物理概念教学的过程是在教师指导下,调动学生认知结构中的已有感性经验和知识去感知、理解材料,经过思维加工产生认识飞跃(包括观念转变),最后组织成完整的概念图式结构的过程。为了使学生掌握概念和发展认识能力,必须扎扎实实地处理好每一个环节。阎金铎先生认为,讲清物理概念的标准是“讲清概念的来龙去脉”,并从五个方面进行了阐释:第一,问题是怎样提出来的?为什么要引入某一物理概念?是怎样进行分析、综合、概括的?第二,某概念是如何定义的?量值是多少?量度单位是什么?第三,某概念的物理含义是什么?它反映了客观事物的哪些本质属性?概念的内涵是什么?第四,某概念的使用条件、适用范围是什么?概念的外延是什么?第五,它与其它物理量有什么关系?在形成某一物理规律的过程中,它起什么作用?这是物理教学界公认的讲清物理概念的基本标准。这个标准也反映了物理概念教学的顺序性和阶段性,也完全符合“学习进阶”理论。
物理概念一般可分为两类,一类是只有质的规定性的概念,如运动、静止、电场、光等;另一类不仅具有质的规定性,还有量的规定性,这种概念又叫物理量,例如速度、加速度、功、动能、动量、电流强度、电场强度等。物理量的定义应包括描述性定义和测量性定义两部分。由于物理学是一门定量科学,所以物理量在物理学科中占有重要地位。
(一)概念的引入
在概念教学中,要使学生明确为什么要引入这个概念?没有这个概念行不行?这个概念是用来解决什么问题的?只有让学生明确了这个概念引入的目的,才能调动学生的学习积极性。例如,为什么要引入“速度”这个概念?物体的位置变化可用位移表示,但不同物体在相同的时间内位移不同,位置变化不同,有的物体位置变化快(如汽车),有的物体位置变化慢(如自行车),为了区分不同物体的位置变化快慢,就要引入“速度”这个概念。引入概念的常用方法有:
(1)通过演示实验引入概念
如,在“浮力”概念引入之前,先做一个演示实验:在弹簧秤下悬挂一个重物,手向上托重物,弹簧秤示数变小;再把重物放入水中,可观察到弹簧秤的示数也变小了。据此引入“浮力”概念,学生易于接受。
(2)用类比法引入概念
如,在引入“电压”概念之前,讲清水流与水压的关系,再通过类比,引入电流与电压的关系,从而引入“电压”概念。这种方法形象生动,学生易于理解。
(3)通过物理现象引入概念
如果学生缺乏建立概念所需的足够的感性经验,可以通过一些典型实验,使学生获得鲜明的感性知识,在此基础上进一步探索,形成概念。
如,在引入“惯性”概念时,引导学生观察乘坐汽车的过程中汽车刹车、加速、拐弯时所发生的现象,通过分析引入“惯性”概念,学生易于接受。
(4)通过问题引入概念
如,在引入“密度”概念时,老师先提出问题“有人说铁比木头重,这句话对吗?”让学生讨论。有的学生说铁比木头重,还举出一些例子说明;有的说不一定,但又讲不出道理;有的则没有办法肯定。老师在学生争论的基础上,归纳出物重除跟构成这种物体的物质有关外,还跟其体积有关,指出体积相同的铁比木头重,并据此引入“密度”概念。通过提出问题,引起学生争论,使课堂气氛活跃,这种引入概念的方法收效甚好。
(5)通过物理故事引入概念
如,在引入“大气压”这个概念时,可介绍马德堡半球实验的故事。又如,在引入“磁场”的概念时,可讲述我国古代四大发明之一的“指南针”的故事。通过物理故事,激发学生的学习兴趣,加深对概念的认识。
(6)从旧概念引入新概念
有些情况下,特别是到了高年级,学生已建立了许多物理概念,物理感性知识也更丰富。这时可在复习有关旧知识基础上引入新概念。
如,从“平均速度”引入“瞬时速度”,要确定某一点的瞬时速度,可在该点附近取一小段位移,求出平均速度,当位移足够小,或者说时间足够短,所得的平均速度就等于该点的瞬时速度。
如,高中讲电势能、电势概念时,可先引导学生回忆重力做功、重力势能等知识,通过类比,建立新概念。这是认知结构同化作用的体现。适合这种情况的新的知识的关系可以是多种多样的,如可以是类比的(如重力势能与电势能、电流与水流),对比的(如功率与速度),类属的(如从能的概念同化分子能、核能等),或归纳推广的(如由机械能、电能、内能概念概括出能)等等。
(7)从学生已有的经验引入新概念
如,在引入“力”的概念时,学生对力已经有了自己的亲身体验,从而教师可以抽象出力的物体性,进而引入力的概念。这样做,学生对力的概念体会深刻,易于理解。
(8)由逻辑推理引入新概念
如,“电场”和“磁场”这两个概念是由逻辑推理的方法引入的。由力的概念可知,力是物体对物体的相互作用。通常物体间发生作用时,都是直接接触的,而电荷间的作用、磁极间的相互作用,是没有直接接触的。那么电荷间、磁极间是怎样发生相互作用的呢?由逻辑推理可知,电荷周围和磁体周围的空间存在着电场和磁场。这样引入电场和磁场的概念,便于学生理解。这种方法强调知识的内在逻辑性和知识体系的整体性,对于形成良好的认知结构十分有利。
总之,引入新概念的方法多种多样,要根据具体情况,采用最恰当的引入方法,才能产生较好的效果。物理概念的引入过程,一方面能引起学生的注意,明确概念学习的目的;另一方面能激发兴趣,引发学习动机;再一方面还能起承前启后,建立知识联系的作用。
(二)概念的建立
物理概念是由物理现象和事实中抽象出来的,是用来表征物质的属性和描述物质运动状态的。任何物理概念都建立在客观事实基础上,在建立物理概念的过程中,应尽可能从具体事物、事例,或演示实验出发,使学生对物理现象获得清晰的印象,然后通过分析,抓住现象的本质,使学生从具体的感性认识上升到抽象的理性认识,从而形成物理概念。
例如,匀变速直线运动的“加速度”这个概念的形成可以通过列举实例:
火车开动时,它的速度从零增加到每秒几十米,需要几分钟;
汽车开动时,它的速度从零增加到每秒几十米,只需几秒钟;
步枪射击时,子弹的速度从零增加到每秒几百米,仅用千分之几秒;
急速驶行的火车要停下来,需要几十秒钟;
急速行驶的汽车要停下来,几秒钟就够了;
子弹射入墙壁中,千分之几秒钟就可停止。
由此可知,许多常见的变速运动,其速度变化的快慢不同,而且差别较大。
物体运动速度改变的快慢有重要的现实意义:百米赛跑,起跑时速度增加的快,可以缩短运动时间,提高成绩;汽车在紧急刹车时,速度改变的快,则可避免发生事故。
为了表示速度改变的快慢,便引入了一个新的物理概念“加速度”。
值得注意的是,形成概念的前提是使学生获得十分丰富的有助于形成这个概念的感性材料。从感性认识上升到理性认识,是认识上的飞跃,这个过程只能由学生自己来完成。如果教师包办代替,在罗列一些物理现象之后,就简单地把物理概念的定义提出来,就会造成学生理解的不充分,对物理概念囫囵吞枣,死记硬背。
1.概念建立过程中应注意的问题
(1)准确性。一个概念,如果在建立的过程中,教师讲得准确、生动、形象,学生易于接受,并且能留下深刻的印象,就不容易被遗忘。其中特别重要的是准确性,如果学生第一次接受某概念时,模糊不清,将会影响他对概念的理解、记忆和应用。
(2)直观性。物理概念是从直观的感性认识经过抽象上升到理性认识而形成的。直观性是相对于抽象性而言的,人的认识来源于人的感觉,来源于人的感觉器官对外界的直接反映。直觉能使学生获得感性认识,教师要把学生的感性认识与抽象的理性认识联系起来,建立桥梁,激发学生对物理概念的学习兴趣,发展学生的认知能力,把握住概念的基本属性。
(3)简洁性。一个物理概念的定义表述应该具有科学性、准确性及简洁性。应该用最简洁的文字表达完整的物理意义,少一字就不准确,多一字显得啰嗦。如,力是物体对物体的作用。短短的几个字就能阐明力的本质。如果只说“力是作用”,那么力是什么作用呢?“物体对物体的”几个字揭示出了力的物质性。有人认为有两个“物体”不是重复吗?这里两个物体,说明了力是物体间相互作用,至少要有两个物体才能产生力的作用。
2.物理概念的定义方法
(1)直接定义法。物理概念中有相当一部分是根据物理现象直接给它下定义的。如,力是物体对物体的作用,物体所含物质的多少叫质量,等等。
(2)比值定义法。物理概念的定义式是一个比值,如密度(ρ=m/V)、速度(v=s/t)、加速度(a=Δv/Δt)、电阻(R=U/I)等等。这类概念一般来说是从某个侧面反映事物的特性,这些比值的大小是由事物本身的属性所决定的,而与比式中的各量无关,并且在一定条件下,这些比值必然是一个恒量。
(3)乘积定义法。物理概念的定义式是几个物理量的积,如电功(W=UIt)、电功率(P=UI)等等。对于这类物理概念应从它所能产生的效果去认识它的特性。
(4)差值定义法。物理概念的定义式是几个物理量的差,如位移(S=x2-x1)、电势差(Uab=Ua-Ub)。
(5)和值定义法。物理概念的定义式是几个物理量的和,如合力(F=F1+F2)、总功(W=W1+W2)等。
(6)极限思维定义法。物理概念的定义式是几个物理量的数学极限表达式,如瞬时速度,瞬时加速度等。
(7)函数定义法。物理量的概念定义式是物理量的函数表达式,如正弦式电流(i=Imsinωt)等。
(三)概念的理解
一个物理概念建立以后,要引导学生深刻理解这个概念,在理解的基础上记忆。只有深刻理解,才能记忆牢固、运用自如。
1.理解物理概念的物理意义。
一个物理概念有确定的物理意义,只有引导学生深入理解物理概念的物理意义,才能全面、系统、深刻地理解这个物理概念。
如向心加速度的概念,历来是学生感到抽象难懂的概念。向心加速度只能改变线速度的方向,不能改变线速度的大小,是描述线速度方向变化快慢的物理量。有不少学生对向心加速度能改变线速度的方向,但不能改变线速度的大小这种特性不能理解,其原因还是对向心加速度的物理意义理解不透,此时应引导学生从向心加速度特点出发,认清向心加速度和线速度方向间的关系,即互相垂直,故向心加速度不能改变线速度的大小。
2.理解概念的内涵与外延
概念的内涵即概念的本质。概念的内涵既反映了物理对象某种属性的“质”,又反映了物理对象某种属性的“量”(即“量度方式”和“量度单位”),这样的物理概念也叫物理量。概念的外延即概念的适用范围,是指概念所反映的具有某一属性的一类现象或事物。
概念教学的关键是使学生了解概念的内涵和外延。定义是明确概念内涵和外延的依据。所以,为了找出概念的内涵和外延,必须从分析概念的定义入手。例如,力的定义是“物体对物体的作用”,力的概念所反映的事物的特有属性是“物体对物体的作用”,此即力的内涵;力的概念所反映的特有属性的事物是具有这特有属性的所有的力,如万有引力、电磁力、分子力、核力等具体的力,此即力的概念的外延。同样,惯性概念的内涵是“物体有保持原来运动状态的性质”,外延是“一切物体”。
弄清概念的内涵,就抓住了概念的本质特征。物理概念建立以后,首先要揭示概念的本质特征。要充分运用各种直观手段,观察事物,做好演示或联系生产生活实际,在头脑中对物理现象和事物构成一幅物理图象,抓住主要的本质特征,建立一个物理模型。
如,对“电阻”概念,由R=U/I可知,对一个确定的导体而言,这个比值是个常量,它表示导体的一种物理性质。那么它表示导体的什么性质呢?通过实验可知,当电压U恒定时,R增大,I将减小。说明R可以表示导体对电流的阻碍作用的大小,从而得出结论:R是表示导体对电流阻碍作用大小的物理量,任何导体都有这种性质。这一常量与加在导体两端的电压无关,即R∝U是错误的。R=U/I提供了一种测量导体电阻的方法(伏安法)。
此时必须进一步用实验证明导体的电阻跟电压和电流强度无关,而是由导体本身性质决定的,即R=ρL/S。在温度不变的条件下,对同一导体来说,不管电压和电流强度的数值如何,电阻的大小总是不变的,这就抓住了电阻概念的本质(内涵)。
扩展概念的外延,主动建构概念外延与内涵之间的联系有助于理解其内涵。概念的外延是概念的内涵所反映的对象的集合。例如,力的内涵是“物体对物体的相互作用”,而物体对物体相互作用的形式有很多,重力就是地球对物体的吸引,这是一个内涵对象。通过对重力的学习,学生了解了物体对物体可以有一种吸引作用。而通过对弹力、摩擦力的学习又可以使学生了解更多的物体对物体的作用形式。因此,通过对各种力的学习,可以体验和了解更多的“物体对物体作用”的形式,即随着外延的扩展,对内涵的理解更深了。再如,能量的内涵是“物质运动转换的量度”,这就需要学生逐个学习能量的各种内涵表达的对象,如动能、势能、机械能、电磁能、分子能、核能等。通过各种形式能量的运动形式与量化转换关联方式的学习,我们对能量这个概念的理解就更深刻了。事实上,概念的内涵对象有时就是其下位概念。力是重力、弹力、摩擦力等的上位概念,即核心概念;而动能、势能、机械能、电磁能、分子能、核能等是能量的下位概念。我们要尽可能地让核心概念与下位概念之间发生正迁移,以促进对概念的深刻理解。
3.理解物理概念的多种表述方式
物理概念的表述有多种方式,它是最重要的物理语言,在概念学习时要从多种方式加以理解。物理概念的表述通常有文字表述、公式表述、图象表述、图形描述、图表描述等五类。
文字表述:是指用科学简练的语言,正确描述概念的定义。每一个物理概念都应具有科学的定义。
公式表述:是指用数学方式反映物理概念的定义,直观体现概念的构成要素。例如速度v=s/t是位移s与时间t比值。同时,应注意到量度公式和决定式的区别,例如,电容C=εs/4πkd是它的决定式,而C=Q/U是它的量度式,即C的大小不取决于电量和电压。类似有R=ρL/s是电阻的决定式,R=U/I是它的量度式。
图象表述:是指用数学图象反映物理含义的一种表达方式。例如波的传播,用波的图象x-y描述各个质点在某一时刻的振动与传播非常直观,用振动图象x-t描述某一个质点在各个时刻离开平衡位置的振动情况非常方便。
图形描述:是指用图形形象地描述概念的方式。例如“场”的概念,尽管场的物质性是不可否认的,学生也能通过推理得出并承认这一事实,但是场毕竟与学生很熟悉的实体物质有着很大的差异。学生很难理解场的“无孔不入”以及“不可见”,从而给教学带来困难。借助电场线和磁感线就可以使场的空间分布形象化,学生凭借着科学想象,头脑中建立一个较为完整的场的空间物理图象,是极为重要的。因为若没有这种电场线和磁感线的形象描述,以后的很多电磁现象就很难分析清楚。
图表描述:是指用图表揭示物理概念的内在规律。如LC振荡电路的电流变化、电量变化、电场强度与电场能量变化、磁感应强度与磁场能量变化等用图表描述非常清晰,容易对比,便于理解。
4.理解概念间的联系与区别
在物理学中,有些概念很相似,但其意义却有本质的区别。在教学中既要注意某一概念的本身,又要注意不同概念之间的联系,采用找联系、抓类比的教学方法,来讲清这些概念,让学生知道其间的区别和联系,这对帮助学生理解和掌握这些概念有很大的作用。如电场和磁场既有区别又有联系:变化的电场可以激发磁场,变化的磁场可以激发电场,变化的电场和磁场相互联系相互激发,才形成一个不可分离的统一的整体——电磁场。
对概念的定义中重要的“字”“词”要认真推敲,使学生对概念有明确的认识。例如,楞次定律“感生电流的方向,总是要使感生电流的磁场,阻碍引起感生电流的磁通量的变化”,第一句话指出定律的用途是判断“感生电流方向”;第二句中的“总是”,其含义是“一定如此”;第三句中的“阻碍”,既不是“阻止”,也不是“产生相反方向的磁通量”,而是“引起感生电流的磁通量减少时,感生电流的磁场方向与原磁场方向相同,阻碍它减少;引起感生电流的磁通量增加时,感生电流的磁场方向与原磁场方向相反,阻碍它增加”。同时要注意“引起感生电流的磁通量是变化的,感生电流的磁场总是阻碍这个变化的”。
例如,针对“电场强度”这一反映电场本身固有属性的物理量,就可编撰下列一组问题:(www.xing528.com)
(1)在电场中的P点放一个2.0×10-8C的点电荷,它受到的电场力是4×10-10N,P点的场强是多大?假定在P点改放一个8×10-8C的点电荷,P点的场强是多大?如果在P点不放电荷,P点的场强是多大,为什么?
(2)关于电场强度的概念,下列说法中正确的是:
A.由E=F/q可知,电场中某点处的电场强度跟放在该点的检验电荷所受的电场力成正比
B.由E=F/q可知,电场中某点处的电荷所受电场力总是跟电荷电量成正比
C.放入电场中某点处的电荷所受的电场力越大,则该点处的电场越强
D.放入电场中某点处的单位电荷所受的电场力越大,则该点处的电场越强
E.由公式E=F/q可知,E与q成反比;由公式E=Kq/R2可知,E与q成正比。可见这两个公式是不相容的
F.放入电场中某点的检验电荷的电量改变时,电场强度也随之改变;将检验电荷拿走,该点的电场强度就是零
这些问题很容易把学生对电场强度的模糊认识暴露出来。有的学生硬套公式E=F/q,有的学生则以为“q变F就变,E也随着变;没有q,F就不存在,场强也就消失了”。澄清了学生对这一概念的模糊认识,便会形成正确的电场强度概念。
对于相似概念,也可以从它们各自不同的特点出发,进行比较。例如,在学习“冲量”的概念后,求水平面上运动的物体在某一段已知时间内重力和支持力的冲量。对此问题,许多学生凭直觉就认为两个力的冲量都是零,理由是竖直方向上的重力和支持力对水平方向上物体的运动没有贡献,这显然是把“功”的概念移植到计算“冲量”的问题中来了。为此,在学生学习“冲量”的概念以后,就有必要设置问题,让学生从“功”和“冲量”这两个物理量各自的特点进行比较。
案例:两类摩擦力的比较复习[1]
摩擦力既是进行物体受力分析的重点,又是力学计算的难点,许多学生在学习中由于弄不清静摩擦与滑动摩擦之间的联系与区别,常认为摩擦力总是阻碍物体运动的,有摩擦力做功的物体系统其机械能一定减少等等,以致阻碍了思维能力的培养和物理素质的提高。对此,笔者精心设置问题,故布疑阵,引导对比分析,辨析错误是非,运用比较法,收到了比较好的效果。
1.比条件,认识共性
首先让学生思考下述问题。
[例1]两个相互接触的物体之间是否存在摩擦力,以下叙述中正确的是:
A.两物体间没有相对运动,也可能有摩擦力
B.只要两物体间有相对运动,就一定有摩擦力
C.两物体间相互挤压且发生相对运动,不一定有摩擦力
D.两物体间接触面粗糙,有相对运动,不一定有摩擦力
经过学生积极地思索,找出正确答案后,归纳出摩擦力产生条件为:
①接触面粗糙,即μ≠0;
②接触面间相互挤压,即有正压力;
③有相对运动(或趋势)发生。
而后,教师引导学生做如下概括:
①摩擦力产生的三个条件缺一不可,必须同时具备。
②静摩擦力与动摩擦力均是发生在接触面上的同一性质的接触力。其效果总是阻碍物体间发生相对运动或相对运动趋势。因而其方向均跟接触面相切,与相对运动(或趋势)的方向相反。
③相互作用物体间的摩擦力必成对出现,遵从牛顿第三定律,大小相等,方向相反,分别作用于相互作用的两物体上,而且同时产生,同时消失,因此,一对相互作用的摩擦力不论是静摩擦力还是动摩擦力必等大反向,对于系统来讲,为内力,其总量为零。
这些都是学生学习中模糊不清的地方,只要教师引导学生进行提炼、概括,就可清楚准确地认识概念。
2.比大小,弄清本质
两种摩擦力的大小均跟正压力成正比吗?提出问题后,让学生先看下例。
图5.1
[例2]如图5.1示,一长木板左端用铰链固定,右端放一质量为m的物体,物体与木板间的摩擦系数为μ,当把木板右端缓慢抬起的过程中,物体m受到的摩擦力如何变化。
A.增大 B.减小
C.先增大后减小 D.先减小后增大
经思考后,教师引导分析:木板刚抬起的过程中,物体并不滑动,这一过程中,物体只受静摩擦力,大小为f=mgsinθ,与重力的分力相平衡,随着θ增大f也增大,但此过程中正压力N=mgcosθ,则随θ增大而减小,f与N不成正比。
当θ大到一定角度时,静摩擦力达最大值,以后再增大θ角,物体便在木板上下滑,因而变为滑动摩擦力:
f=μN=μmgcosθ
当θ增大f减小,且始终有f∞N。
从以上两类摩擦力大小的计算,引导学生归纳出以下结论:
正压力是摩擦力产生不可缺少的条件之一,但静摩擦力的大小与正压力的大小无关(最大静摩擦除外),而滑动摩擦力的大小总与正压力成正比。这是两类摩擦力大小计算中的显著差异。
3.比效果,辨误正名
有人认为,摩擦力总是阻力,阻碍物体的运动,摩擦力永远做负功,对吗?
例如,物体m在水平地面上运动,与地面的摩擦系数为μ,地面对物体的摩擦力是阻力,而且做负功。但物体对地面的摩擦力并不做功。
[例3]质量为m的物体以初速度v0射到停在光滑平面上的平板车表面的左端,平板车质量为M,与物体间的滑动摩擦系数为μ,两者相互作用的过程中,滑动摩擦力对m物体是阻力,而对平板车则是动力;对m物做负功,而对M车则做正功。
因此,通过以上对比,使学生深刻认识到:
①摩擦力可以是动力,也可以是阻力;
②摩擦力可以做正功,也可以做负功,也可以不做功。
4.比做功,同中求异
由上面两例分析可知,摩擦力不仅可以做正功,而且也可以做负功或不做功,那么有摩擦力作用的系统机械能是否一定要损失?
[例4]在例3中,若已知物体在平板车上滑动了距离L就停止在车上,可由动量守恒定律求得共同速度:
则滑动摩擦力的功为:
对m物,
对M车,
而S1-S2=L,S1、S2分别为物与车对地的位移
故:Wm+WM=-fL<0
由此看来,相互作用的物体系内,一对滑动摩擦力,一个做正功,另一个做负功。由于有相对位移,其总功一定为负值。故系统机械能一定减少,而且Wf总=-ΔE。
而一对静摩擦力的总功为零,系统内若只存在静摩擦力,则机械能不损失。
对于相似、易混、不易弄清的概念,通过对比引导加深认识,是一种有效的方法。
概念的关联性理解有助于对概念的深度理解。概念与某些现象之间存在关联性。对这些关联性的探究过程是对概念的深度理解过程。例如,力的概念需要关注三个方面,力的作用效果、力与运动之间的关系、力与运动变化的关系,我们可以从力的作用效果理解力的基本性质,从力和运动之间、力和运动变化之间的关系来理解力如何对运动产生作用和它们两者之间的数量关系。一些概念之间看上去没有太大的关联,但他们背后可能存在着很有意义的关系。如,我们可能不会把密度与压强联系起来,其实它们都是描述物质世界某种形式的密集程度的物理量。中学教材中,我们说密度就是质量与体积之比值,其实这种理解不全面,密度可以分为线密度(一维)、面密度(二维)、体密度(三维)。如,电线杆上单位长度上鸟的数量就是线密度,一块田里害虫的密集程度就是面密度,单位体积内的分子数量就是体密度。密度是大概念,压强是单位面积上的压力大小,是一种面密度。
(四)概念的深化
概念是发展的,物理概念教学,必须遵循循序渐进的教学原则,注意形成概念的阶段性。学生对概念的认识,只能是从简单到复杂,逐步加深,不可能一下子就理解得很透彻,它是随着学生认识水平的提高,抽象思维能力的增长而逐步深化的。
1.概念的阶段性
有些物理概念具有阶段性,不同的阶段,对概念的认识和理解的深度和广度都不相同。因此,在概念教学中,要结合学生认知能力,分阶段、循序渐进的深化物理概念。例如,在“力”的概念教学中,阶段性十分突出:初中阶段只讲力是物体对物体的作用;高中阶段又分为力学中的重力、弹力、摩擦力、万有引力,热学中的分子力,电磁学中的电场力、磁场力,核物理中的核力,对力的认识和理解是逐步深化的,是贯穿在整个中学物理学习中的,不可能一步到位。
2.概念的发展性
有些物理概念是随着科技进步和人类社会发展而发展的,在这些概念的教学中注意不要把发展中的概念讲死。如,人们对核力的认识还是有限的,关于核力的本质,目前科学家们还没有弄清楚,因此,在“核力”概念的教学中,要讲清已经认识到的一些内容,还要讲清其发展性。
对于有的物理概念,了解它在历史上的产生、形成和发展过程,才能更深刻地理解它们的本质。例如,“动量”和“动能”是物理学中两个极为重要的概念,它们都和质量、速度这两个概念有关。如果只讲述定义,即使详细罗列两者的区别,学生仍旧不能深刻领会这两个概念的物理本质,在分析具体问题时,经常会混淆不清。究竟是动量还是动能才真正是机械运动的量度呢?这个问题在物理学史上曾经有过长期的争论。从十七世纪笛卡儿和莱布尼兹等人作为量度运动量的物理量提出这两个概念后,经过半个多世纪的争论,直到十九世纪中期,才由恩格斯根据当时自然科学的最新成就,特别是能量转化与守恒定律的发现,从运动转化的观点,精辟地论述了动量和动能这两个概念。恩格斯指出,如果运动的变化只局限于机械运动范围,不发生运动形式的转化,那么作为机械运动的量度,动量是适用的,当物体发生相互作用时,动量可以传递,系统动量的变化遵循动量守恒定律;如果机械运动消失,而以等量的其它形式的能量(势能、热能、电磁能、化学能等)出现,动量在这里就不能正确地反映运动的量的变化,机械运动的量度必须用动能来表示,系统机械能的变化遵循机械能守恒定律。
模型的理解是概念的深度理解方式。作为科学思维结果的模型,本质上是一种概念,它是对状态或过程的本质特征的描述。例如,质点是把一个物体的质量集中在一点上而忽略了物体本身大小和形状的模型,理想气体是忽略了分子间的相互作用力和分子本身大小的一种模型,而匀速直线运动是任意两个相等的时间内质点发生的位移都相等的一种运动。因此,这些模型的特征是理想化与本质化的,这种理想化的模型是人们研究某种形式的过程或某一状态后的思维结果,是概念。
(五)概念的运用
概念教学的最终目的是要能运用概念来解决具体问题。因此,概念教学中要引导学生运用所学的物理概念来分析、解决有关的物理问题。在概念的运用中,又能加深对概念的理解,形成自然记忆,并借此可促进学生思维的积极性,及时暴露概念学习中的问题,有利于对概念的进一步理解和深化。
教学是一门科学,又是艺术,教学有法,教无定法。物理概念教学是物理教学的关键内容,只有不断创新、不断优化教学方法,才能提高概念教学的水平。
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