關(guān)注概念規(guī)律的深層理解,促進(jìn)物理觀(guān)念的有效形成

◇ 北京 吳愛(ài)兄 張國(guó)玉 金朝娣

近年來(lái),高考物理試題除對(duì)物理知識(shí)點(diǎn)的考查外,更關(guān)注知識(shí)背后核心素養(yǎng)的落實(shí)情況.物理學(xué)科的核心素養(yǎng)由物理觀(guān)念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面構(gòu)成.物理觀(guān)念是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、相互作用和能量等的基本認(rèn)識(shí),是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華,是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ).所以對(duì)物理概念、規(guī)律的理解和掌握是形成物理觀(guān)念最重要和最基礎(chǔ)的一步,也是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要一環(huán).高考物理題中對(duì)物理觀(guān)念的考查主要以物理概念規(guī)律的形成過(guò)程、深入理解、實(shí)際應(yīng)用為載體,重點(diǎn)考查學(xué)生的理解推理能力和綜合分析能力.

本文以選擇題為例,談一談高考考查物理觀(guān)念的試題特點(diǎn)和對(duì)高三復(fù)習(xí)的啟示.

1 試題分析

【原題呈現(xiàn)1】在真空中某點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中有a、b 兩點(diǎn),a 點(diǎn)的電勢(shì)為φa,電場(chǎng)強(qiáng)度大小為Ea,方向與連線(xiàn)ab 的夾角為53°.b 點(diǎn)的電勢(shì)為φb,電場(chǎng)強(qiáng)度大小為Eb,方向與連線(xiàn)ab 的夾角為37°.則a、b 兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小及電勢(shì)高低的關(guān)系正確的是( ).

A.Ea＞Eb,φa＜φb

B.Ea＞Eb,φa＞φb

C.Ea＜Eb,φa＜φb

D.Ea＜Eb,φa＞φb

圖1

1)物理觀(guān)念的考查角度

本題主要關(guān)注了物理觀(guān)念的形成過(guò)程.物理觀(guān)念的形成和發(fā)展需要學(xué)生通過(guò)物理概念、物理規(guī)律等內(nèi)容的學(xué)習(xí)及運(yùn)用才能逐步形成.本題通過(guò)考查學(xué)生對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)這兩個(gè)概念的深入理解來(lái)考查學(xué)生對(duì)于物質(zhì)觀(guān)和能量觀(guān)的理解.

2)解題的策略分析

解決本題的關(guān)鍵是學(xué)生要清楚電場(chǎng)的形成過(guò)程和描述方法.知道典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線(xiàn)分布特點(diǎn)和電勢(shì)的變化規(guī)律,了解電場(chǎng)線(xiàn)與等勢(shì)線(xiàn)的關(guān)系.明確電場(chǎng)是特殊物質(zhì),它具有力和能量的性質(zhì).知道分別用電場(chǎng)強(qiáng)度E 和電勢(shì)φ 以及電場(chǎng)線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)(面)來(lái)描述的性質(zhì),清楚電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)兩個(gè)概念的形成過(guò)程及概念的內(nèi)涵和外延,頭腦中有點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)(面)圖景,問(wèn)題就迎刃而解了(如圖2).

圖2

【原題呈現(xiàn)2】已知帶電粒子質(zhì)量為m,帶電荷量為＋q,從A(0,l)點(diǎn)以初速度v0沿x 軸正方向射出,只添加以下某一條件,可以控制這個(gè)帶電粒子打到x 軸上的C(2l,0)點(diǎn).(不計(jì)粒子所受重力,靜電力常量k 已知)下列說(shuō)法正確的是( ).

D.添加垂直AC 連線(xiàn)方向的某勻強(qiáng)電場(chǎng),也可能控制這個(gè)帶電粒子打到C 點(diǎn)

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

1)物理觀(guān)念的考查角度.本題主要關(guān)注概念規(guī)律的并聯(lián)建構(gòu).物理觀(guān)念是通過(guò)物理概念、物理規(guī)律的逐步學(xué)習(xí)、系統(tǒng)反思和遷移應(yīng)用而逐漸發(fā)展起來(lái)的.本題通過(guò)考查帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的不同特點(diǎn),來(lái)考查學(xué)生對(duì)這兩個(gè)場(chǎng)的深入理解,進(jìn)而幫助學(xué)生去體會(huì)場(chǎng)這種物質(zhì)的多樣性特點(diǎn).

2)解題的策略與反思.本題主要考查的是電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的控制作用.學(xué)生解決本題的關(guān)鍵是對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)進(jìn)行并聯(lián)建構(gòu),清楚電場(chǎng)、磁場(chǎng)的同一性和差異性.能夠綜合分析帶電粒子在不同場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和處理方法,就能找到問(wèn)題的解決方案.所以在后續(xù)復(fù)習(xí)中應(yīng)有意識(shí)地自主建立知識(shí)之間的并聯(lián)建構(gòu).將同一觀(guān)念下的相同規(guī)律、不同特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的比較梳理,是一種有利于系統(tǒng)地理解概念規(guī)律的方法.

【原題呈現(xiàn)3】三峽水力發(fā)電站是我國(guó)最大的水力發(fā)電站.三峽水庫(kù)蓄水后,平均水位落差約為100 m,用于發(fā)電的水流量約為1.0×104m3·s－1.如果通過(guò)水輪機(jī)以后水的動(dòng)能忽略不計(jì),水流減少的機(jī)械能有90%轉(zhuǎn)化為電能,按照以上數(shù)據(jù)估算,三峽發(fā)電站的發(fā)電功率最大數(shù)量級(jí)最接近( ).

A.1010W B.108W

C.107W D.105W

P＝0.9ρQgh＝0.9×1.0×103kg·m－3×1.0×104m3·s－1×10m·s－2×100m≈1010W.

可知選項(xiàng)A 正確.

1)物理觀(guān)念的考查角度.本題關(guān)注概念規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用,物理觀(guān)念只有在真實(shí)情境中解決問(wèn)題時(shí)才能表現(xiàn)出來(lái).本題以三峽水力發(fā)電為載體,考查學(xué)生對(duì)于能量觀(guān)念的理解,要求從能量守恒的角度去分析處理實(shí)際問(wèn)題.

2)解題的突破點(diǎn)分析.學(xué)生解決本題有兩點(diǎn)障礙：一是不能有效地建立物理模型,將實(shí)際生活中的流量問(wèn)題轉(zhuǎn)化為流體問(wèn)題；二是不能從能量的角度思考問(wèn)題,不能準(zhǔn)確運(yùn)用能量守恒和轉(zhuǎn)化思想去解決問(wèn)題,也就是不能將真實(shí)的情境與能量觀(guān)念建立聯(lián)系,形成應(yīng)用能量觀(guān)念處理問(wèn)題的意識(shí).

2 高三復(fù)習(xí)中有效形成物理觀(guān)念的策略

2.1 回歸教材、突破要點(diǎn)，把握概念本質(zhì)

1)回歸教材,挖掘概念本質(zhì)

教材是課標(biāo)的具體體現(xiàn),是教、學(xué)、考三方唯一可參考的交點(diǎn).教材中對(duì)概念規(guī)律的闡述準(zhǔn)確科學(xué),對(duì)規(guī)律的認(rèn)知過(guò)程層層深入.所以在復(fù)習(xí)中我們應(yīng)在理解概念和規(guī)律上多下功夫.對(duì)于每個(gè)概念規(guī)律,一方面我們要清楚它是什么? 為什么? 還有些什么? 另一方面我們也要清楚它在教材中的呈現(xiàn)形式,梳理教材的編寫(xiě)邏輯,思考這種邏輯帶給我們的啟示.

例如人教版教材對(duì)于“閉合電路歐姆定律”的編寫(xiě)邏輯就可以梳理如圖8所示.

圖8

這樣的邏輯梳理能使我們從能量守恒、電路特點(diǎn)、圖象表征等多個(gè)角度對(duì)閉合電路歐姆定律有深入的理解.

2)突破要點(diǎn),形成自我概念體系

我們對(duì)于任何一個(gè)物理概念規(guī)律內(nèi)涵的理解都不可能是一次完成的,都是隨著學(xué)習(xí)的進(jìn)程不斷進(jìn)行的.而高三對(duì)概念的復(fù)習(xí)就是一個(gè)回頭看的過(guò)程,一個(gè)梳理整合的過(guò)程.這個(gè)梳理是圍繞核心問(wèn)題展開(kāi)的,例如我們對(duì)電場(chǎng)的梳理就可以追問(wèn)以下問(wèn)題：為什么要建立電場(chǎng)? 電場(chǎng)是真實(shí)存在的嗎? 它是一種物質(zhì)嗎?如果空間中沒(méi)有試探電荷,電場(chǎng)還存在嗎? 電場(chǎng)具有哪些性質(zhì)? 這些性質(zhì)有哪些特點(diǎn)?

回答這些問(wèn)題的過(guò)程就是梳理物理概念的內(nèi)涵和外延的過(guò)程,就是準(zhǔn)確理解物理概念、物理規(guī)律形成的過(guò)程,就是突破要點(diǎn)形成體系的過(guò)程,其最終目的是形成我們對(duì)一章知識(shí)的自我理解,建立自己的知識(shí)體系.

2.2 多維建構(gòu)，促進(jìn)概念規(guī)律的深層理解

高考考查的不僅僅是單一知識(shí)點(diǎn),更是對(duì)知識(shí)系統(tǒng)化的知識(shí)的理解和應(yīng)用,因而只有形成知識(shí)體系,才能比較清楚地了解物理知識(shí)的因果關(guān)系,從全局的高度去總攬物理知識(shí),進(jìn)而形成物理觀(guān)念.在復(fù)習(xí)中應(yīng)提升自己的整合建構(gòu)能力,既要關(guān)注知識(shí)體系的建構(gòu),也要關(guān)注認(rèn)知方式的建構(gòu).

1)圍繞知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系的建構(gòu)

按照物理知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系,建構(gòu)物理知識(shí)體系,是指建構(gòu)不同概念、規(guī)律及其關(guān)系在同一主題中的內(nèi)在聯(lián)系,強(qiáng)調(diào)物理知識(shí)本身的系統(tǒng)性和邏輯性.所以,這種建構(gòu)就要打破課程模塊和教材中的章節(jié)順序的束縛,按知識(shí)的內(nèi)在邏輯關(guān)系建構(gòu)完整的物理知識(shí)體系.我們可以采取知識(shí)歸類(lèi)法,即將有關(guān)物理知識(shí)進(jìn)行分類(lèi),并建立各類(lèi)別概念規(guī)律之間的關(guān)系.既可以采用概念圖的方式,也可以采用表格分類(lèi)的方式.

表1就是利用表格分類(lèi)法,對(duì)運(yùn)動(dòng)做的縱向梳理.

表1

通過(guò)這樣的梳理,我們對(duì)于運(yùn)動(dòng)的形式、種類(lèi)、特點(diǎn)、處理方法獲得了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí),形成真正的運(yùn)動(dòng)觀(guān)念,并能利用這種觀(guān)念去處理實(shí)際問(wèn)題.這樣的梳理也有助于在解決問(wèn)題的過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情境特點(diǎn),快速準(zhǔn)確地提取有效信息,建立合理的運(yùn)動(dòng)模型,運(yùn)用正確的方法處理問(wèn)題.

2)圍繞核心概念的并聯(lián)整合

中學(xué)物理是以為數(shù)不多的核心概念和規(guī)律為主干構(gòu)成的完整體系,知識(shí)之間具有并聯(lián)性、層級(jí)性和系統(tǒng)性.圍繞核心概念來(lái)整合物理學(xué)科內(nèi)在的知識(shí),強(qiáng)調(diào)的是對(duì)核心概念的認(rèn)知發(fā)展的建構(gòu),這種建構(gòu)是一種認(rèn)知方式的建構(gòu),重點(diǎn)體會(huì)不同概念的內(nèi)在統(tǒng)一性和一致性.可采取類(lèi)比遷移法,一方面要找出知識(shí)間的異同,另一方面要深化對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí).最重要的是從客觀(guān)事物本身去理解概念,進(jìn)而形成觀(guān)念.對(duì)于場(chǎng)這一概念可以比較電場(chǎng)和磁場(chǎng)兩種場(chǎng)的差異,如電場(chǎng)線(xiàn)與磁感線(xiàn)、保守場(chǎng)和非保守場(chǎng)、有源場(chǎng)和無(wú)源場(chǎng).也可以結(jié)合重力場(chǎng)對(duì)三種場(chǎng)進(jìn)行橫向比較,從而更深入地理解場(chǎng)這一物質(zhì)觀(guān)念.表2為場(chǎng)的橫向比較.

表2

對(duì)場(chǎng)的特點(diǎn)和性質(zhì)的橫向比較過(guò)程,就是深入理解場(chǎng)的物質(zhì)屬性的過(guò)程,也是深化理解電場(chǎng)強(qiáng)度的概念、勢(shì)的概念的過(guò)程.

任何物理概念和規(guī)律的得出都需要經(jīng)過(guò)科學(xué)思維加工,不是隨手拈來(lái),也不是死記硬背.我們只有參與到物理概念和物理規(guī)律的推導(dǎo)中來(lái),明白科學(xué)知識(shí)的由來(lái),掌握科學(xué)推理的過(guò)程,通過(guò)事實(shí)依據(jù)和科學(xué)觀(guān)察總結(jié)物理規(guī)律和概念,自主完成構(gòu)建,進(jìn)行內(nèi)部消化和升華,并在實(shí)踐中利用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題,才能促進(jìn)物理觀(guān)念的有效形成.