面向意義生成的物理概念學(xué)習(xí)

龔慧莉　李太華

摘? ? 要：物理概念的學(xué)習(xí)不能限于公式的數(shù)學(xué)表述、定義的簡單記憶及其在問題解決中的生搬硬套，而是要在“物理本質(zhì)”“先決條件”“情境解釋”三個維度上生成物理意義，從而實現(xiàn)學(xué)生對概念的深度理解。為了探索中學(xué)生生成物理意義的情況，以“浮力”概念為例，基于三維結(jié)構(gòu)模型編制測試問卷，對八年級學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果顯示，學(xué)生對“浮力”概念的物理意義生成情況尚不理想，在“先決條件”維度上的生成相對較好，其次是“物理本質(zhì)”維度，而“情境解釋”維度最不理想。

關(guān)鍵詞：物理概念；物理意義；浮力

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）6-0026-5

中學(xué)生在物理概念的學(xué)習(xí)過程中，會出現(xiàn)以下現(xiàn)象：通過比值定義法得到密度計算公式后，錯誤地認(rèn)為密度與物體質(zhì)量和體積之間存在著正、反比關(guān)系；能流利地背出阿基米德原理，但會混淆“物體體積”“物體浸在液體中的體積”“排開液體的體積”三者之間的關(guān)系；在問題解決中，不能準(zhǔn)確地從所學(xué)知識中檢索到對應(yīng)的概念或規(guī)律。這些問題均體現(xiàn)一個共同的實質(zhì)，即未生成物理概念的物理意義。

一般來說，物理概念的物理意義是指這個物理概念的全部內(nèi)涵、外延及其反變關(guān)系［１］。物理意義可以從物理概念和規(guī)律的定義、性質(zhì)、作用、功能中進(jìn)行提煉，也與物理現(xiàn)象、物理狀態(tài)、物理過程及其相互關(guān)系有關(guān)［２］。由此可見，物理意義具有豐富的內(nèi)涵，其實質(zhì)就是在回答三個主要的問題：物理概念、規(guī)律的本質(zhì)是什么？存在的前提條件以及適用范圍是什么？物理概念、規(guī)律能用來解釋哪些相關(guān)物理現(xiàn)象、物理過程？分別對應(yīng)了物理意義具有“物理本質(zhì)”“先決條件”“情境解釋”三個維度結(jié)構(gòu)。物理意義在物理概念學(xué)習(xí)中有著重要作用，因此，以物理意義內(nèi)涵的三維結(jié)構(gòu)為理論基礎(chǔ)，采用自制問卷，調(diào)查中學(xué)生目前對“浮力”概念的物理意義生成情況，并進(jìn)行分析。

1? ? 研究設(shè)計

1．１? ? 問卷內(nèi)容及分析

問卷所采用的試題來源于練習(xí)題或以練習(xí)題為基礎(chǔ)的改編題。問卷中的三道測試題以物理意義的內(nèi)涵結(jié)構(gòu)為理論基礎(chǔ)，分別考查學(xué)生“浮力”概念的“物理本質(zhì)”“先決條件”“情境解釋”三個維度的具體表現(xiàn)。

第一題：關(guān)于浮力的說法，正確的是（? ? ? ）

Ａ．浸在水中的物體，物體體積越大，受到的浮力也越大

Ｂ．比水密度大的橡皮泥捏成瓢狀放在水面能漂浮，說明改變物體形狀可以增大浮力

Ｃ．物體在液體中的浮沉狀態(tài)與自身的密度有關(guān)

Ｄ．物體所受浮力的大小與自身的密度、重力有關(guān)

該題考查學(xué)生對“浮力”概念的“本質(zhì)理解”。選項涉及多個易混淆的知識辨析，浮力的大小究竟是與“物體體積”還是“浸入液體中的物體體積”有關(guān)？產(chǎn)生不同“浮沉狀態(tài)”的原因是什么？浮力大小到底是與“自身密度”還是“液體密度”有關(guān)？浮力大小與物體自身重力又是否有必然聯(lián)系？由此看來，想要得到正確答案，學(xué)生必須深入理解“浮力”概念的本質(zhì)，若只是靠機(jī)械記憶做題，在處處都是陷阱的題目設(shè)計下就很容易暴露自己的知識短板。

第二題：（１）如圖１所示，甲、乙是能自由移動的物體，丙、丁是容器自身凸起的一部分?，F(xiàn)往容器里注入一些水，則下列說法中錯誤的是（? ?）

Ａ．甲物體一定受浮力的作用

Ｂ．乙物體一定受浮力的作用

Ｃ．丙物體一定不受浮力的作用

Ｄ．丁物體一定不受浮力的作用

（２）請說明選擇原因

該題考查浮力產(chǎn)生的條件。“浮力”的產(chǎn)生是物體受到了壓力差，即由于物體上下表面受到的壓力不同，經(jīng)過力的合成后，得到方向向上的合力，因此物體會上浮。若學(xué)生對知識掌握不深入，則無法對丙和丁物體作出正確的解釋。由于丁在水中上下表面距離自由液面的高度不同，上下表面受到水的壓力也就不同，在豎直方向上存在向上的壓力差，也就是浮力。對于丙，雖然跟丁一樣都是容器本身凸起的一部分，但是由于丙下方?jīng)]有與水接觸，下表面就沒有受到水的壓力，但是上表面依舊受到水豎直向下的壓力，所以不受浮力。

第三題： ２０２１年１２月９日，在“天宮課堂”第一課中，航天員王亞平展示了一個“浮力消失實驗”。在中國空間站微重力環(huán)境下，她用吸管把乒乓球輕輕壓入水中，取出吸管后，觀察到乒乓球懸停在水中，如圖２甲所示。在中國科技館的同學(xué)們做同樣的實驗，用吸管把乒乓球壓入水中，取出吸管后，乒乓球會迅速上浮直至漂浮，如圖２乙所示。請你結(jié)合所學(xué)物理知識，說明為何會出現(xiàn)甲、乙這兩種現(xiàn)象。

該題側(cè)重于考查學(xué)生對“具體物理現(xiàn)象”的解釋。大部分學(xué)生能夠指出圖2甲所示現(xiàn)象的出現(xiàn)與微重力環(huán)境有關(guān)，但是沒能指出浮力的變化以及出現(xiàn)這種變化的原因。在太空中，乒乓球放進(jìn)水里卻不會浮出水面，而是停留在水中，是因為浮力是隨重力產(chǎn)生的，在太空失重的環(huán)境下，液體內(nèi)部壓強(qiáng)處處相等，不再有上下表面壓強(qiáng)差，因此浮力幾乎消失。

1．２? ? 研究對象的選取

本研究采用隨機(jī)抽樣的方法，在某市初級中學(xué)隨機(jī)抽取八年級部分學(xué)生作為調(diào)查對象，共抽?。保矗裁四昙墝W(xué)生，回收有效問卷１４２份。

2? ? 調(diào)查結(jié)果與分析

問卷回收后，將學(xué)生的作答情況進(jìn)行統(tǒng)計與分析。為了對學(xué)生物理意義的生成情況進(jìn)行分析，按照學(xué)生的答案給予相應(yīng)賦分。第一題是選擇題，正確得１分，錯誤得０分；第二題為了避免出現(xiàn)猜對答案的情況，設(shè)計為雙層選擇題，只有當(dāng)選項和解釋同時答對才算正確，得１分，錯誤得０分；第三題為解答題，賦分標(biāo)準(zhǔn)如表１所示。

2．１? ? 數(shù)據(jù)分析

對１４２份問卷進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，第一、二題的正確率和第三題的分?jǐn)?shù)分布情況分別如圖３、圖４、圖５所示。

如圖３所示，第一題回答錯誤的學(xué)生高達(dá)６1％，超過了總?cè)藬?shù)的一半。由此可見，大部分學(xué)生對“浮力”概念的理解留于表面，沒有對其本質(zhì)進(jìn)行深入理解。

如圖４所示，第二題的正確率較高，但回答錯誤的人數(shù)占比４２％，僅比回答正確的人數(shù)占比少了1６％。說明學(xué)生在學(xué)習(xí)“浮力”概念時，對于浮力的產(chǎn)生條件掌握較好，但仍有上升空間。

如圖５所示，第三題得“０分”的人數(shù)占比最高，為３３％；得“４分”和“１分”的人數(shù)占比最少，都為１１％；得“０分”“１分”“２分”的總?cè)藬?shù)占比為６６％，超過了一半的人數(shù)。物理意義的生成是基于理解，從作答情況來看，低于3分的作答還停留于對已知現(xiàn)象的描述和問題線索的羅列中；當(dāng)學(xué)生達(dá)到３分時，才逐漸開始對物理概念有深入的理解。數(shù)據(jù)顯示，有６６％的學(xué)生都沒能達(dá)到３分，也就是說大部分學(xué)生不能利用自己所學(xué)知識去解釋生活中的物理現(xiàn)象，即使能從題干中抓住重要信息，但由于不能靈活運(yùn)用“浮力”的相關(guān)知識，將信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)和整合，所以沒能得到正確答案。

2．２? ? 試題具體作答情況的結(jié)果與分析

根據(jù)回收的問卷，對學(xué)生的錯誤答案進(jìn)行統(tǒng)計與分析。

第一題，所有錯誤選項都有學(xué)生選擇，其中Ａ選項最多，Ｂ選項次之，Ｄ選項最少。選Ａ，說明學(xué)生對知識一知半解，浸在液體中的物體所受到的浮力大小與物體“排開水的體積”有關(guān)，并非是“物體體積”，這是兩個不同的概念；選Ｂ，說明學(xué)生對影響浮力大小的因素掌握不牢，沒能透過“橡皮泥形狀變化”的現(xiàn)象看清背后的實質(zhì)是“物體排開水的體積”增大了，有的學(xué)生或許還會對“橡皮泥的密度比水大”還能漂浮在水面提出疑問，沉浮狀態(tài)是通過比較物體受到的浮力與自身重力大小關(guān)系來判斷的，所以物體自身的密度會影響物體的沉浮，當(dāng)橡皮泥通過改變排開水的體積增大浮力直至大于自身重力時，就會上浮最終處于漂浮狀態(tài)；選Ｄ，說明學(xué)生只記住了浮力的大小與密度有關(guān)，但無法回答概念定義中的“密度”到底是指物體密度還是液體密度，從而導(dǎo)致回答錯誤。

第二題，如圖４所示，有４２％的學(xué)生回答錯誤，５８％的學(xué)生回答正確，表明部分學(xué)生理解了浮力的本質(zhì)。進(jìn)一步對錯誤答案進(jìn)行分析，這部分學(xué)生幾乎都能正確分析甲、乙的受力情況，并且能夠利用“壓力差”解釋其浮力產(chǎn)生的原因，說明學(xué)生對浮力的本質(zhì)進(jìn)行了記憶，并能夠解釋簡單現(xiàn)象；對丙、丁進(jìn)行分析時，部分學(xué)生認(rèn)為“因為浮力是上下表面壓力差產(chǎn)生的，而丙、丁有上下兩面”，因此，這部分學(xué)生無法判斷丙、丁是否受到浮力，表明雖然對“浮力”產(chǎn)生條件進(jìn)行了記憶，但是并沒有內(nèi)化；有的學(xué)生雖然選擇了正確選項，但是卻給出了錯誤解釋，認(rèn)為“丁物體不一定受到浮力的作用”，表明學(xué)生沒有生成物理意義，靠直覺回答問題。

第三題根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)有５個分?jǐn)?shù)，因此對各分?jǐn)?shù)下的典型回答進(jìn)行統(tǒng)計（０分為空白，不進(jìn)行統(tǒng)計）（表２）。

分別對各分?jǐn)?shù)段學(xué)生的回答進(jìn)一步分析。題干中點(diǎn)明甲圖中的實驗處于“微重力環(huán)境”，因此，本題關(guān)鍵點(diǎn)在于“重力”；此外，要解釋乒乓球出現(xiàn)的沉浮狀態(tài)，必然與“浮力”知識相關(guān)。最終得１分的學(xué)生，從題干抓住了關(guān)鍵信息，但是由于不能將這些線索進(jìn)行深入分析就迅速寫下答案，思維較單一。得２分的學(xué)生，認(rèn)為在太空中乒乓球不受重力，而浮力依舊存在，但無法針對自己的觀點(diǎn)作出解釋，倉促得出結(jié)論，這部分學(xué)生已經(jīng)意識到重力和浮力之間存在某種關(guān)系，但在將“重力”和“浮力”進(jìn)行整合、關(guān)聯(lián)時缺少關(guān)鍵知識點(diǎn)作為橋梁，最終得出錯誤答案。綜上，得１、２分的學(xué)生并未生成物理意義，處于將問題線索與相關(guān)素材進(jìn)行列舉的水平，沒能將二者進(jìn)行正確關(guān)聯(lián)。

對于得３分的學(xué)生，能夠正確找到“重力”與“浮力”之間的關(guān)系，雖然沒能直接揭示“浮力”消失的本質(zhì)，但是能夠識別新情境，看清問題實質(zhì)，并通過已掌握的知識得出結(jié)論，其情境識別能力、問題解決能力有很大的進(jìn)步。因此，處于物理意義生成的過程中。得４分的學(xué)生，能夠說明“浮力”消失的本質(zhì)是微重力環(huán)境導(dǎo)致的“壓力差消失”，這部分學(xué)生既能識別陌生情境，還能夠迅速、準(zhǔn)確地將知識進(jìn)行關(guān)聯(lián)，最終成功解釋物理現(xiàn)象，說明這部分學(xué)生在物理概念的學(xué)習(xí)過程中是基于理解的，因此，處于成功生成了物理意義的“情境解釋”維度。

3? ? 研究小結(jié)與建議

3．１? ? 研究小結(jié)

根據(jù)測試成績分析可知，第三題達(dá)到３分及以上的學(xué)生人數(shù)占比最少，學(xué)生在“浮力”概念的“情境解釋”維度的生成情況不容樂觀；其次，第一題僅有３９％的正確率，表明大部分學(xué)生并未生成“浮力”概念的“物理本質(zhì)”維度的物理意義理解；第二題正確率高于５０％，表明學(xué)生在“浮力”物理意義的“先決條件”維度上的生成情況較好，但這部分學(xué)生也僅占５８％?？傮w來說，學(xué)生對“浮力”概念的物理意義生成情況并不理想，其中“先決條件”維度生成相對較好，其次是“物理本質(zhì)”維度，而“情境解釋”維度最不理想。

深入分析學(xué)生的錯誤作答，試圖找到物理概念學(xué)習(xí)中的阻礙。第一題考查“浮力”概念物理意義的“物理本質(zhì)”維度，要想得到正確答案，就必須對知識進(jìn)行深入理解，若不求甚解，往往就會落入“坑”中。第二題考查“先決條件”維度，從第二題的錯誤作答可知，即使有的學(xué)生記住了浮力的產(chǎn)生原因，但還是無法對丙、丁作出正確分析。由此可見，靠機(jī)械記憶存于腦海的知識是“死”的，不能幫助學(xué)生靈活解題。第三題考查學(xué)生“情境解釋”維度的生成情況，這類題的情境新穎，對學(xué)生的綜合能力要求也高。根據(jù)分析可知，大部分學(xué)生能夠識別到本題需要用“浮力”概念去解釋，但由于陌生情境的包裝，以及對知識掌握不深刻，導(dǎo)致無法靈活遷移，因此，不能將題目中的關(guān)鍵線索與所學(xué)知識進(jìn)行整合。通過以上分析，對物理概念的深入理解影響著物理意義的生成，而物理意義的生成情況也的確是解決物理概念學(xué)習(xí)問題的關(guān)鍵之一，若學(xué)生生成了物理意義，就能從“物理本質(zhì)”“先決條件”“情境解釋”三個維度深入理解物理概念，從而提高問題解決能力。

3．２? ? 建? 議

綜上，對教師而言，在課堂上要加強(qiáng)學(xué)生對概念背后物理意義的認(rèn)識，要重視知識與學(xué)生的“相遇”，不能認(rèn)為教育、教學(xué)就是符號知識表層內(nèi)容的簡單傳授，就是把知識當(dāng)作“展品”展現(xiàn)在學(xué)生面前［３］。意義生成是物理概念教學(xué)的核心［４］，只有在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生真正理解了概念、規(guī)律，才能正確應(yīng)用概念去解決問題。

對學(xué)生來說，需要積極主動地學(xué)習(xí)，摒棄死記硬背的壞習(xí)慣，進(jìn)行有意義學(xué)習(xí)。在提出的“物理意義生成”中，“物理意義”是目的，“生成”是路徑，即需要學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)［５］。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，只有積極地發(fā)揮主觀能動性，才能促進(jìn)物理意義的生成。

對知識的認(rèn)識是需要自身去體會的，只有當(dāng)學(xué)生完成內(nèi)化后，知識才能長久地儲存在自己的腦海。因此，不能只依賴于教師的講解，還需要學(xué)生自己主動地完成物理意義的生成。

參考文獻(xiàn)：

［１］陽玉崗．關(guān)于物理意義的教學(xué)［Ｊ］．樂山師專學(xué)報（社會科學(xué)版），１９９４，１９（２）：４６－４８，５４．

［２］魏良淑．淺析物理意義的學(xué)習(xí)與創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的聯(lián)系［Ｊ］． 太原教育學(xué)院學(xué)報，２００４，22（Z１）：１１３－１１４．

［３］郭元祥． 知識的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與深度教學(xué)［Ｊ］．課程·教材·教法，２００９，２９（１１）：１７－２３．

［４］葛漢洪，孫有花，陳生桃．意義生成在物理概念教學(xué)中的作用［Ｊ］．教學(xué)與管理，２０１８，３５（４）：５３－５５．

［５］葛漢洪，孫有花，陳生桃．“力臂”的物理意義及其教學(xué)邏輯［Ｊ］．教學(xué)與管理，２０１８，３５（２８）：４９－５１．

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）