淺談高中物理概念教學(xué)

卜云龍

概念是客觀事物的共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映，是客觀事物的抽象，是觀察、實(shí)驗(yàn)和思維相結(jié)合的產(chǎn)物。在物理教學(xué)中，物理概念的形成有利于人們認(rèn)識客觀世界，物理概念的掌握有利于學(xué)生思維活動(dòng)的開展，因此概念教學(xué)具有重要的意義。這就要求教師在物理教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生通過分析、綜合、比較、抽象、概括等思維活動(dòng)，排除各種次要因素的干擾，抓住事物的共同屬性和本質(zhì)特征，理解并掌握有關(guān)概念。

一、物理概念的抽象概括

一是分析概括一類事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征。如機(jī)械振動(dòng)、平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、平面平行運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、落體運(yùn)動(dòng)、力、熱力學(xué)過程等物理概念，就是通過分析、綜合、比較、抽象、概括出一類事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征。以機(jī)械振動(dòng)概念的建立為例，我們經(jīng)常觀察到這樣的物理現(xiàn)象：彈簧的一端系著一個(gè)小球，另一端固定，放在水平的桌面上，拉長或者壓縮彈簧，然后放開，小球?qū)⒃谀硞€(gè)位置（即平衡位置）附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；繩子的一端系著另一物體，另一端固定在天花板上，拉物體使繩子偏離豎直方向，然后放開，系統(tǒng)將繞豎直方向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；在粗而深的直筒中裝滿水，在水中放一支比重計(jì)，使其浮在水面上，沿豎直方向向下壓比重計(jì)，然后放開，比重計(jì)將沿豎直方向做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；圓環(huán)槽內(nèi)的小球在豎直平面內(nèi)繞平衡位置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)等，這些運(yùn)動(dòng)有一個(gè)共同的、本質(zhì)的特征，即物體在某一平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。具有這一特征的運(yùn)動(dòng)稱為振動(dòng)。

二是抽象出物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)的某一屬性，得到表征物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的某種物質(zhì)的物理量。如密度、速度、比熱、電阻、電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、質(zhì)量、光強(qiáng)等物理概念的建立都運(yùn)用了這一方法。比值定義法是這一抽象概括方法的重要組成部分。要特別注意的是，用比值定義的物理量只反映了物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的某一屬性，與定義式中的其他物理量無關(guān)。如電場強(qiáng)度E和F與電量q無關(guān)；密度與質(zhì)量m和體積V都無關(guān)。

三是用理想化的方法進(jìn)行科學(xué)抽象。物理學(xué)中的一切思想模型（如質(zhì)點(diǎn)、剛體、理想流體、理想氣體、絕對黑體、純電阻等）、一切理想過程（如簡諧運(yùn)動(dòng)、準(zhǔn)靜態(tài)過程、理想卡諾循環(huán)、光的直線傳播、自由落體運(yùn)動(dòng)等）都是用理想化方法抽象出來的概念。

二、物理概念的推導(dǎo)

1.概念組合

物理學(xué)中的概念組成是一個(gè)有機(jī)的整體，各個(gè)概念之間存在密切的邏輯關(guān)系，一個(gè)物理概念，往往是一些物理概念的發(fā)展，又是另一些概念的基礎(chǔ)。因此，依據(jù)概念之間的這種關(guān)系，由一個(gè)或者幾個(gè)已知的物理概念可以組成另一個(gè)新的物理概念。例如，由質(zhì)量和速度組合成動(dòng)量的概念（p=mv），由力與時(shí)間組合成沖量的概念（I=Ft），由位置矢量和力組成力矩的概念（M=FL），由機(jī)械振動(dòng)的概念發(fā)展成機(jī)械波的概念（機(jī)械振動(dòng)在彈性媒介中的傳播）等，都是依據(jù)概念之間的聯(lián)系，將一個(gè)或者幾個(gè)已知的概念組合或發(fā)展成新的物理概念。

2.類比推導(dǎo)

運(yùn)用類比推理的方法，可以借助已有的物理概念建立新的物理概念。例如，機(jī)械波、水波、聲波、光波、無線電波、地震波等各種波動(dòng)，盡管它們處于不同的領(lǐng)域，甚至具有不同的物理實(shí)質(zhì)，但是由于它們之間存在著相似性和可類比性，使得我們可以建立一些普適的物理概念，如波長、頻率、周期、波速等。

引力做功與路徑無關(guān)或其環(huán)路積分為零，說明引力是保守力，可以引入取決于系統(tǒng)相對位置的引力勢能。而彈性力、靜電力、分子力做功也與路徑無關(guān)，說明這些力是保守力。因此，可以類比于引力勢能，引入相應(yīng)的彈性勢能、靜電勢能、分子勢能等。同樣，克勞休斯證明了熱力學(xué)系統(tǒng)在可逆過程中∮dσ/T=0（dσ是熱量，T是熱力學(xué)溫度），由此引入函數(shù)熵，使得熱力學(xué)第二定律得以定量表述。

比較庫侖定律與萬有引力定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，發(fā)現(xiàn)它們具有驚人的相似之處，它們都服從平方反比定律。庫侖定律中的q和萬有引力中的m相當(dāng)，庫侖定律中的k與萬有引力定律中的G相當(dāng)。但是它們也有各自的特殊性：萬有引力總是引力，而庫侖力既可以是引力，也可以是斥力；庫侖力存在于兩個(gè)帶電體之間，而萬有引力存在于任何兩個(gè)物體之間。類比于靜電場，我們可以在引力場中引入“引力場強(qiáng)”“引力線”的概念，從而用“引力場強(qiáng)”研究引力場中的力的性質(zhì)，用“引力線”形象地描述引力場。

三、結(jié)語

總之，由于新的物理概念的建立往往是智力上的巨大飛躍，是從現(xiàn)實(shí)到本質(zhì)的巨大跨越，故需要各種思維形式的參與，需要利用各種思維方法，根據(jù)問題的要求，以及當(dāng)時(shí)的知識背景，充分發(fā)揮想象力，達(dá)到對客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征的認(rèn)識。高中物理教師要不斷與時(shí)俱進(jìn)，開拓創(chuàng)新，尋找出一條適合學(xué)生學(xué)習(xí)的新道路。

（責(zé)任編輯 黃春香）