高中物理概念教學策略與實例研究

吳耀方

概念是物理知識大廈的基石，我們學習物理知識必須注重概念教學，那么如何提高概念教學的實際效果呢？筆者認為首先必須搞清楚物理概念的特征，要善于甄別物理概念與我們日常生活經驗、數學的區別，然后再設置科學化的情境，才能促進概念教學更為有效.

1 物理概念的特征分析

縱觀高中物理教材中的各個物理概念，雖然不同的概念在物理學科中的地位及作用各不相同，但是大致可以歸為如下幾類特征.

1.1 固有屬性

我們在學習高中物理概念時，會遇到一部分物理概念，他們反映的是物質（或物體）本身固有的屬性，必然質量、慣性，只要物體客觀存在，就具有質量、具有慣性，不隨其他因素而變化.

1.2 方向性

高中物理與初中物理相比，學生在理解有些物理概念方面有難度，難在哪里？一些物理量和初中的表述不一樣了，要考慮方向了，例如速度，初中只涉及到勻速直線運動，所以速度、平均速度、速率的區別對于學生來說不做要求，而到了高中，則要求學生對速度有一個新的認知，速度是矢量，既有大小又有方向，而且研究的運動不僅有直線運動，還有曲線運動，在曲線運動中速度的方向如何表示？速度大小如何求解？在考慮大小和方向的同時還融入了物理思想方法.而這些方法是貫穿于整個高中物理學習過程中的.

1.3 狀態與過程特征

在定義物理量時，有些物理量與某一個狀態相聯系，如選修3-3熱學中的溫度、體積和壓強這三個物理量用來描述氣體的狀態；再例如必修1中的位置、瞬時速度，必修2中的動能，選修3-5中的動量描述的是機械運動狀態.除了與狀態相聯系的物理量，高中物理還有些概念是用來描述過程的，具有過程特征，如必修1中的位移，必修2中的功，選修3-3中的熱量等等.

1.4 相對性

學生進入高中后會發現很多物理量在描述物理現象和規律時，是具有相對性的，例如必修1中的位移、速度等等在描述機械運動時，都是相對參考系而言的.再例如，高度、電勢、重力勢能、電勢能都是相對的，在描述時，也有正負，這時正負是表示大小，而不是表示方向的.

2 基于概念特征的概念教學策略

2.1 引導學生思考本質屬性

每個概念在描述上都有其本質屬性，我們在和學生建立概念時，不一定要全盤照抄教材，可以自己有所創新，重點在于思考概念的內涵與外延，確保能夠準確地表述物理現象.

例如勻速直線運動，在概念描述上為：“速度始終不變的運動”就夠了，因為，速度是矢量，速度不變包含了大小和方向不變，方向不變則必定是直線運動.但是，定義勻變速直線運動，就不能用“加速度不變的運動”或“速度均勻變化的運動”，因為通過后面的學習學生能夠知道加速度不變的運動還有勻變速曲線運動，如平拋、拋體、類拋體運動.

2.2 引導學生對事物、現象進行一定程度的抽象

概念具有高度概括性，都很抽象，為了促進學生對概念的理解，我們在平時的概念教學過程中，就應該引導學生從對生活中的現象進行分析，提取物理模型，概括和抽象本質的特征.

例如，在和學生學習電磁感應現象時，完全可以放手讓學生從生活出發，例舉“電磁感應現象”，學生的思維迅速發散，能夠聯系到電能從何而來，想到“發電機”，想到“變壓器”，想到，“耳機的發聲過程”，那么這些有什么本質的聯系呢？學生急于尋找的歸宿是同一個，那就是電磁感應.

當然，在一些具有一定聯系又具有延伸性的概念上，可以通過實驗來引導學生對現象進行抽象，繼而掌握概念的內涵.例如，做曲線運動的條件，筆者在教學過程中通過對比性實驗引導學生自己發現現象并抽象為物理語言（如表1所示）.

表1

事例運動結果條件（受力情況）

1曲線運動小球所受到的重力和細線的拉力的合力方向與小球運動的方向不在一條直線上.

2直線運動小球所受的重力、彈力和摩擦力的合力與小球的運動方向在同一條直線上.

2.3 找概念間的關系

（1）交叉關系

高中物理概念間大多是交叉關系，即往往一個概念與另一個（或另外幾個）概念的部分外延有重合相交的區域，如兩個概念交叉、三個概念交叉可以用下圖1、圖2來表示.

在力學里面的交叉關系，如“摩擦力”與“阻力”之間就是一種典型的交叉關系，摩擦力可以是阻力也可以是動力，阻力的來源可以是摩擦力也可以是其他力.

（2）全異關系

在高中物理概念中，有些物理量之間是完全沒有交集的，我們把概念間的這種關系叫做全異關系，如圖3所示，兩者不相容，如重力與溫度，勻速直線運動與等溫變化等等，這些概念完全不相容.

（3）屬種關系與種屬關系

高中物理概念具有較強的系統性，屬種關系與種屬關系在概念間關系中普遍存在，前者又稱真包含關系，后者又稱為真包含于關系.

例如，“拉力”和“彈力”、“彈力”和“力”就是種屬關系，而“力”和“彈力”、“彈力”和“拉力”就是屬種關系；其中，力和彈力兩個概念，“力”是屬概念（上位概念），“彈力”是種概念（下位概念）.

2.4 通過訓練深化對概念的理解

概念教學在認識物理現象抽象并提煉為概念后，概念只是停留在記憶表層，要進一步深化理解并內化融入到自己的知識結構，需要習題訓練，訓練的過程是概念的運用階段，是學生學習物理概念教學不可缺少的環節.但要注意，練習的目的在于鞏固和深化概念，形成技能，培養分析問題、解決問題的能力.因此，選題要典型、靈活多樣，對題目的挖掘、探討要力求深入.將做習題與概念教學分離，甚至相對立，搞題海戰術的做法，不 僅浪費時間、浪費精力，還容易使學生形成呆板、機械、生搬硬套的思維習慣，不利于深化、活化概念，也不利于分析問題能力的提高.

例如，“功”這個概念，是力學里重要概念，用W=Fscosθ計算功是有條件的，必須是恒力，這一個概念對于初學者往往掌握的不是太好.為此，我們可以設置如下一個問題.

習題 如圖5所示，有一長為l的繩子下面掛一質量為m的小球，處于靜止狀態，現用一恒力將小球拉到與豎直方向成α角，求拉力F做了多少功？重力做了多少功？

設計意圖 通過情境的設置，讓學生運用公式求解恒力F和重力做功，抓住力及力方向的位移這兩個要素.為了進一步理解概念對應公式適用條件，可以進一步追問.

追問 習題情境中如果不是永恒力，而是改用水平力F緩慢將小球拉到圖示位置，求拉力做功.

讓學生意識到緩慢移動，小球始終處于動平衡，水平力F是變力，那如何求解呢？用W=Fscosθ求解對么？留下懸念，為動能定理做足鋪墊.