例談高中物理教學中物理概念的4種引入方法

楊海英　譚敏　徐曉梅

[摘? ?要]物理概念學習是形成物理觀念的起點，物理概念教學是物理教學的重要組成部分，而物理概念的引入是學生學習物理概念的先導。文章結合實例介紹了以下4種常用的引入物理概念方法：運用演示實驗引入物理概念;聯系實際生活引入物理概念;設置認知沖突引入物理概念;運用類比法引入物理概念。運用這些方法可以豐富和促進物理概念教學。

[關鍵詞]高中物理;物理概念;引入

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）02-0035-03

一、前言

物理概念是物理現象和物理過程本質屬性的概括，也是物理學的研究成果。我國《普通高中物理課程標準（2017年版）》（后文簡稱《新課標》）中明確指出：在教學過程中，通過對物理概念的逐步學習、系統地反思和遷移應用，可以不斷發展學生的物質觀念、運動與相互作用觀念以及能量觀念，并使學生學會用這些觀念解釋自然現象，解決生活生產中的一些實際問題?！缎抡n標》還指出：創設體現物理概念本質特征的情境是概念教學的關鍵，它可以發展學生的科學思維。學生在學習物理概念之前，需以大量經驗性常識為基礎建構物理概念，完成從經驗性常識向物理概念轉變的過程。

高中物理概念的呈現大多以抽象思維為主，如質點、點電荷、萬有引力、電場、磁場等概念，高中生在學習物理概念的過程中，如果基礎知識的缺失或不足，或是前概念的負遷移，或受思維定式的影響，均會導致學生對物理概念的學習與理解產生一定的困難。高中物理概念的教學要根據課程標準的要求、物理概念的特點以及學生的認知規律來展開，其教學過程大致包括三個環節：創設物理情境，引入物理概念;運用科學思維方法，引導學生建立物理概念;選擇具體問題建立物理概念。

在物理概念教學中重視物理情境的創設是《新課標》的要求，也是物理概念教學的特點和學生認知發展的要求。當物理概念比較抽象時，如果能創設直觀、形象的物理概念教學情境，學生就容易獲取更多的表象，在直觀的基礎上抽象，從感性認識上升到理性認識，進而形成物理概念，為學生理解物理概念減輕了難度。文章將結合《新課標》的要求、物理概念教學的規律以及高中生的認知特點，結合實例介紹4種常用的引入物理概念的方法，意在豐富和擴展高中物理概念教學的引入方法。

二、高中物理教學中物理概念的4種引入方法

1.運用演示實驗引入物理概念

物理現象是一種真實的、鮮活的、生動的自然現象，演示實驗能夠使學生在特定的時間和空間區域仔細觀察，正確認識現象的關鍵特征，獲得正確的表象[1]?！缎抡n標》中明確指出：演示實驗是教師與學生共同探究物理問題的學習方式，是體驗性較強的學習方式，教師要積極利用各種器材開展創新實驗，盡可能多地開發高質量的、能引起學生濃厚興趣的演示實驗。運用演示實驗創設教學情境引入物理概念能給學生一個清晰直觀的認識。學生在觀察演示實驗時，可以獲得大量感性信息，同時也會通過思考，提出一系列的問題，進一步為思維加工提供良好的基礎。下面以人教版高中物理必修1第四章第七節中“超重和失重”概念教學為例。

（1）教學背景

學生在學習超重和失重概念之前，已經學習了牛頓運動定律，初步理解牛頓運動定律的內容，會利用牛頓運動定律解決一些簡單問題，具備探究學習“超重和失重”的知識和能力。《新課標》中明確指出教師要通過實驗引導學生認識超重和失重現象，因此，運用演示實驗來引入概念能使學生加深對概念的理解。

（2）教學片段設計

情境一：以紙帶和一重物為實驗器材進行演示實驗，紙帶中間部位剪一個小缺口，一端掛重物，用手提起另一端向上勻速運動，紙帶沒有斷;向下勻速運動，紙帶依然沒有斷;提著重物快速向下運動，突然停止，紙帶斷裂。

提出問題：紙帶為什么會斷裂，是在什么時候斷裂的？

情境二：取一裝有水的紙杯，在紙杯靠近底部的部位戳兩個小孔，水從孔中噴出。教師將水杯從某一位置自由下落，水沒有從小孔中噴出。

提出問題：水杯中的水在下落過程中為什么沒有從孔中噴出？

通過設計簡單而巧妙的演示實驗，讓學生初步體驗超重、失重現象，從而開始超重與失重概念的學習。演示實驗需要的儀器少，在實驗過程中比較節省操作時間，這也就使得演示實驗成為教師在物理概念教學情境創設中的優先選擇。

2.聯系實際生活引入物理概念

學生最為熟悉的環境來源于生活，日常生活中的所見所聞很多都與物理有關，由于學生有經驗，有體驗，一旦將這些熟知的場景同所學的物理概念聯系起來，就能使學生有一種身臨其境的感受，為理解物理概念提供了感性認識。當學生再次遇到類似的生活情境時，習得的物理概念將重復出現，也使相關的物理概念得到鞏固，從而加深了學生對物理概念的理解。下面以人教版高中物理必修1第一章第一節“質點”概念教學為例。

（1）教學背景

質點在高中物理學習中是一個重要的物理概念，在教學過程中教師有必要一開始就讓學生對它有一個感性的認識——沒有大小和形狀，但聚集了物體全部的質量?！缎抡n標》明確要求教師在教學過程中要引導學生經歷質點模型的構建過程，了解質點的含義。質點是一種理想化模型，理想化模型的建立使人們對物體運動的描述成為可能，而且更加深刻地把握住了事物的本質。因此，在教學過程中，教師應根據學生的實際情況，結合學生從生活情境中逐步抽象出的質點模型，引出質點的概念。

（2）教學片段設計

教師：生活中我們隨處都能看到物體的運動：汽車在公路上行駛，鳥兒在飛翔，樹葉在搖動……連我們腳下的地球也在不停地轉動。這些都是我們生活中常見的運動現象，下面就請4位同學以涂鴉的方式描繪出一幅風中搖擺的樹葉畫;一幅百米賽跑中運動員從起點跑到終點的畫;一幅學生從家騎行1km到學校的畫;一幅某人乘坐高鐵從昆明去上海的畫。其他同學對這些畫進行點評，看看哪幅畫更符合題意。

在繪畫的過程中學生會把注意力集中在樹葉、人畫得像不像上，通過教師引導以及學生的點評得出問題的關鍵：第一幅畫需要把樹葉畫清楚;第二幅畫不需要把注意力放在運動員本身畫得像不像上，主要體現運動員的賽跑路線就好了;第三幅畫跟第二幅畫一樣主要體現騎行路線，自行車可以看成一個“點”;第四幅畫不需要把注意力放在人的身上，此時人可以看成為一個“點”。

教師再讓學生思考一個問題：若要研究物體的運動，什么時候可以不考慮細節，也就是類似它的形狀、大小、體積、顏色等因素？（逐步建立質點模型）

結合生活中常見的運動現象，選擇一些學生喜歡或者熟悉的畫面，讓學生根據要求以他們喜歡的涂鴉方式描繪情境，在輕松的氛圍中開始了質點概念的學習。結合生活實例引入物理概念，可以培養學生應用所學的物理知識處理實際問題的能力，培養學生理論聯系實際的能力，對促進學生的全面發展有著重要的作用。

3.設置認知沖突引入物理概念

設置認知沖突引入物理概念，是將新舊知識的矛盾尖銳地擺在學生的面前，使他們帶著要解決問題的迫切心情投入物理概念的學習，激起學生的學習興趣和求知欲望。在教學過程中只有不斷地打破學生原有的認知結構，使他們的思維遠離平衡狀態，才能有效地調動學生學習新概念的積極性。下面以人教版高中物理必修1第三章第一節中“重心”概念教學為例。

（1）教學背景

重心是物理學中重力這一知識點里的重要概念，在初中，學生已經初步學習了重心的概念，但只停留在表象認知水平。就課程內容以及學生現有接受能力而言，學生對重心概念的理解以及確定不規則物體的重心位置是教學難點。

（2）教學片段設計

教師可以用一個圓形盒子（如圖1所示），一塊石頭，一塊長木板來做實驗（實驗過程如圖2）。課前教師先用膠帶將石頭粘在盒子內部，課堂上教師利用長木板搭成一個斜面，將盒子豎直放置在斜面上，用手按住頂部（學生事先不知道盒子里面裝了石頭）。

提出問題：按在盒子頂部的手松開后，盒子在斜面上會如何運動？

學生提出猜想：沿斜面往下滾。

教師第一次松手后，盒子沿斜面往上滾;第二次從同一位置松手后，盒子沿斜面往下滾;第三次松手后，盒子靜止在斜面上。

教師：為什么同一個盒子在同一位置松手，卻出現了不同的結果呢？

在學生的認知中，手松開，盒子會沿斜面往下滾，然而在課堂上觀察到的現象與認知發生了沖突，學生將注意力集中在盒子上，這時教師將盒子打開，盒子里面的石頭出現在學生眼前，學生開始思考石頭為什么能使盒子出現這三種現象，從而進入了重心概念的學習。

最終會得出結論：當盒子放置的位置如圖2（a）時，重心位置下移，盒子往上滾;當盒子放置的位置如圖2（b）時，重心位置往下移，盒子往下滾;當盒子放置位置如圖2（c）時，重心位置最低，盒子將靜止在斜面上。

教師先通過實驗——“神奇的盒子”給學生一種與他們認為不一樣的現象，與學生的認知矛盾，這時學生帶著問題進入“重心”概念的學習。引發認知沖突在概念轉變過程中有重要作用，因為只有體驗了認知沖突，學生才能夠感受已有概念的不足，認識到替換或調整已有概念的必要性[2]。設置認知沖突引入物理概念能提高學生學習物理概念的興趣，使學生在分析物理現象時得出物理概念，優化學生的物理認知結構。

4. 運用類比法引入物理概念

類比法是科學探究中常用的方法，物理學科中的許多概念、定理就是用該方法得出的，借用類比方法，可以方便學生從形象思維過渡到抽象思維，這對新概念、新定理的理解和接受有積極的作用[3]。從學生學習的角度來看，運用類比法引入物理概念必須具備以下兩個前提條件：一是學生對類比的對象要有充分的認知，這是學生認知的知識基礎;二是學生能夠發現類比的對象和被類比對象之間的某些共性，這是學生做出類比推理的基礎。以學生現有觀念為基礎運用類比法引入物理概念，能促使學生從現有觀念向科學觀念發展。下面以人教版高中物理選修3-1第一章第四節中“電勢能”概念教學為例。

（1）教學背景

《電勢能和電勢》這一節的內容是高中物理概念教學中的重點和難點，它上承電場強度，下啟電勢差，是靜電場部分的核心內容?！缎抡n標》明確要求要知道靜電場中的電荷具有電勢能，了解電勢能的含義。因此，電勢能的學習非常重要。高中物理人教版教材中把這一節的內容分為四個部分：靜電力做功的特點、電勢能、電勢和等勢面。教材中涉及電場力做功與電勢能變化的關系以及兩個重點概念（電勢能和電勢），這兩個概念較抽象、綜合性較強，學生理解起來比較困難，通過類比重力勢能來引入電勢能概念可以降低學生學習的難度，對學生順應和同化概念有很大幫助。

（2）教學片段設計

教師：在重力場中，物體會自動從高處落到低處，水會自動從高處流到低處。一個蘋果從樹上自由落下，是什么原因使它落下的呢？

學生：受到向下的重力作用。

教師：蘋果在下落的過程中什么能轉化為動能？什么力做功實現了能量轉化？

學生：下落過程中重力做功，使重力勢能轉化為動能。

教師：如圖3所示，在勻強電場中將試探電荷+q分別從A點與B點由靜止釋放，從前面所學的電場力做功的特點來看，它運動到C點的速度有什么不同嗎？通過跟重力場類比，同樣的試探電荷+q在A點與B點有什么不同嗎？

通過類比，引導學生分析電勢能與重力勢能的相似之處，為后續學習電勢能的相對性以及電勢能概念做好鋪墊。運用類比法引入物理概念的例子還有很多，例如：類比速度引入加速度;類比電場引入磁場;類比光波引入物質波;類比等高線引入等勢面等。類比法是一種從已知到未知，探求新領域的方法，教師在教學過程中應適當引導學生運用類比法引入物理概念，抓住物理概念系統中同類要素的聯系，按照概念本身的結構規律通過類比遷移獲得新概念。

三、結束語

物理概念的引入是物理概念教學的開端，也是首要環節，合理的開頭不僅可以激發學生的學習興趣、引起學生的認知沖突、調動學生的積極性，還能為學生形成物理概念做好準備。物理概念教學中，概念的引入方法有很多種，除以上4種以外還有運用新舊知識的聯系引入物理概念，運用物理學史引入物理概念，運用現代信息技術引入物理概念，等等。其中，隨著現代信息技術的快速發展，以多媒體技術為核心的現代信息技術在高中物理教學中得到了廣泛的應用?，F代信息技術在高中物理概念課的課堂導入環節中有著重要的作用，引入物理概念時可以通過圖片、圖像創設教學情境;通過動畫創設教學情境;利用影像視頻創設教學情境;利用生產、生活場景創設教學情境;利用實驗視頻創設教學情境，等等。在教學過程中，當某些物理現象很難真實呈現在學生眼前時，利用信息技術向學生展示相關現象就可以牢牢吸引學生的注意力，激發學生學習的興趣。當然，現代信息技術不僅可以用于創設教學情境引入物理概念，還可用于促進學生的學習方式、教師的教學方式、師生的互動方式以及教學內容的呈現方式的變革，為學生創造多樣化的學習環境，進而提高學習效率。

很多時候在物理概念引入的實際教學過程中往往需要將幾種方法結合起來運用。究竟選用什么方法，或者多種方法結合起來引入某一物理概念是需要教師在教學過程中根據課程標準的要求、概念教學的特點、學生認知發展規律以及教學條件來選出最佳方式進行教學的。

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[1]? 胡韓榮.高中物理教學中演示實驗的作用 [J].物理教師，2010（4）：26-28.

[2]? 季渴.物理教學中認知沖突策略研究[D].大連：遼寧師范大學，2011.

[3]? 黃海標.高中物理概念教學策略[J].高中數理化，2013（6）：38-39.

（責任編輯 易志毅）