中學物理概念教學漫談

1、.中學物理概念教學漫談每當我們閱完學生的試卷進展教學評估時，常常要說：“學生的物理概念模糊不清?？梢?，物理概念教學當前仍是一個薄弱環(huán)節(jié)。一、物理概念舉足輕重眾所周知，正確地理解物理概念是學好物理學的根底。例如，力的概念和能量的概念是貫穿中學物理的一條主線。在運動學中，只有知道了物體的位移和速度，才可以理解物體的運動情況，所以位移和速度兩個概念是貫穿運動學的根本概念，它們的內(nèi)在聯(lián)絡構成了運動學根本規(guī)律。同樣，力、質(zhì)量、慣性、加速度是貫穿動力學的根本概念，它們的內(nèi)在聯(lián)絡構成了牛頓運動定律。站在牛頓運動定律的角度去觀察、思維、就可窺見整個經(jīng)典力學。假如沒有理解力的概念，那就很難理解牛頓運動定律；假如

2、對力學的根本概念模糊不清，那么，想學好電學也缺乏根底。所以，物理概念是物理思維的細胞，從邏輯學的角度來說，物理學就是在實驗的根底上，由物理概念組成的判斷和推理的邏輯體系。由此可見，物理學中最重要的是物理概念。假如把物理定律比作構成宏偉、壯麗的物理學大廈的支柱，那么物理概念便是構成物理學大廈的磚瓦基石。二、物理概念教學程序一物理概念的引入在物理概念教學中，首先要使學生明白原有概念的局限，從而知道為什么要引入新的物理概念。例如?！懊芏雀拍畹囊耄航o學生一些體積一樣、材料不同的長方體塊，讓他們用手掂輕重，比較其質(zhì)量；再取幾個試管，放入質(zhì)量一樣的不同液體，比較其體積的大小，使學生從中悟出物質(zhì)的一個特殊

3、性質(zhì)，即“體積一樣時，不同物質(zhì)的質(zhì)量不同；質(zhì)量一樣時，不同物質(zhì)的體積不同。接著問學生“我們能根據(jù)物質(zhì)的顏色、氣味、硬度來識別物質(zhì)，但假如兩種物質(zhì)的顏色。氣味、硬度都一樣時，還有什么方法可以區(qū)分它們呢？于是，學生感到還有必要來尋找物質(zhì)的新的特性，從而領會用單位體積的質(zhì)量來表征物質(zhì)的一種特性的方法，由此便引入了密度這個概念。二物理概念的形成知道了引入概念的必要性后，接著的問題是理解這個概念到底怎樣描繪了某一物理現(xiàn)象的本質(zhì)？它的內(nèi)容是什么？一句話，概念是怎樣形成或建立起來的？物理學是借“物求“理，物理概念是物理現(xiàn)象的本質(zhì)在人們頭腦中的反映，所以，為了形成概念，首先必須給學生提供足夠的感性材料例如，列

4、舉生活中熟悉的實例，或觀察模型、實物、示意圖，或進展實驗等等，然后啟發(fā)誘導，讓學生觀察、思維、分析、比較“現(xiàn)象的共同屬性，概括、抽象出其本質(zhì)，得出物理概念的定義，進而導出物理概念的定義式和單位假如這個物理概念是物理量的話。例如，勻變速直線運動的“加速度這個概念的形成可以通過列舉實例：火車開動時，它的速度從零增加到幾十米每秒，需要幾分鐘。汽車開動時，它的速度從零增加到幾十米每秒，只需幾秒鐘；步槍射擊時，子彈的速度從零增加到幾百米每秒，僅用千分之幾秒；急速駛行的火車要停下來，需要幾十秒鐘；急速行駛的汽車要停下來，幾秒鐘就夠了；子彈射入墻壁中，干分之幾秒鐘就可停頓。由此可知，常見的許多變速運動，其速

5、度變化的快慢不同，而且差異較大。物體運動速度改變的快慢有重要的現(xiàn)實意義：百米賽跑，起跑時速度增加的快，可以縮短運動時間，進步成績；汽車在緊急剎車時，速度改變的快，那么可防止發(fā)惹事故?！盀榱吮硎舅俣雀淖兊目炻?，便引入了一個新的物理概念“加速度。值得注意的是，形成概念的前提是使學生獲得非常豐富的、有助于形成這個概念的感性材料。從感性認識上升到理性認識，是認識上的飛躍，這個過程只能由學生自己來完成。假如老師包辦代替，在羅列一些物理現(xiàn)象之后，就簡單地把物理概念的定義提出來，學生理解的不充分，就會造成對物理概念囫圇吞棗，死記硬背。三物理概念的剖析學生初步建立了概念，這只是從正面對概念的認識。為了比較深化

6、地理解概念，還需要認識概念的反面，乃至左、右、上、下面，即從全方位來認識概念。為此，必須對概念進展解剖。1、概念的內(nèi)涵與外延概念的內(nèi)涵即概念的本質(zhì)。概念的內(nèi)涵既反映了物理對象某種屬性的“質(zhì)，又反映了物理對象某種屬性的“量即“量度方式和“量度單位，這樣的物理概念也叫物理量。概念的外延即概念的適用范圍，是指概念所反映的具有某一屬性的一個個、一類類現(xiàn)象或事物。概念教學的關鍵是使學生理解概念的內(nèi)涵和外延。定義是明確概念內(nèi)涵和外延的根據(jù)。所以，為了找出概念的內(nèi)涵和外延，必須從分析概念的定義入手。例如，力的定義是“物體對物體的作用，力的概念所反映的事物的特有屬性是“物體對物體的作用，此即力的內(nèi)涵。力的概念

7、所反映的特有屬性的事物是具有這特有屬性的所有的力，如萬有引力、電磁力、核等詳細的力，此即力的概念的外延。同樣，慣性概念的內(nèi)涵是“物體有保持原來運動狀態(tài)的性質(zhì)，外延是“一切物體。2、概念的構造概念的構造指構成概念的要素。例如，“速度的構造是位移與時間，“沖量的構造是力與時間等等。概念教學要把概念與構成它的要素區(qū)分清楚。速度V既不是位移S，不是時間t，也不是St；St只是描繪了速度，量度，在數(shù)值上等于速度的大小。3、概念的特征物理概念因它在物理學中的地位和作用的不同，各有自己的特殊性質(zhì)。1固有特征：有些物理概念反映了物質(zhì)或物體本身固有的屬性，這些屬性不隨外界條件的改變而改變，只由物質(zhì)或物體本身所決

8、定。例如，質(zhì)量是物體本身的屬性，同一物體質(zhì)量不變，物體不同質(zhì)量不同；比熱是物質(zhì)本身的屬性，每種物質(zhì)都有比熱且互不一樣。又如，慣性是物體本身的屬性。重力加速度、電場強度、磁感應強度是“場物質(zhì)本身的屬性。密度、電荷、電阻、折射率等是實物物質(zhì)本身的屬性。應該注意的是，雖然物質(zhì)的固有屬性與外界因素無關，但還要用外界因素去定義或量度這些屬性的“量的大小或強弱程度。例如，用電壓與電流強度之比定義或量度電阻的大小。在導體兩端加上電壓是顯示導體有電阻的外部條件，不加電壓，導體的電阻仍然存在，但人們卻無法感知物質(zhì)的“電阻屬性，因為物質(zhì)的固有屬性只能在它與周圍其他事物的互相聯(lián)絡、互相作用中顯示出來，所以物質(zhì)的固有

9、屬性要用外界因素來描繪、定義或量度。2方向特征：有些物理現(xiàn)象的本質(zhì)在量的方面既有大小、又有方向，那么描繪這種現(xiàn)象的物理概念也具有方向特征。如力、動量等。3狀態(tài)特征：有些概念是描繪物理對象的狀態(tài)的，物理對象所處的狀態(tài)不變，描繪狀態(tài)的概念物理量就有確定的值。例如，壓強、體積、溫度是描繪氣體狀態(tài)的概念；機械能是描繪物體機械運動狀態(tài)的概念等。4過程特征：有些概念是描繪物理對象變化過程的，這些概念物理量的值與物理對象的變化過程有關。例如，功的概念、熱量的概念、沖量的概念等。5相對特征：有的物理現(xiàn)象是相對于某個事物而言的，描繪它的本質(zhì)的概念就具有“相對特征。例如，物體的運動與參照物有關，參照物不同就會得出

10、不同的結論。例如，位移就是一個具有相對特征的概念。此外，速度、功、動量、動能、勢能等也是具有相對特征的概念。6統(tǒng)計特征：描繪大量微觀粒子遵循統(tǒng)計規(guī)律運動所產(chǎn)生的宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)的概念，具有統(tǒng)計特征。例如，氣體“壓強概念是描繪大量氣體分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生的效果；安培力是磁場對大量運動電荷作用力的宏觀表現(xiàn)。此外，“物質(zhì)波、“電子云等概念也是描繪大量微觀粒子運動遵循統(tǒng)計規(guī)律所產(chǎn)生的宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)的。4、與其它概念的關系為了深化理解概念，除了要理解其物理意義外，還應找出概念與構成它的要素或與它相近的另一概念的異同點及聯(lián)絡，幫助學生掌握概念體系。所謂概念體系是指由相鄰概念如靜電場與重力場，電力線與磁力線

11、，庫侖定律與萬有引力定律等、相似概念如質(zhì)量與重量、動量與動能，電場強度與電場力，電壓與電動勢等、相反概念如力的合成與力的分解，正功與負功等、并列概念如電場強度與電勢、附屬概念如電場強度與點電荷電場強度等組成的系列概念。只有當學生弄清了這些易混概念的區(qū)別與聯(lián)絡，才能正確理解概念，防止錯用概念，進步運用概念的才能。四物理概念的歷史任何一本物理教科書，都不可能孤立地講述物理知識而不涉及物理學史。如中學物理中“光的本性一章，就介紹了光的本性學說的開展簡史，所以物理學史內(nèi)容是中學物理的有機組成部分。因為歷史上物理學家對某一物理現(xiàn)象、概念或規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，其思維過程與今天學生認識這一問題的思路往往有類似之處，

12、所以概念教學有時可借助于物理學史料來啟發(fā)學生思維。教學理論說明，學習物理學史，可以激發(fā)學生的學習興趣，加深對物理概念的理解。對于物理概念，只有理解了它們在歷史上如何產(chǎn)生、形成和開展的過程，才能更深化地理解它們的本質(zhì)。例如，“動量和“動能是物理學中兩個極為重要的概念，它們都和質(zhì)量、速度這兩個概念有關。假如只講述定義，即使詳細羅列兩者的區(qū)別，學生仍舊不能深化領會這兩個概念的物理本質(zhì)，在分析詳細問題時，經(jīng)常會混淆不清。終究是動量還是動能才真正是機械運動的量度呢？這個問題在物理學史上曾經(jīng)有過長期的爭論。從17世紀笛卡兒和萊布尼茲等人作為量度運動量的物理量提出這兩個概念后，經(jīng)過半個多世紀的爭論，直到19

13、世紀中期，才由恩格斯根據(jù)當時自然科學的最新成就，特別是能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的發(fā)現(xiàn)，從運動轉(zhuǎn)化的觀點，精辟地闡述了動量和動能這兩個概念。恩格斯指出，假如運動的變化只局限于機械運動范圍，不發(fā)生運動形式的轉(zhuǎn)化，那么作為機械運動的量度，動量是適用的，當物體發(fā)生互相作用時，動量可以傳遞，系統(tǒng)動量的變化遵循動量守恒定律。假如機械運動消失，而以等量的其它形式的能量勢能、熱能、電磁能、化學能等出現(xiàn)，動量在這里就不能正確地反映運動的量的變化，機械運動的量度必須用動能來表示，系統(tǒng)機械能的變化遵循機械能守恒定律。到了1905年，愛因斯坦創(chuàng)立了狹義相對論，進一步指出動量和動能原來是一個統(tǒng)一的“能量動量矢量的不同分量，提

14、醒了兩種量度的統(tǒng)一，從而在一個新的程度上平息了兩種量度的曠日持久的爭論。當然，講解物理概念開展史要與物理概念教學水乳交融、恰到好處，而不能牽強附會。五物理概念的穩(wěn)固1、理解了概念的標準檢查學生是否理解了概念，就看他們能否答復“概念是怎樣引出來的？怎樣形成或建立的？內(nèi)涵和外延是什么？與其它概念有何關系？這樣幾個問題。2、編撰適當例題在概念上容易出錯的地方，編撰適當?shù)睦}，變化條件，多方設問。例如，為了穩(wěn)固“電場強度這一概念，可編撰以下一組問題：1為什么說電場中的電場強度反映了電場本身的力的性質(zhì)？2在電場中的P點放一個20×10-8庫侖的點電荷，它受到的電場力是4×10-10牛

15、頓，P點的場強是多大？假定在P點改放一個8×10-8庫侖的點電荷，P點的場強是多大？假如在P點不放電荷；P點的場強是多大，為什么？3關于電場強度的概念，以下說法中正確的選項是：A、由EFq可知，電場中某點處的電場強度眼放在該點的檢驗電荷所受的電場力成正比。B、由EFq可知，電場中某點處的電荷所受電場力總是跟電荷電量成正比。C、放入電場中某點處的電荷所受的電場力越大。那么該點處的電場越強。D、放入電場中某點處的單位電荷所受的電場力越大，那么該點處的電場越強。E、由公式EFq可知，E與Q成反比；由公式EKqr2可知，E與q成正比?？梢娺@兩個公式是不相容的。F、放入電場中某點的檢驗電荷的電

16、量改變時，電場強度也隨之改變；將檢驗電荷拿走，該點的電場強度就是零。這些問題很容易把學生對電場強度的模糊認識暴露出來。有的學僵硬套公式EFq，有的學生那么以為“q變F就變，E也隨著變；沒有q，F(xiàn)就不存在，場強也就消失了。澄清了學生對概念的模糊認識，便會形成正確概念。3、準確理解，純熟記憶在理解概念的根底上，熟記其中的道理。道理記住了，隨時都可以回憶起概念的來龍去脈，從而穩(wěn)固地掌握概念。總之，學習一個概念，必須使學生理解它的來龍去脈，最后留在學生頭腦里的是一幅可以反映現(xiàn)象之間親密聯(lián)絡的、完好的物理圖景，而不是干巴巴、孤零零的幾句話。三物理概念的進化由于人們是在有限時空范圍內(nèi)認識無限變化開展的物理

17、現(xiàn)象，所以人們對物理概念的認識也經(jīng)歷一個由淺入深、由簡到繁、由表及里的過程。換句話說，一個完好的概念往往是不能一次理解清楚的，講概念就要有一個開展過程。例如，力的概念的開展，從亞里斯多德時代到牛頓時代就經(jīng)歷了兩千多年；愛因斯坦創(chuàng)立了相對論物理，完全從另一個觀點研究物理，徹底拋棄了牛頓物理中力的概念?！肮膺@個物理概念，就經(jīng)歷了牛頓的粒子說、惠更斯的波動說、麥克斯韋的電磁說、愛因斯坦的量子說，直到提醒了光的波粒二象性的本質(zhì)特征，長達四個世紀。事實上，任何一個物理概念的形成都經(jīng)歷了一個動態(tài)的、歷史的階段，都有一個從感性到理性、從低級到高級、從粗糙到嚴格的產(chǎn)生、開展和演變的過程。講物理概念，應從歷史開

18、展過程來講，講怎樣反復糾正錯誤的概念，如今的概念是什么，使學生懂得所學的東西、將來是要有開展的，不是死的。這樣就把概念講活了。否那么，學生就以為物理概念是天經(jīng)地義的、絕對不能破壞的，從而形成一種僵化的思想。事實不是這樣，物理學永遠是在不斷前進、不斷開展的。比方我們學習物體的導電性能時，把物體分為絕緣體和導體，后來出現(xiàn)了半導體，它應該屬于哪一類呢？一種僵化的思想就不能適應這些問題。用變化的、開展的觀點，結合物理概念開展史講解物理概念，既符合人類認識規(guī)律，又有著故事興趣性，自然會加深學生對物理概念的理解，同時還有助于消除學生對物理概念來源的、“神秘感。沒有任何一個物理概念、定律可以被視為終極真理，

19、人們在有限時空范圍內(nèi)獲得的物理知識只能是近似的、相對的真理、物理學大廈只能完善，卻永遠不會封頂。四、應該注意的幾個問題一用多種方法，形成物理概念。從認識論的角度來看，物理學家探究物理的方法與物理教學的方法根本上是一致的。不過前者是物理學家尋覓直接經(jīng)歷，后者是學生在教材、老師的安排、引導下有目的地學習間接知識。所以物理教學不可能像物理學家創(chuàng)立概念、發(fā)現(xiàn)定律那樣親身經(jīng)歷、事事實驗。這就是說，一些比較抽象的物理概念的形成，就可能因無法通過實驗，而只能采用其它方法。1、類比方法：如用水流類比電流，用水壓類比電壓，用電場類比磁場等。2、比較思維：如比較電場與重力場，從而講清電場概念。3、演繹推理：如根據(jù)

20、磁場對電流的作用力。公式推導出洛侖茲力公式等等。4、比喻方法：如用地勢降落的陡度比喻電勢降落的陡度，使“電勢降落的陡度這一概念一目了然。5、溫故知新：因為概念是現(xiàn)象本質(zhì)屬性的反映，而一切現(xiàn)象都是互相聯(lián)絡著的，概念之間亦必然反映了這種聯(lián)絡，所以抓住概念之間的內(nèi)在聯(lián)絡，由舊概念會說明新概念，是認識新概念的重要方法。如講電容這一概念時，首先要弄清電量和電壓的概念；講波必須先學好振動；講電功概念，須充分利用學生已有的機械功、電壓、電量、電流強度、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律等概念和知識。6、理想化思維：在物理學中，實際研究對象和它所處的環(huán)境一般比較復雜，決定的因素和受約束的條件很多，假如不分主次輕重地考慮一切因

21、素和條件，那么必然會使問題復雜化而無法研究。為了方便研究，暫時拋開次要的或非本質(zhì)的因素，割斷事物的某些聯(lián)絡，保存實際對象的某些主要性質(zhì)和主要條件，加以概括，這種形成概念的方法，就稱為理想化思維。例如，研究自由落體運動，我們突出了物體的質(zhì)量和地球?qū)λ囊Γ雎粤宋矬w的幾何形狀、空氣的阻力和周圍物體對它的引力，并且不考慮可能出現(xiàn)的偶爾因素，從而將實際物體理想化、抽象化為一個有質(zhì)量的幾何點，形成“質(zhì)點和“自由落體運動的概念。物理學中所研究的對象一般都是理想化的物理模型。研究物理學假如不采用適當?shù)奈锢砟Ｐ停敲淳秃茈y理解物理現(xiàn)象的本質(zhì)，一個物理模型勝過無數(shù)個事實。二講清概念的關鍵意義對每個物理概念，

22、要注意從物理現(xiàn)象中抽象出共同屬性的東西，所謂某個概念的關鍵意義就是指這個。例如，靜摩擦力這個概念是從大量的“互相接觸的兩個物體在外力作用下有相對運動趨勢各以對方為參照物而又保持相對靜止這樣的運動形式抽象出“靜摩擦力總是阻礙物體發(fā)生相對運動這一共同屬性的，此即靜摩擦力的關鍵意義。三對概念定義中的關鍵“字、“詞要咬文嚼字例如，楞次定律：“感生電流的方向，總是要使感生電流的磁場，阻礙引起感生電流的磁通量的變化。第一句話指出定律的用處是判斷“感生電流方向；第二句中的“總是，其含義是“一定如此；第三句中的“阻礙，既不是“阻止，也不是“產(chǎn)生相反方向的磁通量，而是“引起感生電流的磁通量減少時，感生電流的磁場

23、方向與原磁場方向一樣，阻礙它減少；引起感生電流的磁通量增加時，感生電流的磁場方向與原磁場方向相反，阻礙它增加。同時要注意“引起感生電流的磁通量是變化的，感生電流的磁場總是阻礙這個變化的?？傊瑢Ω拍畹亩x要進展逐字逐句的講解，重要的“字、“詞要認真推敲，使學生對概念有明確的認識。四注意物理概念的科學性和邏輯性如前所述，物理概念是開展的、進化的，不可能一次講清。因此，教學中不必死摳概念的嚴密性，只要突出其本質(zhì)的一面就可以了。但不苛求概念的嚴密性，與要注意概念的科學性和邏輯性并不矛盾。常常發(fā)現(xiàn)學生把“電勢的上下說成“電勢的大?。话压獾姆瓷涠芍械摹胺瓷浣堑扔谌松浣钦f成“入射角等于反射角等等，要隨時

24、注意糾正。五注意物理概念同語文、數(shù)學的聯(lián)絡物理與語文有聯(lián)絡，要擅長用語文知識來說明物理概念。例如，能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的表述文字很長，但只要運用語文知識抓住這句話的主體“總的能量保持不變，就不難理解句子中的“不會創(chuàng)生“不會消滅等都是用來說明主體的。物理與數(shù)學有親密的聯(lián)絡。一方面應當理解數(shù)學是物理的工具，但另一方面要注意，不能把物理概念數(shù)學化，不能把概念的物理意義吞沒在數(shù)學公式中。例如，EFq的物理意義是電場力F與檢驗電荷的電量q成正比，比值E表示電場中某點的電場強度，不能根據(jù)這個公式認為電場強度E與電場力對成正比，與電荷的電量q成反比。六切忌從定義出發(fā)講概念物理概念是詳細物理現(xiàn)象的概括、抽象，概念教學必須通過實際材料或列舉實例來進展。即使是抽象的物理概念，教學時也應當將有關的現(xiàn)象展示出來。切忌從定義出發(fā)講概念，因為這樣學生獲得的概念不是從感性認識上升出·來的理性認識，而是空洞的詞句，會造成學生對定義的死記硬背。七從“系統(tǒng)觀點出發(fā)進展概念教學“系統(tǒng)觀點就是聯(lián)絡起來整體考察的觀點。搞好物理概念教學的含義，不僅僅是講清概念本身的定義，還應搞好物理定律、原理、公式的總和的教學。只有把概念形成的教學與定律、公式的教學有機結合起來，才能使學生比較全面、深化地理解概念，獲得運用概念分析、解決問題的才能。因為物理定律是物理概念之間的內(nèi)在聯(lián)絡，所以只有很好