物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)

物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六一、物理概念和規(guī)律的界定1．物理概念的界定物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映，是物理事物的抽象。物理概念都是通過下定義方式、通過與其他概念間的關(guān)系來界定的；例如，在相等時間內(nèi)，速度變化量相等的直線運動，叫做勻變速直線運動?？梢姡瑒蜃兯僦本€運動這一概念通過直線運動、速度、時間、變化量等概念間的關(guān)系來界定的。又如，力對物體所做的功，等于力的大小、位移大小、力和位移方向夾角的余弦三者的乘積?？梢姽@一概念是通過力、位移（大小方向）、夾角、乘積等概念間的關(guān)系來界定的。第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六2．物理規(guī)律物理規(guī)律是物理現(xiàn)象、過程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的必然趨勢及其本質(zhì)聯(lián)系的反映。物理規(guī)律通常分為物理定律、物理定理、物理原理等。物理現(xiàn)象和過程存在各種聯(lián)系，在這些聯(lián)系中，有的是本質(zhì)的、必然的聯(lián)系；有些是非本質(zhì)的、偶然的聯(lián)系。例如，一個物體只要受到一個不為零的合外力的作用，它就具有加速度，這就是物體有無加速度和合外力間存在的本質(zhì)聯(lián)系，但是從現(xiàn)象看來，一個物體是否具有不為零的加速度（指有無而不討論大小），卻又與這個物體的大小、輕重、質(zhì)料、形狀、所在地點及環(huán)境、單個外力的大小等等都有聯(lián)系，實際上這些因素對一個物體是否具有不為零的加速度來說，只是分別起著片面的、不穩(wěn)定的或者偶然的作用，因此統(tǒng)統(tǒng)是非本質(zhì)的聯(lián)系。

第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六3．物理概念與規(guī)律的聯(lián)系物理規(guī)律反映有關(guān)物理概念之間的必然聯(lián)系。例如牛頓第二定律就是由質(zhì)點、力、質(zhì)量、加速度等概念組成的。研究對象是質(zhì)點。它表明研究對象（質(zhì)點）的加速度與研究對象的質(zhì)量和它所受力之間的定量的因果聯(lián)系。動能定理將功（過程量）與動能（狀態(tài)量）聯(lián)系起來；動量定理將沖量（過程量）與動量（狀態(tài)量）聯(lián)系起來；熱力學(xué)第一定律把熱量（過程量）、功（過程量）與內(nèi)能（狀態(tài)量）聯(lián)系起來等。第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六物理學(xué)中的概念絕大多數(shù)是通過下定義方式、用命題清晰界定的，實際也是通過與其他物理概念間的關(guān)系來界定的。物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)，就是學(xué)生通過自己的思維活動建立相關(guān)物理概念間的聯(lián)系。第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六二、概念和規(guī)律學(xué)習(xí)的階段（一）奧蘇貝爾學(xué)習(xí)理論對概念和規(guī)律學(xué)習(xí)的描述奧蘇貝爾有意義學(xué)習(xí)理論把概念和規(guī)律學(xué)習(xí)劃分為兩個類別：其一、概念、命題學(xué)習(xí)。概念和命題的學(xué)習(xí)在奧蘇貝爾學(xué)習(xí)理論中屬于有意義學(xué)習(xí)，實質(zhì)是新知識和原有認知結(jié)構(gòu)已有適當(dāng)觀念形成聯(lián)系，這種聯(lián)系是非人為的、實質(zhì)性的。奧蘇貝爾依據(jù)習(xí)得意義與否將學(xué)習(xí)分為：有意義學(xué)習(xí)和機械學(xué)習(xí)兩類。機械學(xué)習(xí)的心理機制是聯(lián)想，所以重復(fù)練習(xí)是影響機械學(xué)習(xí)和保持的主要因素；有意義學(xué)習(xí)的心理機制是同化，原有認知結(jié)構(gòu)變量是影響新的學(xué)習(xí)與保持的主要因素。奧蘇貝爾認為有意義學(xué)習(xí)就是通過自己的努力，將以語言、文字為載體所承載的人類意義轉(zhuǎn)化為自己心理意義的過程。有意義學(xué)習(xí)的實質(zhì)，就是符號代表的新知識與學(xué)習(xí)者認知結(jié)構(gòu)中已有的適當(dāng)觀念建立非人為和實質(zhì)性的聯(lián)系。有意義學(xué)習(xí)后的心理結(jié)構(gòu)上的變化是－新知識和原有認知結(jié)構(gòu)已有適當(dāng)觀念形成聯(lián)系，這種聯(lián)系是非人為的、實質(zhì)性的。其二，概念和命題的運用：概念和命題的意義一旦習(xí)得，便可以在隨后的學(xué)習(xí)和解決問題中運用。

第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六（二）布盧姆對分類中“領(lǐng)會”、“運用”所做的一些解釋1．“運用”是指把所學(xué)知識應(yīng)用于新情境的能力，它包括概念、原理、規(guī)律、方法、理論的運用。它與“領(lǐng)會”的區(qū)別在于是否涉及這一項知識以外的事物?！邦I(lǐng)會”僅限于本身條件、結(jié)論的理解。“運用”則需有背景材料，構(gòu)成問題情境，而且是在沒有說明問題解決模式的情況下，正確地運算、操作、使用等。2．運用某事物需要“領(lǐng)會”被運用的方法、理論、原理或抽象概念。無論奧蘇貝爾還是布盧姆，均將“運用知識”和“領(lǐng)會知識的意義”視作兩種不同類型的學(xué)習(xí)或者學(xué)習(xí)層次而加以區(qū)分。布盧姆認為“運用”定理、概念和方法的前提是“領(lǐng)會”，也就是奧蘇貝爾所稱的習(xí)得命題的意義；“運用”是通過在新情景解決新問題而體現(xiàn)的，問題主要是運用該定理就可以解決的。第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六（三）物理概念和規(guī)律學(xué)習(xí)的階段第一階段：物理概念和規(guī)律意義的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)后學(xué)生可以用自己的語言陳述內(nèi)容并舉出符合概念和規(guī)律的實例-外顯表現(xiàn)為“能說”。進行的學(xué)習(xí)是意義學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)后的外顯行為是能用自己的語言陳述，并舉例。第二階段：物理概念和規(guī)律的“運用”。學(xué)習(xí)后學(xué)生能需要的場合正確運用該概念或規(guī)律解決問題。比如，通常我們說學(xué)生習(xí)得了“牛頓第二定理”，學(xué)生的外顯行為有兩方面：學(xué)生能夠用自己的語言陳述“牛頓第二定理”的內(nèi)容，并舉出符合牛頓第二定理的實例；學(xué)生能夠運用牛頓第二定理解決簡單的問題（即主要運用該定理就可以解決的問題），出現(xiàn)的用牛頓第二定律解決問題的行為（內(nèi)部思維活動），這一行為是受定理本身支配的，加涅稱為這種行為為規(guī)則支配行為。第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六三、物理概念和規(guī)律意義的習(xí)得方式（一）探索因果聯(lián)系的歸納法1．求同策略：是通過考察被破究現(xiàn)象出現(xiàn)的若干場合確定在各個場合先行情況中是否只有另外一個情況是共同的，如果是，那么這個共同情況與被研究的現(xiàn)象之間有因果聯(lián)系。2．差異策略：是通過考察被研究的現(xiàn)象出現(xiàn)和不出現(xiàn)的兩個場合，確定在這兩個場合中是否只有另外一個情況不同，如果是，那么這個不同情況與被研究現(xiàn)象之間有因果聯(lián)系。場合 先行情況 被研究現(xiàn)象 1 A、B、C a

2 A、D、E a 3 A、F、G a 所以，A是a有關(guān)場合 先行情況 被研究現(xiàn)象

1 A、B、C、D a

2 B、C、D 所以，A與a有關(guān)第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六3．共變策略：是通過考察被研究現(xiàn)象發(fā)生變化的若干場合中，確定是否只有一個情況發(fā)生相應(yīng)變化，如果是，那么這個發(fā)生了相應(yīng)變化的情況與被研究現(xiàn)象之間存在聯(lián)系。其結(jié)構(gòu)可以如下表示：

4．剩余法：如果某一復(fù)合現(xiàn)象是由另一復(fù)合原因所引起的，那么把其中確認有因果聯(lián)系的部分減去，則剩下的部分也必然有因果聯(lián)系。剩余法可用下述公式來表示：已知復(fù)合現(xiàn)象F(A、B、C)是被研究現(xiàn)象K(a、b、c)的原因已知，B是b的原因

C是c的原因所以，A是a的原因(或部分原因)5．求同求異并用法：考察兩組事例，一組是由被研究現(xiàn)象出現(xiàn)的若干場合組成的，稱為正事例組；一組是由被研究現(xiàn)象不出現(xiàn)的若干場合組成的，稱為負事例組。如果在正事例組的各場合中只有一個共同的情況并且它在負事例組的各場合中又都不存在，那么，這個情況就是被研究現(xiàn)象的原因。場合 先行情況 被研究現(xiàn)象

1 A1、B、C a1

2 A2、B、C a2

3 A3、B、C a3

所以，A與a有關(guān)第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六（二）案例分析物理概念和規(guī)律是通過物理概念間本質(zhì)必然聯(lián)系界定。學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念和規(guī)律，第一步就是學(xué)生通過自己的思維活動形成上述概念間的聯(lián)系。學(xué)生主要運用邏輯推理方式形成聯(lián)系，主要的邏輯推理有歸納推理中的穆勒五法、演繹推理中的假言推理。1.求同法案例一要得出的結(jié)論：力是產(chǎn)生加速度的原因。推理結(jié)構(gòu)場合

結(jié)果

條件

1列車速度增大（有加速度）受牽引力2列車速度減少（有加速度）受阻力3炮彈運動速度的方向不斷發(fā)生變化（有加速度）受重力所以，力是物體產(chǎn)生加速度的原因。第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六2.差異法案例二，獲得的結(jié)論是：物體發(fā)出聲音與物體振動有關(guān)。獲得結(jié)構(gòu)如圖，獲得沸騰需要吸收熱量、聲音可借助空氣傳播、相對運動產(chǎn)生感生電流、通電導(dǎo)線周圍存在磁場、物體做曲線運動需要物體所受合力與它的速度方向不在同一直線上、樂音需要物體做周期性振動等等結(jié)論均可使用差異法獲得。場合

結(jié)果

條件

1發(fā)出聲音小球跳動——說明音叉振動2沒有聲音小球不跳動——說明音叉沒有振動所以，物體發(fā)出聲音與物體振動有關(guān)第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六3.共變法案例三獲得的結(jié)論是：導(dǎo)電物質(zhì)的電阻大小跟導(dǎo)線長度有關(guān)、導(dǎo)電物質(zhì)的電阻大小跟導(dǎo)線橫截面積有關(guān)、導(dǎo)電物質(zhì)的電阻大小跟材料種類有關(guān)。推理結(jié)構(gòu)（以“導(dǎo)電物質(zhì)的電阻大小跟導(dǎo)線長度有關(guān)”為例）共變策略是物理教學(xué)中最常使用的歸納方法，研究a與F、a與m的關(guān)系；研究P與V、P與T、V與T的關(guān)系；研究F向與v、F向與r的關(guān)系；研究壓強P與壓力F、受力面積的關(guān)系、研究影響蒸發(fā)快慢的因素等等。共變策略是物理研究方法中控制變量法的邏輯基礎(chǔ)。場合

結(jié)果

條件

1燈泡較暗——說明電阻較大導(dǎo)線A接入導(dǎo)線較長2燈泡較亮——說明電阻較小導(dǎo)線B接入導(dǎo)線較短所以，導(dǎo)電物質(zhì)的電阻大小跟導(dǎo)線長度有關(guān)。第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六4.演繹推理案例四需要得出的結(jié)論是：單擺的振動是簡諧振動推理結(jié)構(gòu)（運用演繹策略中的肯定前件式而獲得的）進一步分析，在獲得F=-(mg/l)x，需要依次完成以下基本步驟1．確定小球是做振動；2．確定小球平衡位置；3．確定單擺小球回復(fù)力方向；4．確定小球所受力；5．確定小球的回復(fù)力-分解小球所受力分解出切向力，并計算；6．確定單擺小球偏離豎直方向的角度與小球偏離平衡位置的距離x、單擺長l間的關(guān)系；7．確定小球做簡諧振動。如果振子受到的回復(fù)力滿足F=-kx，則振子做簡諧振動單擺振動回復(fù)力F=-(mg/l)x，(mg/l)可用常數(shù)k表示所以，單擺的振動(<5o)是簡諧振動第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六第一步，確定單擺小球做振動，所需推理為演繹推理，如下第三步，確定單擺小球回復(fù)力方向?qū)W生在獲得“單擺小球做簡諧振動”這一結(jié)論時，需要完成一系列的演繹推理。實際教學(xué)中，物理概念和規(guī)律的獲得一般需要運用多個推理才能完成，相關(guān)案例可看教材如果物體在某一中心位置兩側(cè)做往復(fù)運動，則物體做機械運動單擺小球做往復(fù)運動所以，單擺小球是做振動如果是振動物體受到的回復(fù)力，則該力與物體位移同線、方向相反，使物體返回平衡位置單擺小球做沿圓弧運動所以，單擺小球的回復(fù)力應(yīng)沿圓弧，并指向平衡位置O-即沿圓弧切線方向第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六四、物理概念和規(guī)律的教學(xué)一、歸納推理與相應(yīng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)1.求同法相應(yīng)的教學(xué)過程和結(jié)構(gòu)如果學(xué)習(xí)者能夠使用求同策略，必然需要學(xué)習(xí)者能夠1.1從若干場合中識別出被研究現(xiàn)象（結(jié)果）1.2從上述場合中識別出其中有很多變化因素，但是存在一個共同因素。如果是使用求同策略獲得的物理結(jié)論，教師在教學(xué)中必然應(yīng)包含如下教學(xué)環(huán)節(jié)(1)幫助學(xué)生從若干教學(xué)實例中識別出被研究現(xiàn)象（結(jié)果）；(2)幫助學(xué)生從上述教學(xué)實例中識別出其中有很多變化因素，但是存在一個共同因素；(3)幫助學(xué)生形成結(jié)論結(jié)論。第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六（二）差異策略的教學(xué)結(jié)構(gòu)依據(jù)差異法的邏輯結(jié)構(gòu)（差異法的邏輯結(jié)構(gòu)見第四章第一節(jié)相關(guān)內(nèi)容），可知，如果學(xué)習(xí)者能夠使用差異策略，必然需要學(xué)習(xí)者能夠1．從兩個場合中的一個場合中識別出被研究現(xiàn)象（結(jié)果），而另一個場合中結(jié)果不出現(xiàn)。2．從結(jié)果出現(xiàn)的場合中識別出一個因素，而該因素在結(jié)果不出現(xiàn)的場合中也不存在。如果是使用差異策略獲得的物理結(jié)論，教師在教學(xué)中必然應(yīng)包含如下教學(xué)環(huán)節(jié)：(1)幫助學(xué)生從教學(xué)實例中識別出其中一個場合中存在被研究現(xiàn)象（結(jié)果），而另一個場合中結(jié)果不出現(xiàn)；(2)幫助學(xué)生從上述教學(xué)實例中，在結(jié)果出現(xiàn)的場合中識別出一個因素，而該因素在結(jié)果不出現(xiàn)的場合中也不存在；(3)幫助學(xué)生形成結(jié)論結(jié)論。第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六（三）共變策略和相應(yīng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)依據(jù)共變法的邏輯結(jié)構(gòu)，可知如果學(xué)習(xí)者能夠使用共變策略，必然需要學(xué)習(xí)者能夠1．從場合中識別出被研究現(xiàn)象（結(jié)果）發(fā)生程度變化；2．從場合中識別出有許多因素沒有發(fā)生變化，但有一個因素也發(fā)生程度上的變化。如果是使用共變策略獲得的物理結(jié)論，教師在教學(xué)中必然應(yīng)包含如下教學(xué)環(huán)節(jié)：(1)幫助學(xué)生從教學(xué)實例的場合中識別出被研究現(xiàn)象（結(jié)果）發(fā)生程度上的變化；(2)幫助學(xué)生從上述場合中識別出有許多因素沒有發(fā)生變化，但有一個因素也發(fā)生程度上的變化；(3)幫助學(xué)生形成結(jié)論結(jié)論。第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六案例分析1.案例需要得出的結(jié)論：液體內(nèi)部向各個方向均有壓強；液體內(nèi)部同一深度，壓強大小相等；液體內(nèi)部壓強與深度有關(guān)，越深，壓強越大；及壓強計的工作原理—（U形連通器兩管液面高度差與金屬探頭上薄膜受到壓強有關(guān)，且壓強越大，高度差越大）。2.教學(xué)過程分析獲得結(jié)論：U形連通器兩管液面高度差與金屬探頭上薄膜受到壓強有關(guān)，且壓強越大，高度差越大）獲得結(jié)論使用共變法，教學(xué)中，必須的教學(xué)過程應(yīng)包括：

（1）引導(dǎo)學(xué)生分析實驗中的條件，幫助學(xué)生識別或體驗出實驗中變化的條件-探頭薄膜受到壓強（2.1中，步驟②～③，此處教師用較明確的語言引領(lǐng)學(xué)生關(guān)注）；（2）引導(dǎo)學(xué)生分析實驗中結(jié)果的變化，幫助學(xué)生識別出實驗中壓強計兩管液面高度差發(fā)生變化（2.1中，步驟①～④，學(xué)生回答）；（3）引導(dǎo)學(xué)生獲得結(jié)論（2.1中，步驟⑤）。實驗條件結(jié)果1手不按—薄膜不受壓強兩管液面相平2手用較小的力量按—薄膜受較小壓強兩管液面出現(xiàn)高度差3手用較大的力量按—薄膜受較大壓強兩管液面出現(xiàn)較大高度差所以，U形連通器兩管液面高度差與金屬探頭上薄膜受到壓強有關(guān)，且壓強越大，高度差越大）第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六二、演繹策略和相應(yīng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)1．演繹策略有些物理概念和規(guī)律需要運用演繹推理來獲得。演繹推理一般均可表示為三段論形式，即推理由大前提、小前提、結(jié)論構(gòu)成。2．演繹策略相應(yīng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)顯然對于演繹推理，在進行推理時，大前提必為已知，否則無法進行推理。這樣一來，運用演繹策略的方式有兩種：方式1給出小前提，推出相應(yīng)的結(jié)論。方式2明確所要推出的結(jié)論，尋找相應(yīng)的小前提。第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六案例分析在教學(xué)案例二中，④~⑤問答，學(xué)生能夠正確回答需要完成一個演繹推理。⑦問答，學(xué)生能夠正確回答“還應(yīng)受豎直向上的力”，實際需要完成一個演繹推理。如果物體靜止，物體必受平衡力作用瓶子僅受重力，則瓶子受力不平衡所以，瓶子僅受重力，瓶子不能保持靜止物體保持靜止，物體受平衡力作用瓶子保持靜止瓶子受平衡力作用一對平衡力，則兩個力的方向必相反瓶子在豎直方向受平衡力瓶子在豎直方向上受力相反瓶子所受重力方向豎直向下與重力平衡的力方向必豎直向上第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六五、物理教學(xué)的邏輯性和啟發(fā)式教學(xué)一、啟發(fā)式教學(xué)與講授式教學(xué)講授法教學(xué)是指教師通過語言連貫系統(tǒng)地向?qū)W生傳授知識的方法。啟發(fā)式教學(xué)就是教師努力激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極開展思維活動，主動獲得知識的教學(xué)方式。第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六二、教學(xué)實例一分析1．獲得的結(jié)論相同：二力平衡需要二力同線2．獲得物理結(jié)論所用的推理策略相同場合先行條件結(jié)果實驗一兩個力滿足等大、反向、同物、同線小車靜止--二力平衡實驗二兩個力滿足等大、反向、同物小車運動--二力不平衡所以，二力平衡需要二力同線這個條件。第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六3.教學(xué)方式不同(1)方式1中，教師引導(dǎo)學(xué)生分析并獲得結(jié)果的變化情況實驗1中小車靜止，二力平衡，步驟②實驗2中小車轉(zhuǎn)動-不靜止，二力不平衡，步驟⑥教師引導(dǎo)學(xué)生分析并獲得條件中的變化情況

步驟⑧實驗一，小車受的兩個力方向在一條線上實驗二，小車受的兩個力方向不在一條線在這些正確運用差異法的條件學(xué)生分析獲得以后，教師引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論步驟⑨即在教師引導(dǎo)下，由學(xué)生分析獲得完成推理需要的條件，并完成推理(2)方式2中，教師在教學(xué)中清楚地向?qū)W生呈現(xiàn)兩種實驗過程，并自己分析出其中一次實驗中結(jié)果（受力平衡）出現(xiàn)，另一次實驗中結(jié)果（受力平衡）不出現(xiàn)――即受力不平衡，并且還分析清楚，兩次實驗的條件中有一些相同，但兩次實驗的條件中有一個因素不同（受力同線與否），在上述分析基礎(chǔ)上合理地得出結(jié)論。

第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六3．啟發(fā)式教學(xué)、傳授式教學(xué)、注入式教學(xué)通過上面的分析，我們可以看出上面兩個教學(xué)實例中，其教學(xué)過程具有相同的方面：(1)

教學(xué)方法采用的都是講授法(2)教學(xué)活動的過程都遵循了差異策略的邏輯過程，這樣在教學(xué)中就能夠體現(xiàn)出很強的邏輯性。教師沒有遵循該邏輯過程，則教學(xué)將為“注入式”教學(xué)不同的方面：教學(xué)中完成這個邏輯過程的主體是不同的(1)教學(xué)實例一中，邏輯過程是在教師的引導(dǎo)下由學(xué)生自己來完成，這種教學(xué)過程符合“啟發(fā)式教學(xué)