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新课程理念下的高中物理概念教学

来源: 福建省长汀县第一中学  日期:2008-10-14  点击:1992 

新课程理念下的高中物理概念教学

 

长汀一中  戴文英

 

高中物理是普通高中科学学习领域的一门基础课程。课程标准要求学生在高中物理课中“学习终身发展必备的物理基础知识和技能”。在课程内容上体现“时代性、基础性、选择性”。而高中物理教学中,使学生形成概念,掌握规律,并使他们的认识能力在形成概念、掌握规律的过程中得到充分发展,是高中物理教学的核心问题。本文结合平时课堂教学实践,就如何开展高中物理概念教学谈谈自已的切身体会。

一、形成并理解物理概念的重要性

物理概念不仅是物理基础知识的重要组成部分,而且是构成物理规律,建立物理公式和完善物理理论的基础和前提。对物理概念的理解和认识是教学要达到的目标之一,也是教学的出发点。物理概念是反映物理现象,物理过程本质属性的一种抽象,是在大量观察、实验的基础上,运用逻辑思维的方法,把一些事物本质的,共同的特征集中起来加以概括而形成的。它是人类智慧的结晶,它又使人们在纷繁复杂的物理世界中,把握事物的本质特征,成为物理思维的有力工具。所以,如何突破对物理概念的理解是物理教学的主要任务之一。

概念、判断和推理,是理性认识的三种形式。抽象思维的过程就是运用概念进行推理的过程。其中,概念是思维的基本单位和形式。在物理教学中,只有使学生形成正确的概念,才能把握住事物的本质和规律,才能进行判断和推理,也才谈得上灵活应用。例如高一学生对瞬时速度概念理解不正确,把它理解为“单位时间内通过的位移”。因而他们在回答“自由落体在第二秒钟内落下多少距离时”说:“9.8米”。问他们怎么得到的,学生则说:“第一秒末的速度为9.8m/秒,这表示在第一秒后的一秒钟内下降9.8米”。这显然是错误的。物理学中的定律、定理和法则等都是用有关的物理概念总结出来的。例如:牛顿第一定律(一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持匀速直线运动状态或静止状态),这就包含“物体”、“外力”、“匀速直线运动”、“静止”等概念,如果没有这些概念,就不可能得到这个定律。同样,学生在学习中,若对这些概念的理解不正确,就不可能学习和掌握牛顿第一定律。因此,在物理教学中,使学生学好物理概念对于提高教学质量具有根本意义。

物理学中的概念很多,有些概念比较简单,如物体、运动、路程、位移、导体等,有些概念则比较复杂,学生不易理解,如力、惯性、质量、速度、加速度、功、能、电场强度、电势等等,对这些重要的基本概念,能否使学生真正地理解,直接影响到某一章乃至整个物理学的学习,在教学中一定要使学生学好。

二、形成概念的基本途径

物理概念是反映物理现象,物理过程本质属性的一种抽象。教学设计时必须通过感知活动,观察实验,科学抽象,归纳总结,理解运用等一系列实践活动,才能获得研究物理问题的感性材料,在这个基础上,经过认识加工,思维整理,从而突破对物理概念的理解。

1、通过感知活动,为概念的形成提供认识基础。

概念的形成是极为复杂的认识过程,教学中要引导学生在日常生活中对身边的物理问题勤观察,勤记录,勤比较,以收集丰富的感性材料,形成具体的感性认识。例如在组织兴趣小组、综合实践活动中,有计划、有目的地提出与后续课堂内容相关的物理问题,并通过观察、记录、比较得出结论,从而丰富学生的感性材料。通过大量的现象和事例,调动学生的积极思维,对感知事物或现象经思维加工,剔除次要的、非本质的因素,从而揭示事物的本质以形成概念。

2、通过观察实验,为概念的形成提供科学依据。

物理知识来源于实践,特别来源于观察和实验,物理学是一门实验性科学。意大利伟大的物理学家伽俐略就是通过比萨斜塔上著名的自由落体运动实验,来推翻亚里士多德关于重的物体下落快,轻的物体下落慢的错误结论的,再如摩擦力的概念,不少学生有这样的错误概念:摩擦力总是阻碍物体运动的,它的方向总与物体的运动方向相反;摩擦力的大小与物体的重力成正比。为了纠正这些错误认识,我们首先演示图1所示的实验,让学生感到上述观点似乎是正确的。接着进行图2、图3、图4所示的实验。图2中木板上面的木块受到的摩擦力的方向和它的运动方向相同,并“促进”它的运动,这就与“摩擦力总是与运动方向相反,总是阻碍物体的运动”相矛盾;图3中物体之间的正压力大小,虽与重力有关,但并不等于重力,而在图4中,正压力的大小与物体的重力毫无关系。通过这些有效典型的实验,强烈对比,学生头脑中的片面的认识就会发展成为全面的认识;错误的认识就会转化为正确的认识;表面的认识就会深化为内在的认识。

在教学中,教师要根据概念形成的需要,有计划、有目的地精心设计实验,通过实验来揭示隐含的不易察觉的规律,从而形成稳固的概念。例如,用两张相同的纸片,一张摊开,一张揉成团,在同一高度同时释放,让它们自由下落,结果同样重的纸片下落也有快慢之分,亚里士多德的观点瞬间就被质疑了,学生的好奇心,求知欲瞬间就被调动起来了。

3、通过科学抽象,突出本质,摒弃非本质,使认识由感性上升到理性。这是学生形成概念的关键。

物理概念是人脑对物理现象和过程等感性材料进行“科学抽象”的产物。教学中,在介绍或学生已获取的有关感性材料的基础上,要引导学生通过比较、分类、类比、归纳和演绎、分析和综合等抽象思维的方法,参与“科学抽象”活动,概括总结得出结论。而不是一字不漏地背诵课文的定义。例如,要使学生形成“惯性”的概念,其关键在于要使学生认识“物体具有保持匀速直线运动状态”这一本质属性。但是,在物体的纷繁复杂的运动中,这一本质属性却被许多非本质的联系掩盖着。如“同辆汽车在高速行驶时比低速行驶时更难停下来,学生就认为汽车在高速行驶时比低速行驶时惯性大”。这个结论看起来好象是正确的,事实上是错误的。这就需要教师在教学过程中引导学生逐步深入分析,才能纠正这一错误认识。首先不能把“惯性大小表示运动状态改变的难易程度”理解成“惯性大小表示把物体从运动变为静止的难易程度”或理解成“惯性大小表示把物体从运动变为静止所用时间的长短”。不能只是比较速度的变化量,否则是不公平的,而应比较加速度,实际上,受到相同阻力的情况下,速度不同,质量相同的汽车,在相同的时间内速度的减少量是相同的。这说明质量相同的物体,它们改变运动状态的难易程度是相同的,即惯性是相同的,与它们的速度无关。还要通过举例,说明惯性大小与物体是否受力无关,质量是惯性大小的唯一量度,是物体本身所固有的属性。

4、通过讨论归纳,掌握概念的内涵和外延。

物理概念的内涵是反映在概念中的物理现象的本质属性,是该事物区别于其他事物的本质特征。例如,在“电势”教学时,必须让学生明白电势是描述静电场能的性质的物理量,电场中某点的电势用置于该点的检验电荷所具有的电势能与检验电荷电量的比值来量度,即公式U ,电场中不同的位置有不同的电势,它决定于电场本身的性质,但与置于电场中的检验电荷q无关。电势同电势能、电场强度的概念不同,电势能是用来描述电荷在电场中所具有的势能,用Equ来量度,其大小既与电场有关,又与引入电场中的电荷有关。电场强度反映静电场力的性质的物理量,用E 来量度,电场强度的大小只与电场本身有关,而与检验电荷无关。电势和电场强度都是从不同角度描述电场性质的物理量,它反映了电场与其它事物的本质区别。

物理概念的外延则是指所反映的物理现象本质属性的对象的适用条件和范围。如电势的概念只适用于静电场,而不适用于交变电场。U= 式中的q是引入静电场的检验电荷,而不适用于非检验电荷。

5、通过多种途径和方法,使学生着重理解概念的物理意义。

第一:对于所得到的结论,要用学生容易理解的语言文字或数学式子来表达。一般先用语言文字表达,再“翻译”成数学表达式。这使学生对有关的概念获得一个明确、完整的认识。例如,要使学生理解“速度”是表示物体运动快慢的一个物理量(质的规定性),在匀速直线运动中,速度在数值上等于运动物体在单位时间的通过的位移(量的规定性),其单位是“米/秒”。我们在教学中要使学生不断从概念的“质”和“量”两个方向来加深理解其意义。

第二:对于概念的文字表达,不应要求学生机械地记忆,重要的是要及时地将其“返回”到具体事例中,使抽象的东西“物化”,并在具体与抽象的反复结合的过程中,使之对有关概念的物理意义不断加深理解。例如:一火车在平直轨道上匀速行驶,坐在车厢里的人,竖直向上抛出一个物体,此物体下落后会落到原来的抛出地点吗?对于这个问题,学生不断争论的过程,就是具体与抽象反复结合的过程,通过争论学生对惯性的理解就会深入一步了。

第三:容易混淆的概念,可采用对比的方法,明确其区别与联系,以加深理解。在物理学中,有些概念看来很相似,但其意义却不相同。例如速度与加速度、电压与电动势、功和能等等。对于这些概念我们可采用对比的方法,弄清其区别与联系。例如电压是反映静电场力做功,把电能转变成其它形式的能的物理量;电动势是反映非静电力做功,把其它形式的能转变成电能的物理量。这是它们质的区别,在量值上它们都是以移动1库仑电荷做功的多少来量度的,二者单位都是“伏特”。所以电压和电动势的物理意义是不同的,但它们之间又是有联系的。当学生对这两个物理量有了这样的理解后,在他们学习全电路欧姆定律时,从能量转换和守恒的角度来推导和理解这个定律就不困难了。

第四:物理学的许多概念及其公式都有它确定的意义,前提条件和适用范围。应从物理量之间的客观存在的依存关系上去全面理解,而不能只从它们之间所反映的数量关系来形式说明。例密度ρ= ,电阻R ,电容C ,加速度a= 等均是定义式而不是决定式,分析它们的变化一定得寻找决定式;又如电功率p=UIp=I2RP= 一定要注意这些公式的适用条件,领会只有在纯电阻电路中才是等效的;再如Ek E 等使用时一定要注意它们的前提条件和适用范围。

第五:通过阶段性的学习,让学生逐步形成概念。人的认识规律总是从简到繁,从易到难,从浅入深的过程。一个完整的概念的形成和掌握也需要有一个发展的过程。因此,强调一次讲深讲透的做法是不符合学生的认识规律的。正确的做法应随着学习的进展,逐步扩大和加深对概念的理解,而每一个阶段的学习都应有明确的要求;同时,不同阶段的学习,又必须相互联系,形成一个整体,以最终形成一个相对完整的概念。例如,在初中只学习“力是物体间的相互作用”,对力的效果也只要求定性知道它是改变物体运动状态的原因或使物体发生形变的原因,而对于定量的要求我们高一才进行学习。又如,磁场的对电流的作用,在初中也只作定性研究,即只要求了解通电导线受力的方向,而在高中不仅要知道力的大小和方向,还要能从此推导出洛伦兹力的公式。此外,要学生牢固掌握概念,还必须让学生在运用知识解决实际问题的过程中不断加深。

总之,一个概念的形成,理解并掌握是一个较为复杂的过程。是一个特殊的认识和一般的认识、感性认识与理性认识的反复结合,相互作用的辩证发展过程,是认识的不断深化的过程。新课程不但改变学生的学习方式,同时也改变教师的教学方式。作为一名物理教师,我们一定要更新物理课程理念,不断接受新知识、新技术、新信息,主动适应社会发展和科技进步的时代需要,不断地改善和发展自已的认知结构,采用多种现代手段,高效地完成高中物理有关概念教学,为学生进一步学好物理打下坚实的基础。

 

参考书目

1、《高中物理课程标准教师读本》 李尚仁主编

2、《中学物理教材教法》     许国 主编

【编辑:陈 倩、俞文炎 审核:修红英 监制:吴江滨】
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