小議物理概念追根溯源式教學

朱澤舟

（浙江省諸暨市湄池中學）

摘 要：掌握一個概念，要求教師能對概念實施追根溯源式的教學，使學生對已有的概念與新概念之間形成聯(lián)系，以達到掌握物理概念之教學。

關鍵詞：概念實驗化；概念問題化；概念生成化

學生形成物理概念，首先依賴于正確而鮮明的物理表象，表

象是感知向概念過渡的中間環(huán)節(jié)，這就是溯源。但是，物理表象和物理規(guī)律的本質(zhì)屬性、關鍵特征并不能為我們直接認識，往往需要依靠大量的感性經(jīng)驗和表象，從許多具體的屬性和特征中抽取本質(zhì)的、關鍵的屬性和特征，這就是追根。在物理概念教學中注重追根溯源式的教學，可以更好地理解與掌握物理概念，符合新高考的教學理念。

一、物理概念教學的追根溯源之一：概念實驗化

概念實驗化就是用常見的、典型的物理實驗闡述物理概念，

不斷變更現(xiàn)象類型的操作。也就是說，每引入一個物理概念，應充分利用實驗或學生生活積累的已有知識與經(jīng)驗，把物理概念建立在充實的實驗意識基礎上。

因此，教師要科學地設計一些多樣化的實驗活動，根據(jù)學生現(xiàn)有的知識體系，設計一些情境或者活動實驗方案，通過學生的主動參與、積極參與、積極實踐，引導學生“做中學”“用中學”，幫助學生構建起新的物理概念。

例如，有關“力的分解”概念的建立，為了讓學生不斷體驗“一個已知力究竟應該怎樣分解，要根據(jù)實際情況確定”，筆者設置了四個分組實驗，引導學生進行“一個已知力究竟可以產(chǎn)生哪些作用效果”的分析以及應用力的分解知識怎樣分解力，下面列舉的是我在教學過程中所設計的其中兩個實驗。

[實驗一]自制斜面。器材：一端帶空的長方形鐵皮一塊、一輛小車、一根橡皮條。操作：長方形鐵皮作為斜面，小車放在斜面上，橡皮條一端固定在小車上，另一端固定在長方形鐵皮的小空中。

觀察：斜面與橡皮條發(fā)生了形變。思考與討論：小車在重力作用下，一方面有垂直壓斜面的效果，另一方面有沿斜面下滑的效果。結論：在此的重力能產(chǎn)生兩個力的作用效果。這就是“做中學”的教學效果。

[實驗二]自制斷線器。器材：一根紙條、一只鉤碼、兩塊帶鉤的磁鐵（黑板是磁性的）。操作：黑板上方吸上兩塊帶鉤的磁鐵，帶鉤處系上一根紙條的兩頭，紙條的下方掛上一只鉤碼，水平慢慢地移動一塊帶鉤的磁鐵。觀察：突然，紙條斷了（學生很有興趣）。思考與討論：紙條在鉤碼的拉力作用下，鉤碼兩側的紙條被拉緊最終斷裂。結論：在此鉤碼的拉力能產(chǎn)生兩個力的作用效果。這就是“用中學”的教學效果。

其實，本堂課我還設置了另外兩個實驗，分別讓學生體驗“做中學”與“用中學”，充分利用實驗啟智物理概念，這種效果是無法用語言替代的，實驗是學物理的敲門磚，能激發(fā)學生學習物理的興趣，更能讓學生體驗“實踐是檢驗真理的唯一標準”的科學思想。教學實踐表明：“概念實驗化”教學得到了同行與學生的極大好評。

二、物理概念教學的追根溯源之二：概念問題化

概念問題化就是讓學生在紛繁復雜的事物面前能夠理出頭緒，根據(jù)已有的知識體系，檢索到相應的知識經(jīng)驗，并在條理化的基礎上進行有目的的創(chuàng)造活動。教師巧妙的情境問題設置，常常會產(chǎn)生“一石激起千層浪”的效果，問題設計要做到三貼近“貼近學生、貼近生活、貼近實際”。

例如功的概念，為了使學生掌握它，筆者在教學中采用了學生對已有功的概念認知，讓他們?nèi)ジ兄c高中物理中功的概念之間形成的聯(lián)系。

[原題]一個重量為10 N的物體置于傾角為30°的光滑斜面上靜止開始下滑4 m，問下滑過程中重力做了多少功？

[分析]根據(jù)初中對功的概念的認知，功是由力和力的方向上的距離的乘積決定的。高中物理強調(diào)的是功由力和力的方向上的位移的乘積決定的，但要注重力與位移的矢量性。該題中，重力做的功由物體在豎直方向上的位移分量和重力的乘積來計算。即：

WG=G×sin30°×s=10×0.5×4 J=20 J

為了使學生對功的概念更好地理解和掌握，可再設置以下問題：

[問題一]一個重量為10 N的物體置于傾角為30°的粗糙斜面上靜止開始下滑4 m，物體和斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，問

下滑過程中重力做了多少功？

[分析]此題將原題的光滑斜面改為粗糙斜面，增加了摩擦力，有一部分學生會對摩擦力在重力做的功的計算中起什么作用感到迷惑，對該題的分析可以使學生進一步理解功的概念。這里，對于重力做的功來說，和物體對斜面的正壓力一樣，摩擦力是一個無關因素。一個力做的功只跟這個力和這個力方向上的位移有關，而和其他力的存在無關。答案仍為20 J。

[問題二]一個重量為10 N的物體置于傾角為30°的粗糙斜面上，物體和斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，物體的初速度v0=2 m/s，從斜面頂端下滑4 m，問下滑過程中重力做了多少功？

[分析]答案仍為20 J。一部分學生可能對“物體有初速度，但仍不影響重力做的功”覺得不易理解。在這個變式中，正壓力、摩擦力、初速度對于重力做的功來說都是無關因素。一個力對物體做的功，和物體的運動狀態(tài)（勻速、加速、減速）無關。這就進一步突出了力和力的方向上的位移這兩個有關因素，即功的概念的兩個本質(zhì)特征。

[問題三]一個重量為10 N的物體置于傾角為30°的粗糙斜面上，物體和斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，物體又受到一個水平的指向斜面的推力F=2 N，以初速度v0=2 m/s向下滑4 m，問下滑過程中重力做了多少功？

[分析]本題由于水平推力的作用，正壓力和摩擦力都發(fā)生了變化。會不會影響重力做的功？如果對功的概念理解和掌握得較好，學生不難看出水平推力F不影響重力做功。學生可以很快判斷答案仍是20 J。

通過以上答案相同的四個題目的溯源，學生可以體會到計算一個力做的功和其他力的大小以及存在與否是無關的，追根到功的概念，應該是由一個具體的力和力的方向上的位移的乘積決定的。另外，在四個小題中，重物下滑4 m所花的時間是不相等的，但不影響功的計算。可見，一個力做的功和它的運動狀態(tài)并無直接關系。

這四個題目中，重力和位移這兩個本質(zhì)特征沒有變化，而外力、正壓力、摩擦力、初速度等四個非本質(zhì)特征在各題中是變化的。通過這樣的概念問題化的分析和討論，學生對一個力做的功的概念會進一步加深理解與掌握。

三、物理概念教學的追根溯源之三：概念生成化

概念生成化就是從新概念形成的角度出發(fā)，要求教師在創(chuàng)設科學的、真實的情境中借助于大膽地提出猜想和解決問題的方

案，能夠在解決問題的過程中整合新舊知識，讓學生經(jīng)歷物理概念的建構過程。這也是一種追根溯源的教學手段。

例如，講授“電場強度”概念時，筆者以學生的元認知為參考，創(chuàng)設了一個可以讓學生與學生、教師與學生互動的平臺或情境來建構物理概念的形成過程，從而達到概念的生成。

[教學片段]

師：萬有引力這種作用力是通過什么起作用的？（多媒體展示萬有引力情境）

生：物體與物體之間相互吸引而產(chǎn)生的。

師：物體間沒有接觸，憑什么產(chǎn)生呢？（讓學生查閱教材，并展開討論）

生：疑惑。（超距作用的觀點，多數(shù)科學家難以接受）

師：庫侖的平方反比定律好像表明，靜電力像萬有引力一樣，也是一種超距力，這個力又是通過什么起作用的？（讓學生查閱教材，并展開討論）

有同學提出：電荷之間通過電場相互作用。

師：介紹法拉第提出的電場觀點，后來近代物理學的理論和實驗證實并且發(fā)展了法拉第的觀點。并繼續(xù)提出“物理學是怎樣研究電場的？”（讓學生查閱教材，并展開討論）

生：電場明顯的特征之一是對場中其他電荷具有作用力，因此在研究電場的性質(zhì)時，可以從靜電力入手。

師：如何研究源電荷某一點的電場？（讓學生查閱教材，并展開討論）

師：讓學生分析教材的猜想和假設（但它的正確性有待實驗的檢驗）。

生：源電荷某一點的電場是一個不變的量，F(xiàn)=Eq式中E是比例常數(shù)，與試探電荷q無關。

師：式中E是比例常數(shù)，物理學中叫它為什么？

生：電場強度。

師：當今有沒有被實驗證實？

生：有，但教材中沒有具體闡述。

評析：電場強度是一個非常抽象的概念，學生對電場強度E的認識也是相當陌生的，尤其它的存在是看不見摸不著的。通過片段教學，引導學生從真實的歷史情境出發(fā)，沿著電場強度這一概念構建的足跡去探究，經(jīng)歷了“提出問題、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、猜想問題、解決問題、檢驗問題、建立概念”的構建過程，從而使學生從疑惑到思考，從思考到研究，從研究到檢驗，從檢驗到建立，符合以核心素養(yǎng)為導向的教學。讓學生感知、體驗物理研究的科學方法，建立概念的縱橫聯(lián)系，有效地生成物理概念。這樣就化抽象為具體，有助于學生分析歸納能力的提高，使學生更好地了解所要學習的概念，啟發(fā)學生的思維，加深對學習概念的認知，更有利于學生創(chuàng)造性思維的調(diào)動。

因此，教師適時地應用概念生成化教學，使學生認識到概念的聯(lián)系性，不但起到了后續(xù)理解并掌握物理概念的作用，而且還利用合理的科學方法認識了自然界的真諦，對學生以后自主探索自然科學有相當大的指導作用。

在教學過程中，學生往往會感到概念這部分內(nèi)容的學習枯

燥、抽象、分散，對這部分內(nèi)容的內(nèi)涵難以掌握，難以形成一條清晰的思路。實際教學表明，物理概念追根溯源式的教學，是學習、教學和科學研究的重要方法之一，教師如能借助追根溯源式方法的講解，則可以使枯燥的概念生動化、零亂的知識系統(tǒng)化、復雜的公式簡潔化，使教學難點得以有效突破，達到舉一反三、觸類旁通的目的。

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編輯 任 壯