從“錯誤”中探究物理概念教學

◆張志華

作者：張志華，南京師范大學研究生，研究方向為教育技術學（210000）。

物理概念是對客觀事物本質屬性的貼切的反映，也是人們用來建構其他物理知識的基礎。一些基本概念能否掌握好，首先會給學生對相關章節內容的掌握帶來很大影響，進而影響到對整個物理學科知識的學習。因此，幫助學習者掌握好物理概念在物理教學中變得尤為重要。

在教學過程中，物理概念是物理基礎知識中教師難以灌輸、學生也難以理解的內容。盡管教師精心鉆研教材，注意了解學生，細心選擇教法，然而在教學實踐中仍會出現很多問題。譬如：學習者只是單純記住了某個概念，對于概念的應用卻感覺無從下手；又或者將某些相似性概念混淆，從而在解題過程中出現各種差錯等。問題的出現若得不到解決，不僅打擊學生的學習信心，而且會削減他們學習物理的興趣，致使他們逐漸厭學物理。

為了幫助教師能更好地進行物理概念教學，本文以高一物理加速度概念為例，立足于研究學生概念錯誤的成因，分析并總結出解決這些問題的辦法，從而為概念教學提供更好的建議。

1 學生加速度概念基本知識的問卷調查分析

此次調查的對象是南師附中高一的一個班級，采用問卷形式（附問卷），被調查人數34 人，收回問卷34份，下面是對調查結果進行的分析。

“加速度”表層定義理解調查如圖1所示，在調查中發現：對第一題的回答，有44%的學生認為加速度大的物體，速度變化也一定越大；認為有加速度的物體，速度一定會增加的學生占35.3%，不能判斷加速度方向的占20.6%。

圖1 第一題調查結果

從結果中可以看出，很多學生對于加速度基本概念把握得不夠透徹，認為加速度大的物體，速度變化就大，明顯是將速度的變化率與速度變化量兩個內容混淆了；認為有加速度，物體速度就會增加，也是學習者模糊加速度與速度概念的一個表現。

正確理解：速度是描述物體的運動狀態的量，而加速度則是描述物體運動狀態變化快慢的物理量。對于這種相似易混淆的概念，在對初學者進行教學時，教師可以組織學生參與討論，幫助學生糾正錯誤的認識。如分析從汽車啟動、勻速行駛到突然剎車三個階段，比較加速度和速度。通過課堂討論，使學習者意識到，當物體速度很大的時候，加速度不一定大；加速度大時，速度也不一定很大；有加速度的物體，速度不一定就是要增加的。

“加速度”量值確定調查第二、三、四題的設計是為了調查關于“加速度”的量值判定，學習者所掌握的情況。如圖2所示，在調查中發現：52.9%的學生對于簡單問題中涉及加速度計算時，認為比較容易；常常會出錯的學習者占17.7%；認為很容易的占2.9%；而26.5%的學生會感覺有一些困難。當研究對象受力稍微復雜些時，能夠順利做出的學習者僅占23.5%；對于兩個物體組成的系統，對常用的“整體法”和“隔離法”熟練掌握的只占5.9%，而大致掌握卻應用不得當的占67.6%。

圖2

在上述調查的基礎上，筆者又設計了些例題，對研究對象進行訪談。結果表明，大多數學生不能把握好加速度的判定問題，原因是缺少相應的練習，也有很多是對牛頓第二定律沒有好好掌握。當多個共點力作用于物體時，對力和加速度的瞬時對應關系沒有好好把握。其次，對于“整體法”和“隔離法”，很多學生只是了解方法的內容，但大部分不會進行應用。

對于加速度值的確定中，牛頓第二定律F=ma無疑是應用最為頻繁的，在講解牛頓第二定律時，要強調力與加速度是瞬時關系：力為零，則加速度亦為零；力恒定，加速度也恒定，即力是加速度的決定量。而在涉及多個物體組成的系統時，加速度的確定相對來說會變得較為復雜，在應對這類題目時，教師更應該注重方法的傳授。而對于一個方法的講解，是需要根據不同的問題進行不同的分析。教師應選擇代表性的問題，來引導學生熟練掌握。譬如說整體法與隔離法應用的先后順序以及使用時機，對物體運動狀態的把握，都是一個方法中極為重要的考點，只有將這些內容掌握了，學習者在面對復雜問題時才能做到胸有成竹。

對“加速度”理解運用情況的調查第五題的設計是為了調查學生對于加速度產生的根源是否清楚。如圖3所示，調查結果發現，57.6%的學習者認為加速度的產生是因為物體受力不平衡，然而仍然有將近一半的學生對加速度的根源還是理解有誤，認為加速度的產生是因為物體狀態發生了改變或者是因為速度發生了變化的學習者占36.5%，剩余學生是不清楚加速度的來源。

圖3

加速度是連接力學和運動學的橋梁，高一所涉及的運動中涉及加速度的包括勻變速直線運動、拋體運動、圓周運動。在這些運動中，加速度分別有不同的特點。第六題的設計則是為了調查學習者對以上運動中加速度不同點是否掌握清楚。然而調查結果表明，70.6%的學習者對于不同運動中的加速度特點及運用都很模糊。譬如在訪談中發現，有很多學生誤認為勻速圓周運動就是勻速運動。出現這種錯誤的原因是學習者被“勻速”兩字迷惑了。這主要是源于加速度概念在直線運動中反復強調，導致學習者逐漸形成一種思維定勢。如果想要避免這種思維定勢的影響，教師應該引導學生對不同運動中的加速度特點進行總結及對比，同時對于各類運動中學習者易出錯的地方注重傳授的方法。

譬如針對勻速圓周運動，學習者思維定勢的克服可以列舉大量的實例，讓學生認識到速度是矢量，既有大小又有方向，因此二者中任何一個發生變化都屬于變速運動；同時通過向心力演示器以及牛頓第二定律，讓學習者明白，做勻速圓周運動的物體受力是不平衡的，始終有一個與速度方向垂直且一直指向圓心的力。如此，再根據加速度產生的根源，即可讓學生理解向心加速度大小不變，而方向在隨時間變化。它反映的是速度方向的改變，即讓學生理解，所謂的勻速圓周運動，實質是勻速率圓周運動。

2 錯誤之“源”

1）教師對概念的講解，大多只是以灌輸的形式，僅強調大家記憶概念內容，而忽視了對學生頭腦中概念的層次性、完整性、科學性的調查和研究。

2）不能抓概念的主要特征，疏忽方法的傳授。

3）思維定勢，只死記概念，缺少練習應用。

4）缺乏分析綜合能力以及判斷和推理錯誤。

3 教學建議

加強對加速度的理解練習和訓練注重加速度概念的理解和使用，絕對不能簡單認為講了加速度就是速度變化率之后，學生就能夠理解和應用概念，要在此基礎上帶學生進一步分析加速度的根源是什么，并通過列舉典型的例題，引出學生易出錯的地方，并讓大家討論，進行總結，使學生理解加速度產生的根源及其物理意義。

解決問題，更注重方法傳授在遇到復雜問題時，教師更應該幫助學生習得方法，而不是僅僅幫學生解出某道難題。譬如，對于多個物體所構成的疊加問題，整體法與隔離法會大大簡化問題的分析，但是這種方法教材上沒有提到。教師應該通過相關例題來教授給學生，使其遇到類似問題時不至于束手無策。

分類探討，進行類比，培養學生在學習過程經常總結的習慣加速度是運動學中常見的量，而高一涉及的運動主要有勻速直線運動、拋體運動、勻速圓周運動。在這些運動中，加速度有什么共同點與不同點，教師可以引導學生進行探討分析，從而可以幫助學生更好地理解把握。

4 總結

本文以加速度為例，對學生在習得概念時常見錯誤進行調查，并對錯誤進行總結、分析，究其原因，為教師在教學中針對上述原因采取有效的教學策略，加強學生思維訓練，減少錯誤概念的形成提供幫助，從而使物理概念教學更貼近學生建構物理概念的需求。

附：調查問卷問題

1.你在理解和應用加速度概念時容易出現的錯誤有（）

A.不清楚為什么引入加速度概念，將加速度與速度混淆

B.認為加速度大的物體，速度變化也一定越大

C.認為有加速度的物體，速度一定會增加

D.不能正確判斷加速度方向

2.在確定加速度時（ ）

A.很容易 B.簡單問題比較容易

C.有一些困難 D.常常出錯

3.在遇到研究對象受力較為復雜時（ ）

A.經常出錯 B.無從下手

C.容易 D.有一些困難

4.你是否能熟練掌握“整體法”和“分離法”對兩個物體組成的系統進行加速度分析？（ ）

A.熟練掌握 B.大致掌握 C.沒有掌握

5.你認為加速度產生的根源是（ ）

A.速度大小發生了改變 B.運動狀態發生了變化

C.物體受力不平衡 D.不清楚

6.對于勻變速直線運動、拋體運動、圓周運動、簡諧運動等幾大塊內容中所涉及到的加速度特點，以及相關類題目的掌握情況（ ）

A.沒有總結過，大致清楚

B.總結過，熟練掌握

C.沒有總結過，很模糊

D.總結過，但仍有問題

[1]馮家明.加速度概念建立生長成樹的考查與分析[J].物理通報,2012(1):111-115.

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[3]晏榮玲.高中生物理概念應用錯誤原因探析[D].上海:上海師范大學,2011.