例談物理概念探究教學(xué)的有效策略

摘 要: 本文以《速度改變快慢的描述——加速度》的教學(xué)為例談高中物理概念探究教學(xué)的有效策略。

關(guān)鍵詞: 物理概念探究教學(xué) 有效策略 加速度

我從事高三物理教學(xué)多年，在教學(xué)中總是遇到這樣無奈的局面:學(xué)生對于重要的物理概念經(jīng)常一問三不知或知之甚少，甚至還有很多錯誤的理解。反思其原因，主要是學(xué)生在初學(xué)概念時沒有掌握、理解到位。這就提醒我們需認真審視物理概念探究教學(xué)的有效性。

一個物理概念的建立，首先在人的頭腦中有一個形成過程，然后依據(jù)概念定義的原則(普遍性、科學(xué)性、可測性等)與建立概念的程序，一步一步地把概念建立起來。概念在人頭腦中形成的過程是人的一個心理活動過程，大致經(jīng)過的四個階段:感覺→知覺→觀念→概念。因此，有效的概念探究教學(xué)也應(yīng)大致經(jīng)歷四個階段:識物→樹理→用理→串理，幫助學(xué)生經(jīng)歷從感性認識到理性認識上的飛躍和從理性認識到實踐的飛躍。簡單地說，有效的物理概念探究教學(xué)應(yīng)著重圍繞以下三個問題展開:一是為什么要提出此概念;二是如何認識、定義、理解此概念;三是此概念在生產(chǎn)、生活實際中有什么應(yīng)用或意義，即如何應(yīng)用此概念。下面我就以《速度改變快慢的描述——加速度》的教學(xué)為例談此問題。

一、對教材素材進行合理的改進，創(chuàng)設(shè)良好的探究情境

楊振寧教授說:“成功的真正秘訣是興趣?！闭莆崭拍畹倪^程是學(xué)生認識上的一種飛躍的過程，這個飛躍必須通過學(xué)生自己的思維活動才能實現(xiàn)。如果學(xué)生對知識不感興趣、不動腦筋，他是“飛躍”不上去的。因此我為了能創(chuàng)設(shè)一個學(xué)生感興趣的情境，作了三次嘗試。

情境一:普通的小型轎車和旅客列車，速度都能達到100km/h。但是，它們起步后達到這樣的速度所需的時間是不一樣的。例如圖1所示，一輛小汽車起步時在20s內(nèi)速度達到了100km/h，而一列火車達到這個速度大約要用500s。誰的速度“增加”得比較快?它們的速度平均1s各增加多少?請再舉出一些例子，說明“速度快”、“速度變化大”、“速度變化得快”描述的是三種不同的情況。

第一次我就利用教材中的“思考與討論”展開探究。由于情境比較簡單，因此學(xué)生幾乎不用思考就能回答出前兩問，但是對于舉例說明就答不上來，這是因為學(xué)生并沒有獲得足夠的感性認識，并未真正引起興趣而深入地進行思考。為此我創(chuàng)設(shè)了如下的情境二。

情境二:請比較下列五種不同物體運動的速度改變快慢。

雖然情境二比情境一更具體，但是仍然是直接展示，并未引起學(xué)生的真正興趣，所以學(xué)生參與的熱情并不理想，激發(fā)不出學(xué)生的思維。通過與學(xué)生的交流，我了解到學(xué)生都比較喜歡賽車這項運動，為此創(chuàng)設(shè)了如下的情境三。

情境三:首先利用多媒體播放了學(xué)生運動會上百米賽跑的視頻。由此學(xué)生達成一致共識:要取得勝利，運動員在起跑時的加速快是非常重要的。然后展示了如圖2的四輛跑車，比較它們的加速性能的好壞。

這下子學(xué)生的興趣上來了，進行了深入思考，先比較1、2和2、3，然后與4比較，很自然地用上了控制變量的思維方法，并且進行總結(jié)而得出只要用“速度的改變量與所用時間之比”就可以進行比較。其實這就是加速度的概念，通過情境三，學(xué)生認識到了引入加速度概念的必要性和加速度概念的定義方法(比值定義法)，由此展開加速度概念的教學(xué)就水到渠成了。

二、對概念進行合理的延伸探究，加深對概念的理解

加速度概念教學(xué)的另一個難點就是其矢量性，學(xué)生對于加速度的方向應(yīng)學(xué)習(xí)了牛頓第二定律以后才能真正理解，所以常規(guī)的處理方法是直接給出當物體做加速直線運動時，加速度方向與速度方向一致，當物體做減速直線運動時，加速度方向與速度方向相反的結(jié)論。學(xué)生完全是通過記憶來理解，這樣做會使學(xué)生形成思維定勢，只知兩者同向和反向這兩種情況，而不知其它情況，并且不知其所以然。由加速度的定義可知加速度的方向與速度改變量的方向一致，為此我通過作矢量圖的方法來探究加速度的方向。

問題1:一位同學(xué)從操場中心O點出發(fā)，向東走了40m，到達C點，然后又向東走了30m，到達B點。則兩次行走的合位移的大小和方向如何?

問題2:一位同學(xué)從操場中心出發(fā)，向西走了40m，到達C點，然后又向東走了30m，到達B點。則兩次行走的合位移的大小和方向如何?

問題3:一位同學(xué)從操場中心出發(fā)，向北走了40m，到達C點，然后又向東走了30m，到達B點。則兩次行走的合位移的大小和方向如何?

學(xué)生分別作出如圖3、圖4、圖5的矢量圖。

由此可得確定合位移的方法。然后把矢量差運算Δv=v-v變換成矢量和的運算Δv=v+(-v)，再探究速度改變量Δv=v-v的方向。

問題4:在直線運動中若初速v與末速v同向，且v>v(加速運動)，則速度改變量Δv=v-v的方向如何?若初速v與末速v同向，且v

同樣學(xué)生也可作出如圖6、圖7的矢量圖，并得出相應(yīng)的結(jié)論。

此探究過程雖然花費了較多的課堂時間，有一定的難度，需要教師作好合理的引導(dǎo)，看似沖淡了本課的教學(xué)主題，但是科學(xué)課程中的科學(xué)探究，是讓學(xué)生經(jīng)過自己的探索獲得知識與技能，體驗其中的曲折與樂趣，體驗科學(xué)思想和科學(xué)精神。與科學(xué)的結(jié)果相比，教學(xué)中的探究更重視的是科學(xué)過程，因為探究活動在教育中的主要作用在于播種一種行為，收獲一種習(xí)慣。此探究過程鍛煉了學(xué)生的理性思維和邏輯推理能力，尤其是結(jié)合了數(shù)學(xué)思維，加深了矢量運算的理解，突破了教學(xué)難點之一。

三、讓概念走進生活，讓概念生活化，讓生活科學(xué)化

物理教學(xué)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從身邊熟悉的自然現(xiàn)象和生活現(xiàn)象中，探索和認識物理規(guī)律，并盡量把認識到的知識和研究方法與生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用聯(lián)系起來，體會物理學(xué)在社會進步中的作用。這就是“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念。

在學(xué)生充分了解了“加速度”科學(xué)概念的基礎(chǔ)上，我再把學(xué)生的注意力轉(zhuǎn)移到生活中來，利用科學(xué)概念來指導(dǎo)和分析生活。利用多媒體展示課本第30頁的“說一說”、“一些運動物體的加速度”和第31頁的“科學(xué)漫步”(速度的率化率)欄目。在學(xué)生展開充分的討論后再進行總結(jié)生活中的“加速度”概念和“加速度”語言。并給出問題5進行生活語言的科學(xué)化。

問題5:判斷下列關(guān)于“快慢”的說法中哪些是加速度，哪些是速度?

①北京奧運會上，觀眾說博爾特起跑最快，裁判說博爾特跑得最快。

②在高速路上汽車跑得快，所以能很快到達目的地。

③由于航母的長度限制，艦載飛機要飛得很快才能安全起飛和著陸。

④“協(xié)和”式飛機能在20000m高空飛行得很快。

物理概念是反映物理現(xiàn)象、物理過程本質(zhì)屬性的一種抽象，是在大量觀察、實驗的基礎(chǔ)上，運用邏輯思維的方法，把一些事物本質(zhì)的、共同的特征集中起來加緊以概括而形成的，它是人們進行物理思維的基礎(chǔ)。物理概念的探究教學(xué)要給出生動具體的直觀情境，啟發(fā)學(xué)生的積極思維，激發(fā)學(xué)生參與概念抽象過程的探究，引導(dǎo)學(xué)生理解概念。“高樹聳去根在地”，根深才能葉茂。物理概念在整個物理知識中就猶如其扎地的根，因此要提高物理教學(xué)的有效性，必須重視物理概念的探究教學(xué)，讓學(xué)生真正理解概念，能運用概念。

參考文獻:

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江蘇省教學(xué)科學(xué)“十一五”規(guī)劃重點資助課題“高中新課程中提高探究性教學(xué)適切性的行動研究”研究成果，批準號為B—a/2008/02/003