出了下列圖示，這個(gè)模型又被稱為梅子布丁模型.

5 用科學(xué)方法記憶概念，解決物理概念問題

為了促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念體系準(zhǔn)確掌握，教師需要引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)圖網(wǎng)，將各個(gè)概念聯(lián)系起來.這種分類方式也可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，同時(shí)幫助學(xué)生理清思路.如：矢量包括速度、加速度、角速度、角加速度、位移、力矩、壓強(qiáng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量等物理量，標(biāo)量包括電阻、功率、勢(shì)能、引力勢(shì)能、電勢(shì)能等物理量.這種物理量的分類方式可以促進(jìn)學(xué)生掌握地更牢固.

例如，學(xué)生在記憶“標(biāo)量”概念時(shí)，可以通過與“矢量”概念的區(qū)分進(jìn)行記憶.標(biāo)量指有大小沒方向的物理量，但是有大小有方向的物理量不一定是標(biāo)量.標(biāo)量與矢量進(jìn)行區(qū)分，需要通過計(jì)算看是否符合四則運(yùn)算.如：速率、路程、平均速率等均是標(biāo)量.矢量指有大小亦有方向的物理量，在運(yùn)算時(shí)符合平行四邊形法則.如：速度、位移、平均速度等均是矢量.矢量和標(biāo)量是物理概念中較基礎(chǔ)的記憶型知識(shí)點(diǎn)，需要學(xué)生通過對(duì)照準(zhǔn)確區(qū)分、記憶.再例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)“速度”知識(shí)點(diǎn)時(shí)，對(duì)速度的概念如果還停留在初中階段，那么學(xué)生的物理學(xué)習(xí)必然會(huì)舉步維艱，學(xué)生需要將速度與速率進(jìn)行概念的對(duì)照，幫助學(xué)生理解區(qū)分速度與速率的概念.速度屬于矢量，存在方向，數(shù)值前的正負(fù)號(hào)代表相對(duì)于定義的正方向，它的方向與規(guī)定的正方向是否一致.速率屬于標(biāo)量，即沒有方向只有大小的物理量.學(xué)生在學(xué)習(xí)速率的時(shí)候需要掌握速率的計(jì)算方法.

總而言之，學(xué)生只有對(duì)高中物理概念有足夠的積累，才會(huì)在積累中體會(huì)到質(zhì)的改變.學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念的過程中需要一定的發(fā)散思維的培養(yǎng)，有利于夯實(shí)學(xué)生物理基礎(chǔ)，提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力，從而推動(dòng)學(xué)生下一步物理學(xué)習(xí)的順利展開.

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［責(zé)任編輯：李璟］