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论物理概念的教学——高娟

作者:  来源:  添加日期:2013年03月26日  点击量:

    论物理概念的教学

盐城市田家炳中学   高娟

摘要:

物理概念的学习是中学生在校期间学习物理的中心内容之一,正确理解物理概念是学生学好物理的重要基础。学生在分析物理现象或处理物理问题时,常常出现错误的判断或者遇到问题无从下手,究其原因,很重要的一条就是没有正确理解一些物理概念。因此,研究概念学习的基本过程与心理机制就具有着特别重要的意义,为此,笔者认真研究了关于青少年心理方面的书籍,从心理学角度对物理概念的含义、分类、学习的心理过程及其学习机制、有效条件等四个方面的进行了论述。

关键词: 物理概念 含义 分类  心理机制  有效条件

正文:

中学生在校期间要学习许多课程,每门课程都有自己的一套理论系统,它们是由若干基本概念按一定的逻辑结构组成的,因而,概念的学习是中学生在校期间学习的中心内容之一,物理学科当然也不例外。因此,正确理解物理概念是学生学好物理的重要基础。但是有些学生认为只要把概念记熟了,就是掌握好物理概念了,甚至一些教师也认为概念是死板的,关键是会做题目,因此在草草讲完概念后大搞“题海战术”,事实上这种观念和做法是错误的。仅仅记熟概念是远远不够的,更为重要的是要深刻理解其含义。学生在分析物理现象或处理物理问题时,常常出现错误的判断或者遇到问题无从下手,究其原因,很重要的一条就是没有正确理解一些物理概念。因此,研究概念学习的基本过程与心理机制就具有着特别重要的意义,为此,笔者认真研究了关于青少年心理方面的书籍,并从心理学角度对物理概念的教学进行了论述。

一、物理概念的含义

在物理学中,概念学习意味着什么呢?只有对物理概念进行分析,才能确切地掌握它的含义。每个物理概念都可作如下四方面的分析:

1、物理概念的名称:

物理的大多数概念都有名称,这些名称都用一定的符号来表示。如“力”、“速度”等词就是概念的名称。同一概念可以用不同的符号来表示,如弹力即可用“F”也可用“N”来表示。符号上的差异并不影响概念本身所指同类事物的共同关键属性。如果只学会了物理概念的名称,但并未理解或掌握它的关键属性,那只能算是“词汇学习”。

2、物理概念的例证:

物理概念是用符号所代表的同类事物,而同类的各别事或物就是概念的例证。例如“力”这个概念的例证就是重力、弹力、摩擦力等,它们同属力的范畴,故称为“肯定例证”(又称“正例”)。不属于这一类事物的例子则称为“否定例证”,如质量、惯性则是“力”的否定例证(又叫“反例”)了。

3、物理概念的关键属性:

它是指物理概念的一切肯定例证的共同本质属性。例如,静摩擦力这个概念是从大量的“相互接触的表面粗糙的两个物体在外力作用下有相对运动趋势(各以对方为参照物)而又保持相对静止”这样的运动形式抽象出“静摩擦力总是阻碍物体发生相对运动”这一共同属性的,这是静摩擦力的关键属性和特征。物理概念的肯定例证也具有其它无关属性和特征,如受静摩擦力的物体可以是静止的、也可以是运动的,可以是动力、可以是阻力,这些都是无关特征和属性。

4、物理概念的定义:

它指同类事物关键特征的概括,人们常用文字符号的形式表达,这种表达就是“定义”。例如,易彩时时彩软件观察到下列一些现象:天体在运行,车辆在前进,机器在工作,人在行走等等。尽管这些现象的具体形象不同,但是易彩时时彩软件可以撇开它的具体形象,从它们的共性去考虑时,就会发现其共同的特征,即一个物体相对于另一个物体的位置随时间的变化而变化。于是,易彩时时彩软件就把这个从一系列具体现象中提炼出来,又反映着这一系列具体现象本质特征的抽象,叫做机械运动。

二、物理概念的分类

通过统计,中学物理涉及的概念约四百余个,大致可以分为以下四类:

1、反映物质属性的。如:运动、惯性、质量、能量、电、磁、波粒二象性等,这类概念的特点是:其含义深刻,富有哲理性,很难从其表面定义上获得深入理解。只有随着知识学习的积累和发展才能由表及里,由浅入深地加深对概念的理解。

2、反映物质及其性质的。如:速度、加速度、密度、功率、比热、电场强度、电势、电动势、电阻、电容等。它们的共同特点是:用两个或几个物理量的比值来表示它们的定义。

3、反映物质间相互作用关系的。如:力、力矩、压强、冲量、功、热量。这些概念的特点是:与物质间相互作用密切关联,对于单个物质是毫无意义。

4、描述物理现象的。如:匀速直线运动、圆周运动、形变、熔解、反射、折射、干涉、静电感应、电磁感应、反射性、核反应、质量亏损等。这类概念的特点是:就其概念本身而言,并不难理解,难理解的是这些物理现象产生的原因、条件及其规律。

易彩时时彩软件对物理概念的分类有了一个基本的了解后,下面就讨论一下中学生掌握物理概念的过程。

三、物理概念学习的心理过程及其机制

中学生对于物理概念学习的心理过程相当复杂,根据这种学习过程的特点和心理实验及教学经验,可以把概念学习分为两种形式:

1、概念形成与发现学习:

概念形成的心理过程包括:(1)知觉辨别(即观察)(2)假设(即猜想)(3)检验(可通过实验等各种途径进行)(4)发现关键属性(得出慨括性的结论),概念越复杂,上述假设和检验的次数就越多。易彩时时彩软件把学习者进行多次辨别、假设、检验,最后“发现”概念的关键属性过程叫“发现学习”。在教学情境中,这种学习方式是在教师精心设计、引导下进行的,因而学生较少尝试错误,能提高学习效率。

例如:讲授惯性概念时,首先,从外力停止作用后的标枪、小车等物体仍能沿原来的方向继续运动这些事实出发,逐个分析,然后综合得出:运动着的物体若不受到外力作用,仍能保持直线运动。摒弃了“外力是使物体产生和维持运动的原因”的错误观点。然后分析小车沿斜面下滑这一实验:当小车从斜面上冲下来进入毛巾铺着的水平面上时,小车通过很短的距离就停下来了;而在其它条件不变的情况下进入光滑的水平面时,通过的距离就要长的多。平面愈光滑,小车运动的愈远。对这一事实比较分析得:小车在水平面上运动速度减小是由于接触面对它的阻碍作用引起的。分析结果突出了“物体运动速度的变化是受到其它物体作用”这一本质,而摒弃了“物体不受其它物体的作用,速度会自动减小”这一习惯看法。再在小车实验的基础上,运用想象和推理的思维方法,设计一个理想实验:从斜面上冲下来的小车进入一个绝对光滑的平面,由于不受任何阻碍和牵引作用,可以判断小车将一直运动下去,既做匀速直线运动。突出了“物体不受其它物体作用将保持匀速直线运动”这一本质的联系,而摒弃了“物体要受其它物体不变的作用力才能保持匀速直线运动”的错误观点。最后举例说明:不仅小车是这样,其它物体也是这样,提出“一切物体都有惯性”,防止认为“惯性是某些物体所独有”的片面认识。把上面个别现象所得到的知识加以综合,并进行抽象和概括,就能得出“惯性”的概念。

总之,“发现学习”是从具体到抽象,由个别到一般的过程,也叫做归纳的过程。

2、概念同化与接受学习:

概念同化与概念形成不同,它主要是教师在教学过程中以定义的方式,把概念的关键属性直接呈现给学生,让学生通过认知结构中适当的观念与新知识发生实质性的联系,同化到认知结构中适当部位,使新知识获得心理意义。

概念同化是学生学习概念的一种方式。从学习方式上看,前人花费很长时间总结出的科学概念,由教师通过定义方式将其本质属性揭示给学生,学生就能在较短时间内接受,并能在日后重现与应用。这种学习又叫“接受学习”。用接受学习方式进行教学的,教师用定义方式揭示其关键特征后,再举几个例子加以证明,教学任务就基本完成了。

接受学习和发现学习不同,它是从抽象到具体,由一般到个别的过程。这两种学习方式各有其利弊,一般认为,接受学习是一种高效的学习方式,在较短时间内能教授大量的知识,但学生认知结构中若缺乏适当观念或已有观念较模糊,新知识就不能很好的被同化,学生只能据字面记住概念或规则的定义,易流于机械学习。因此,在实施新课程是这种学习方法是不提倡的。发现学习能激发学生的学习兴趣,学生经过自己思考与发现的东西记得牢、理解得深,而且在此过程中学生能学会学习的方法。但是,发现学习的过程不易控制、容易受实际教学条件的制约,且需要花费较长的教学时间,因此教师应根据学生的实际情况和教材的性质,运用恰当的教学方法,才能获得较理想的教学效果。

四、概念教学的有效条件

那么,在物理教学中易彩时时彩软件应该如何使学生深刻理解各个物理概念?笔者认为,要使学生能有效地掌握概念,在教学中应注意以下几点:

1、深入研究教材和课程标准。

如上所述,中学物理涉及到的概念有四百多个,因此,教师应做好学生学习物理概念的指南。教师应根据课程标准的要求,进行针对性分析教材中出现概念的目的性和科学性。即必须明确:物理学中为什么要提出这一概念?概念是怎样被科学的表述出来的?它在物理学中的地位和作用如何?具体的说应认真钻研以下几个方面:(1)弄清与物理概念有关的物理事实(包括实验事实),即弄清物理概念的依据。(2)要明确这些物理事实提出了哪些问题需要进一步研究,即明确引入概念的必要性。(3)研究中采用什么手段和方法。(4)对概念的意义要逐字逐句的推敲,从而全面准确的弄清它的物理意义,特别要明确概念的适用条件。对其中物理量的定义式、单位等也要有所掌握。(5)弄清关系密切的概念之间的区别和联系,明确教材中的地位,它是否为重点、难点或关键。

通过钻研教材要明确某个物理概念在整个教材中的地位,做到主次分明、突出重点,抓住关键、处理好重点。这样,物理概念教学就有了坚实的基础。

重点概念就是概念中最重要最基础的部分,它既是联系物理基础知识的纽带,又是进一步学习的基础。例如力、加速度、速度、能、场等,这类概念的要求比较高,要多花力气多给课时,多安排实验,多做练习。使学生能达到深刻理解、牢固掌握、灵活运用的程度。有些概念虽然也很重要,但它们是在重点概念的基础上派生出来的概念,如简谐运动、交流电等,它们只能算一般的物理概念。还有一些概念,如雷达、激光等只能作为一般了解就可以了。

就重点概念来说,也应进一步研究它在教材中的地位。有的概念直接影响到下一阶段学习,关系到对某些知识是否能够掌握,这些就是关键性的概念。教材中出现的重点概念,一般都是关键性概念,但有些关键性概念并不一定是重点概念,这就要靠教师在钻研教材中去挖掘。应当在明确重点概念的同时,进一步弄清关键性概念。例如“单摆”一节的目的,在于通过对单摆振动的分析,使学生学会判断一个物体运动是否是简谐运动,从而掌握分析简谐运动的基本方法。这样,简谐运动的特征式F=-kx中 k的概念就是关键。正确理解了k的物理意义,就能为学好有关“单摆”的知识创造有利的条件。

所谓概念中的难点,就是指那些学生在感性知识的基础上比较难于建立的概念。对于难点要通过钻研教材和课标,找出难点难在那里?是难在理论上过于抽象、物理过程比较复杂,还是难在运用中的灵活多变?是由于学生不熟悉有关的研究方法,还是所需的基础知识没有建立起来?等等。在研究教材中,只有对难点进行细致分析,才能化难为易,找出突破难点的方法。例如“电动势”的概念是教学中的一个难点,它难在概念的本身比较抽象,而且在讲述中又引入一个“非静电力”,学生学习时感到十分空洞。所以应从化“抽象为具体”的角度来突破难点,使学生认识电动势是表征电源特性的一个重要的物理量。在教学中可以采用以下一些方法:(1)用水泵抽水过程中“使其他形式的能转化成水的重力势能”的例子来类比,让学生更容易理解电源的作用是“使其它形式的能转化成电能”。(2)从能量守恒定律分析以电池为电源构成的闭合电路中发生的能量转化过程,阐述电源内部存在非静电力及非静电力做功的必然性。在此基础上提出电源的电动势就是表明电源内部非静电力移动电荷做功,把其它形式的能转化为电能的本领的物理量。(3)从能量守恒定律分析电源的电动势等于内外电路电势差之和,同时借助实验反映这一关系,从而使学生确信电源电动势的存在,而且它是表征电源特性的一个重要物理量。(4)运用电动势的概念来分析一些具体问题,这样学生对电动势的概念就不会感到空洞难懂了。

2、提供丰富的感性材料。

概念引入是概念教学中的一个重要环节。引入工作做得好,一开始就能激发学生学习概念的积极性,使他们的思路纳入正轨,对正确理解和掌握要领有着直接影响。

物理概念是物理现象的本质抽象,它是在感知大量材料的基础上,经过分析、综合、抽象、概括等思维活动中形成的。因此引入概念时应尽可能地提供丰富的感性材料使内容从直观到抽象。

例如:在讲述力的概念时,应首先举一些学生日常生活中熟悉的实例。如: ①手提水桶;②马拉车;③脚踢足球;④磁铁吸引铁块等。然后对这些例子进行分析、比较、概括和总结,得出力的定义为“力是物体对物体的作用”。使学生明确:力是两个物体之间的相互作用。如手和水桶;马和车;脚和足球;磁铁和铁块。更应清楚两个孤立的物体之间并非一定有力存在,这两个物体之间必须发生相互作用。

再如:再讲“导体的电阻”时 ,学生没有直接的生活体验,就要从演示实验入手,丰富学生的感性认识。让学生观察:通过导体的电流 随导体两端  电压的变化而变化,且当导体不变时,电流强度与电压成正比,即U/I是一个恒量;换另一个导体做同样的实验,学生又会发现U/I仍是一个恒量;但是不同于前者的另一个恒量。由实验知:对任一导体,电压和电流强度的比值为一恒量,用R表示。这个恒量就表征了导体的一种物理性质。比较两次实验结果发现,导体两端加同样电压时,通过导体的电流强度不同,也就是说电流通过两导体的难易程度不同,即导体对电流的阻碍作用不同。U/I的值越大,电流越难通过。于是得到结论:R是表征导体对电流阻碍作用的物理量,它的大小可以用R=U/I量度。但要注意:对同一个导体U、I可以改变,U与I的比值不变,既导体的电阻不决定于电压和电流强度,而是由导体本身性质决定的。

总之,在概念教学中,要针对概念的不同特点引入,或从熟悉的生活实例,或从简单直观的实验,或从新旧知识的衔接,生动灵活的引入概念。

3、及时给概念下定义。

给概念下定义要适时,在教师提供丰富的实例让学生分析、比较,通过积极的思维活动,找出概念的关键属性后,要不失时机地用简洁、明了的语言给所讲的概念下定义,使学生准确地理解概念,获得明晰的印象。过早下定义会使学生死记硬背尚未理解的概念,流于形式;过迟下定义,不仅不能对提供的例证起到及时的组织作用,还会造成教学时间的浪费和课堂结构的松散。

4、提供适当例证,突出事物的关键属性。

学生在形成概念的初期,对概念的掌握往往是不巩固、不完全、不深刻的。并且常和已学过的旧概念发生混淆。这就需要在练习过程中通过有关的练习,利用概念解决问题来巩固和加深概念。

例如:学过电场强度的概念后,学生对电场强度的定义式E=F/q容易记住,而对电场强度的真正物理意义、本质并不能很好的掌握。教学中可以要求学生完成下列练习:1、电场中A点放入一电量为6.0×10-8库的正电荷时,此电荷受到的电场力为1.2×10-6牛。求A点的场强。   2、上题中若在A点放 一 电量为3.0×10-8库的正电荷,A点的电场强度多大?若此处放入电量为-0.6×10-8库的负电荷,该处的电场强度是多少?若电场A点不放电荷,该处电场强度为零吗?此时电场强度多大呢?通过上述练习,使学生逐步体会电场强度是用来描述电场中各点电场强弱的物理量。通过E=F/q可以定量的计算某点的电场强度,而与是否有检验电荷无关,从而达到巩固要领的目的。

5、运用变式与比较。

为了使学生更深刻地理解概念的本质,必须注重要领之间的区别和联系。对一些类似的有关概念进行同中求异,异中见同,反复深化概念。

例如:“速度”和“加速度”是力学中的两个重要概念,要求学生必须有深刻的理解,在教学中就要对两个概念进行全面比较,找出区别和联系。使学生知道,速度是描述物体运动快慢的物理量,或者说是描述位置变化快慢的物理量,速度越大,表示物体运动的越快,或者说位置变化的越快。加速度是描述速度变化快慢的物理量,加速度越大,表示速度变化的越快。速度等于位移和时间的比值,而加速度等于速度的变化和时间的比值。速度的大小决定于位移和发生变化所用的时间,位移大速度不一定大。而加速度决定于速度的变化的大小和发生变化所用的时间,而不决定于速度的大小和速度变化的大小。速度和加速度都是矢量。在直线运动中,速度的方向就是位移的方向,而加速度的方向可能跟速度方向相同,也可能跟速度方向相反。速度增大时,加速度方向跟速度方向相同;速度减小时加速度方向跟速度方向相反。通过上述比较,就可以使学生对“速度”和“加速度”这两个概念有比较深刻理解。

总之,学生掌握概念有一个发展过程。在教学中要根据学生的心理特点,从实际出发把握教材,深入研究每个概念的深度和广度,才能更好地完成中学物理概念教学。

 

 

参考文献 : 

1、许国梁 主编 《中学物理教学法》   人民教育出版社,1994年1月 

2、南冲 主编 《中学物理教学研究》  海潮出版社,1998年4月

3、韩进之 主编 《教育心理学纲要》 人民教育出版社,1999年3月