談高中物理教學中概念的引入提取和理解

黎家輝

物理概念是從物理現象和事實中抽象出來的，是物理定律、公式和學說的基礎。學生學習物理科學，就要不斷理解物理概念，如果概念不清楚，就不可能真正掌握物理基礎知識，更談不上運用物理知識解決實際問題。因此，重視概念教學，讓學生真正弄懂物理概念，是物理教師必須重視和解決好的問題。在此，筆者就如何做好物理概念教學談談自己的認識。

一、概念的引入

概念引入得好，能激發學生學習物理知識的興趣和愛好，這對幫助學生形成和理解概念有積極的影響。

1.聯系學生生活實際引入概念

例如：在引入“力”的概念時，教師可從人們生活中常用的“力”字說起，再通過生活、生產中的經驗對人推車前進、起重機吊起貨物、機車牽引列車前進、壓縮彈簧使其形變等具體的感性材進行分析，闡述物體之間這種相互作用現象的普遍存在，說明為了描述這類現象的共同特征，人們就引入了“力”的概念。為了讓學生對“力”的概念有進一步了解，教師還可以進一步提出“力能否離開物體單獨存在？什么是施力者和受力者？力是成對出現的嗎？”等問題，再引導學生通過一系列的思維加工，總結出力的特征：“有兩個物體；兩個物體間有某種形式的相互作用。”這樣學生對為什么要引入“力”的概念，對于“力”這一概念的內涵與外延都有較深刻的理解。

2.通過演示實驗引入概念

缺乏建立概念所需的感性材料時，要盡可能設置一些典型的實驗，并盡可能讓學生自己動手、親身感受，使他們獲得生動、鮮明的感性認識，從而弄清物理現象的特征，并能使學生對所研究的問題產生強烈的興趣。如在建立“慣性”概念時，筆者事先演示了“打蛋入杯”和“杯底抽紙”兩個小實驗，再進一步分析引出概念，都取得了明顯的教學效果。

3.利用新舊概念間的聯系引入新概念

有時新概念與以往學習過的概念之間在本質上存在著有機的聯系，教學中可以引導學生從已有的知識出發，通過邏輯推理把新概念自然地引入，這樣可以使學生認識到引入新概念的客觀性和必要性，使知識系統連貫，便于學生理解和掌握。

如描寫物體做機械運動的三個物理量——位移、速度、加速度的引入：位移引出速度——位移是描寫物體做機械運動時位置變化量的物理量，而物體的位移有快有慢，為描寫物體位移的快慢，引入速度這一概念；速度引出加速度——速度描寫了物體位移的快慢，物體在運動過程中速度也可能發生變化，如火車剛開始出站時速度會越來越快，而在進站時速度越來越慢，為描寫物體速度變化的快慢引入加速度這一概念。

二、概念的抽象提取

學生從日常生活經驗及物理現象中獲得了豐富的感性材料，這些都是學生形成概念的基礎，但學生自己很難從對感性材料的感知中直接形成概念，這要需要教師采用靈活的方法引導學生通過比較、分析、概括、推理等一系列思維活動，擯棄無關、次要、非本質的因素，突出相關、主要、本質的因素，從而準確地把握物理現象的本質特征，形成概念。這樣既有助于學生了解概念的來龍去脈，加深對概念物理意義的理解和把握，又能使學生的邏輯思維能力得到訓練。

例如：“教學”慣性和慣性定律”時，首先，從“運動著的物體當外力停止作用后還能繼續運動一段距離”這一感性認識出發，逐個分析加以綜合得出“運動著的物體若不受外力的作用，物體還要作直線運動”的結論，從而突出了物體不受外力作用仍能保持原來運動狀態的本質特征；其次，引導學生做物體從同一高度沿斜面下滑到粗糙程度不同的平面上（如鋪著棉布的桌面、木板、玻璃板）的實驗，通過分析，使學生意識到“物體下滑到不同的平面上運動的距離不同”，而這種不同正是由于平面的粗糙程度不同，即對物體的阻礙作用不同引起的，從而突出了物體速度的變化是由于受力作用的緣故；第三，引導學生運用科學的推理方法，設想一個理想的實驗讓物體在絕對光滑的平面上運動，它不受任何阻礙作用，則它將保持勻速直線運動這一本質特征。通過這樣三個層次的分析過程，學生對慣性定律的理解就容易了。

三、概念的理解

學生通過對感性材料進行抽象形成概念后，對概念的理解仍然是片面的，仍要通過多種途徑和方法加強學生對物理概念的理解和掌握。

1.運用變式讓學生準確把握概念的內涵和外延

概念有內涵和外延兩部分含義，概念的內涵是指各種事物所共有的本質屬性，也就是概念的物理意義；概念的外延是指具有某種本質屬性的所有事物，也就是概念的適用條件和范圍。要充分運用變式幫助學生理解概念的內涵和外延，通過例證從不同的角度和方式變換事物非本質的屬性，以揭示其本質屬性。

例如：“向心力”是一個教學難點，學生容易認為向心力是一個跟重力、彈力等并存的附加在做圓周運動物體上的力，因而不能正確地分析物體受力情況，通過分析各種做圓周運動物體的受力情況，如汽車通過凸形、凹形橋或騎自行車轉彎時車身傾斜，使學生認識到除了重力、彈力、場力中的一個或幾個外，物體再沒有受到其它力的作用，正是這個力或幾個力的共同作用，促使物體做圓周運動，不存在除此以外的類型的力，向心力實際上是做圓周運動物體受到的所有外力的合力，從而抓住向心力的本質特征。

2.運用對比法認識相似概念的區別和聯系

在概念教學中，對許多容易混淆的概念可以采用對比的方法，引導學生明確其區別和聯系，以加深理解。例如：對于電壓和電動勢這兩個概念來說，電壓是反映靜電力做功，把電能轉化為其它形式能量的物理量；而電動勢是反映非靜電力做功，把其它形式的能量轉化為電能的物理量。這是二者在本質上有區別，但又存在一定的聯系，都是以移動正電荷所做功的多少來度量的。

其它像彈力和摩擦力，功和熱量及能量，動量和動能，振動圖象和波動圖像，電場強度和電場力，電能和電勢，電阻和電阻率等許多容易混淆的概念都可以采用對比的方法進行教學，以加深學生對概念的正確理解。

3.聯系物理學史糾正思維定勢的影響

聯系物理學史排除錯誤前科學概念的負面影響是學生掌握、理解物理概念的有效方法之一。學生原有的經驗在頭腦中反復建構已經形成的具有系統性但并非科學的觀念即前科學概念，這種思維定勢時常困擾學生對物理概念的學習。像“鐵球比木球下落得快，摩擦力總是阻礙物體的運動，物體受力才運動”等錯誤的觀念非常頑固，難以排除。教師除可以采用實驗、變式等手段予以糾錯外，用物理史料針對這些問題設計教學內容，對轉變學生頭腦中的非科學概念、建立起正確的科學概念能取得較好教學效果。

例如：慣性概念是教學中的難點，原因是在日常生活中，學生的經驗是“撤銷了動力作用后，原來運動的物體總要停下來”。由于物體停下來是一種容易被人們忽視的隱含因素——物體受到摩擦阻力的影響造成的，所以學生在自己的頭腦中就有了和亞里士多德一樣的“力是產生和維持物體運動的原因”的前科學概念，這個觀點曾被人們引用了兩千多年，直到17世紀才被意大利物理學家伽利略通過理想實驗，采用蘇格拉底對話法所排除。鑒于此，教師在教學中就可以利用伽利略的理想實驗，按對話的方式與學生對話，使學生意識到自己固有的觀念與科學概念之間的差異，從而用科學的物理概念去置換自己頭腦中錯誤的前科學概念，達到理解物理概念的目的。

4.借助新舊概念外在的某些相似特點和聯系理解新概念

有些物理概念在本質上并沒有多少聯系，但是在引入方法、闡述特點等方面具有很強的一致性和相似性。教學中講清新舊概念間的這種相似性，借助學生對某些舊概念的深刻理解認識新概念是非常有益的。

用比值法定義新的物理量是物理學中常用的方法，如導體的電阻、電容器的電容、電場強度、電、磁感應強度等這些物理量之間存在著本質上的區別，但在引入方法上卻十分相似，都是用比值法來定義的。而對導體的電阻，學生在初中階段接觸的比較多，并有深刻的理解。因此在學習電場強度、電勢、電容器的電容、磁感應強度等概念時，可以借助學生對電阻概念深刻理解的優勢，加深對這些概念的理解。

這些物理量雖然都是用比值法定義的，但它們的大小都是由系統本身的性質決定的，而與定義中兩個物理量的大小無關，對于這些概念，深刻理解非常重要。