高中物理概念教學方法的芻議

繆智銘

摘 要：近年來，隨著教學改革日益深入，如何克服學生學習物理上的畏難情緒，已成為亟待解決問題。筆者在長期的高中教學實踐中體會到，與其讓同學做各種物理難題，還不如降低教學要求，打好基礎。縱觀物理教學內容，大體分為物理現象、事實、概念、規律、公式和理論，物理規律和公式是揭示物理概念之間相互聯系和制約關系，而理論又是眾多物理規律的有機組合，可見，指導學生學好物理概念是物理教學最重要的基石。本文從物理概念的形成教學、運用中深化物理概念認識教學、及時復習鞏固所學物理概念教學的三方面展開論述。

關鍵詞：物理概念形成 互動式課堂 概念運用和復習

一、重視物理概念的形成過程

（一）創設生活情景，引入物理概念

物理概念建立，是人類長期生產實踐中逐漸形成的。課堂教學不可能完全尋著這條道路講解。但是，課堂教學中，可以采用解剖麻雀方法，對典型的物理現象及其特性進行分析、歸納，形成物理概念。例如，在進行“加速度概念”教學中，關鍵在于弄清“加速度的含義，加速度與速度的區別與聯系”。針對同學喜歡看賽車視頻的心理，筆者請同學們看一段運動員和飛機同時啟動的真實視頻（1）。看過后，全體同學都能回答：它們都在作加速運動。筆者趁勢提問：誰加速的快呢？學生答：運動員加速的快。筆者追問：你們認為運動員加速較快的依據是什么？絕大部分同學會說：因為它在相同時間內，運動員走的位移較多，運動的快。如何把速度和加速度加以區分呢？筆者采用DIS技術，請同學們做課內小實驗：讓實驗小車分別沿傾角不同斜坡以初速為零滑下，記錄其速度—時間圖像。在圖像中，瞬時速度增加一目了然，且加速快的速度-時間圖像線較陡。筆者問到：造成相同時間內小車運動位移較多的背后的原因是什么？通過同學間的充分討論，同學們逐漸認識到，原因是在于相同時間內，瞬時速度增加較多。或者說，速度變化量與所化費時間之比值較大（即速度-時間圖線斜率較大）。為了表示這個比值的物理意義，筆者采用類比方法，聯系同學們初中所學的功率定義式P=，功率反映是力做功的快慢，速度定義式，速度反映是位置變化（運動）的快慢。可見，一個物理量變化與所化費時間之比，就是反映完成這一物理量變化的快慢。由此，是表示速度變化的快慢，不是運動的快慢，且把這個比值叫做加速度。

（二）尊重認知規律，逐漸形成完整的物理觀念

例如，在學習《電場》內容時，同學們常常對“電場強度”這一抽象的物理概念無法理解。筆者以為，將電場直觀化是解決這一難題的很好途徑。筆者首先在上一節課中引入了假想的電場線，直觀反映電場的強弱分布。在這一節課上，首先請同學們畫出孤立的、正點電荷發出的電場線分布，使同學們從各區域的電場線疏、密不同，感受到了電場強弱的分布，但此時電場的強弱，同學們還停留在電場線疏密這一直觀感受上。然后，筆者在課內做一個如圖（1）演示實驗：同學們觀察實驗發現，同一個檢驗帶電通草小球B越遠離場源電荷A處，即電場線越疏處，通草小球B偏離豎直線夾角越小，表明通草小球B受到的電場力越小。此時同學們感受到了，電場線的密和疏，反映了電場對放入其中的電荷作用的強和弱。又由于場源A電荷量一定后，電場線分布不會變，這表明，電場對放入其中電荷作用的強弱，在同一地點是不受是否有檢驗電荷以及檢驗電荷的電荷量大小、電場力大小等外界因素影響，是由場源唯一決定，這就達到了把抽象問題變得直觀易懂的目的。接下來，筆者告知同學們，更精確實驗可證明，檢驗電荷在電場中某點受到的電場力與檢驗電荷的電荷量成正比，它們的比值與檢驗電荷量大小無關，電場越強處比值越大，它可以表示各點電場強弱，把這一比值稱為電場強度大小。

二、通過運用，深化認識物理概念

教學實踐表明，學生只有理解了的東西，才能較為牢固地掌握它。因此，在物理概念建立以后，還必須引導學生在實際事例中運用概念，深化對概念的認識。

（一）分析典型事例，加深對物理概念的認識

例如，引入做功的計算式W=FScosθ后，筆者請同學一起討論如圖（2）練習題：在固定于斜面上的豎直擋板和斜面之間夾有光滑重球。現使整個裝置沿水平面向右勻速直線運動，那么球的重力G、斜面對球的支持力N和擋板對球的彈力Q分別做什么性質的功？筆者首先提示，功是標量，力和位移必須分別代入它們的大小，可見，功的正、負和作功為零是取決于力和位移夾角余弦，請問：如何確定力與位移夾角呢？甲同學答：首先要明確研究對象，正確畫出其受力圖。乙同學補充道：還要畫位移方向。筆者指出，只有這樣，力與位移夾角才能明確是銳角、或是鈍角、或是900。然后，筆者請同學們當堂做出如上受力示意圖。丙同學答：由于重力與位移夾角為900，夾角余弦為零，從功的公式可知，重力不做功。丁同學答：彈力N與位移夾角為銳角，夾角余弦為正，彈力N做正功。筆者進一步指出：此時彈力N進行正交分解，力N做功就是在運動方向上的分力做功，由于分力與運動方向一致，彈力N起動力作用，所以，力做正功反映是動力做功。反之，彈力Q與位移夾角為鈍角，夾角余弦為負，力Q作負功，此時彈力Q進行正交分解，在運動方向上的分力與運動方向相反，彈力Q起阻力作用，所以，力做負功反映是阻力做功。通過典型例題分析，同學們逐漸明確了力做正、負功的物理意義，掌握了判斷力做功性質的方法，也為定量求解力做功開辟了兩條思路（直接代入力做功公式或求力在位移方向上的分力）。

（二）糾正典型錯題，強化對物理概念的認識

課內分析典型錯題，加深學生的正確印象，豐富學生對概念內涵和外延的認識，也有利于對思維能力的培養。例如，在高三復習課中，針對同學們判斷全電路的端電壓時，常出現錯誤現象，課內討論如圖（3）的題：，每邊長L，每邊電阻均為r的正方形導線框abcda，以速度v勻速通過磁感應強度為B的勻強磁場。筆者提問：當ab邊進入磁場，dc邊還未進入磁場時，d、c兩端電壓為多少？甲同學答：BLv/4 。筆者再問：當ab邊離開磁場，dc邊還在磁場時，d、c兩端電壓又是多少？乙同學答：BLv/4。筆者進一步問到：兩種情況下的電源、外電路分別有什么不同？丙同學思考后答：前者由于ab導線切割磁感線，ab導線是電源即為內電路，導線adcb部分是外電路，后者中，線dc部分切割磁感線，dc導線是內電路，外電路是導線dabc部分。在此基礎上，筆者指出：所謂端電壓，就是外電路與電源相接的兩端電壓，其值表示外電路的總電壓。前者電路中a、b為外電路的兩端，a、b兩端的端電壓為3BLv/4，cd長度是外電路整個長度的1/3，c、d兩端獲得電壓確實為BLv/4 ；后者電路中d、c兩端是端電壓，即外電路的總電壓，應為3BLv/4。

又例如，在力的平衡一章復習后，同學們做了一道如圖（4）自測題：請畫出尖端B對小球A和小球A對斜壁C的彈力。常常出現如圖的典型錯誤，F2方向畫錯了。對此，筆者請同學們思考，彈力F2的施力物體是誰？甲同學答：彈力F2的施力物體是球A。筆者進一步說道，F2理應由小球A（施力物體）發生彈性形變、要恢復原狀而施加給斜壁C的彈力，請問，小球恢復原狀方向在哪里？乙同學答：小球是發生垂直斜面向上凹的形變，小球恢復原狀方向是垂直斜面向下，這就是彈力F2方向。這時，做錯的同學才意識到，畫各種效果的彈力時，必須先明確施力物體和受力物體，只有這樣，彈力的方向才不會畫錯。

三、及時復習鞏固所學的物理概念

孔子曰“學而時習之”。現代教學實驗也告訴我們，識記的遺忘是先快后慢地進行著，存在一種叫艾濱浩斯遺忘曲線規律。若識記某知識后，一天沒有復習，第二天大約只記住其中的33.7%，兩天后，只記住了約27.8%，一周后，只記住約25.4%，可見，遺忘速度是驚人的（2）。

（一）學生課堂練習，教師當堂檢查

同學們剛學到的物理概念，最好是及時反饋而不是延時反饋，因為及時的反饋可以利用學生留下的記憶表象，增強記憶，強化理解。同時及時糾正錯誤，防止錯誤認識的蔓延。課內練習運用的好，可大幅度的控制課后作業的量，把教師和學生都從題海里解放出來，提高學習效率。例如，筆者在上到《勻速圓周運動》這節課時，概念比較多，如何及時復習鞏固呢？在這節課上，筆者有意留下十幾分鐘討論時間，筆者提問：勻速圓周運動具有哪些特征？甲同學答：質點沿著圓弧運動，相等時間內，質點走過的弧長相等。筆者再問：勻速圓周運動是屬于勻速運動范疇嗎？乙同學答：不是的，質點作勻速圓周運動時，由于線速度方向是質點到達某位置的切線方向，質點到達不同位置的切線方向是不同，線速度方向時刻變化，所以，這類運動屬于變速運動范疇。筆者追問：勻速圓周運動中“勻速”到底是什么意思？這時，同學們才恍然醒悟，“勻速”是指線速度大小即速率是不變。接著，筆者又問：勻速圓周運動是處在平衡狀態嗎？ 丙同學答：不是的，質點作勻速圓周運動時受到向心力，它始終指向圓心，它只改變速度方向，質點所受合力不等于零。在知識點整理基礎上，筆者請同學們課內做一些文字表達概念的填空和文字辨析的選擇題，例如：勻速圓周運動與勻速直線運動相同和區別是什么？勻速圓周運動中線速度、角速度、向心力是否變化？等等。筆者同時走到同學們中間，及時發現同學做題中的個別錯誤，及時糾正。

（二）及時對物理概念進行歸類

按不同的劃分標準，物理概念可分矢量和標量，狀態量和過程量；物理概念定義常采用比值定義法、等效替代法、建立理想模型法等等。例如：位移、速度、加速度、力、電場強度等屬于矢量類；動能、重力勢能、電勢能等屬于狀態量類；速度、加速度、功率、電場強度、磁感應強度等都是用比值定義法來定義物理量的。又例如，重力、彈力和電場力屬于保守力范疇，

它們做功與路徑無關，相應的重力勢能、彈性勢能和電勢能變化也是與路徑無關，變化多少有初、末位置決定。這就為運用機械能守恒定律解決問題指明了方法：初、末位置狀態量（動能和重力勢能）正確表達是解決這類問題的關鍵。總之，在教師指導下，同學們通過對物理概念各種特征的歸類，為實際運用中，由分析解題特征，快速找到所需物理概念打下了良好基礎。

（三）建立物理概念圖，構建思維網絡

根據人的記憶規律，所學的各種概念納入了某個網絡后，在概念網絡中激活任意一個網點，都將引出相關的聯想。雖然概念圖的制作沒有嚴格的程序規范，但要制作一個較完整的概念圖，一般有以下幾個步驟：

（1）選取一個熟悉的知識領域，羅列出盡可能多的概念；

（2）確定關鍵概念和概念等級； 初步擬定概念圖的縱向分層和橫向分支；

（3）建立概念之間的連接，并在連線上用連接詞標明兩者之間的關系。

（4）通過制作概念圖可以促使學生積極動手和思考，使他們能夠從整體上掌握基本知識結構和各個知識間的聯系；通過制作概念圖，可促進新舊概念的整合，形成概念網絡；隨著知識的積累，網絡的編織將更加完整。以下圖（5）是力和力的平衡一章的物理概念網絡圖，僅供參考（3）。

總之，筆者多年高中物理教學實踐后深切感受到：高中物理教學，必須遵循高中學生認知規律，直觀引入，分散難點，循序漸進，練習從簡單到適當復雜，及時組織章節復習和整理，是學好物理概念應遵循一些基本法則。以上有不當之處，望大家指正，筆者將不勝感激。

參考文獻：

（1）中央電視臺《加油向未來》視頻 2017版第二季

（2）《心理學》修訂本 葉奕乾 祝蓓里主編 華東師范大學出版社出版（1996年版本） p134

（3）高級中學課本《物理練習部分》（試用本） 上海科技出版社出版（2007年版本） p64