在“實驗數據處理”中建構初中物理概念

劉蘋

物理作為一門具有邏輯體系的學科，它的主體是由一系列規則構成的，從規則出發可以推得概念群。概念的理解和掌握是學好物理的關鍵，也是初中生的困難所在。學生概念掌握困難的原因，一是沒有相應的經驗基礎，不會知識遷移，缺乏情景和知識的融合理解，對概念采用死記硬背的方式;二是概念教學的設計沒有遵循概念形成的原理和規律，教師沒有考慮初中學生的認知特點，直接從物理知識的邏輯體系出發來設計概念教學。

概念的形成是感性到理性的認識發展過程，需要借助形象、直觀的實驗情景來建構抽象的物理概念。對實驗中獲取的數據進行一定的方法處理，不僅能豐富學生的認知體驗，還能幫助學生更好地建構物理概念。

一、數據運算中建構物理概念

1.“速度”概念的建立

對初中生而言，用得較多的規則方法是比較，在學習“速度”“比熱容”等概念時，就是用一般意義的比較方法來定義的。學生在學習“速度”概念之前，所認識的“質量”“時間”“長度”等概念，是對事物的概括而形成的一種基本概念，與之匹配的是物理學上所對應的七個國際基本單位?！八俣取笨芍^是初中生所接觸的第一個對數據進行規則處理而獲得的概念。

速度的定義源于需求——比較物體運動的快慢。生活中的情景：百米賽跑、走路的快慢是基于某個相同量進行比較。前者 “通過相同的路程，所花時間越少，則跑得越快”;后者“同時出發的兩人運動時間相同，通過路程越長，則走得更快”。但是更多的實際運動情景中，路程和時間均不相同。為了解決這個問題，教師要滲透科學方法的指導，從控制變量的角度引導學生處理數據，得到符合實際生活的快慢比較方法。師生一起對實驗數據進行處理之前，需要明確：不同單位的物理量不能加減運算，可以乘除（對初中生而言）。通過進一步分析“路程/時間”的物理意義——單位時間通過的路程，再次回到已有的知識體系中，加深對速度概念的理解。筆者在教學中發現，基于在“速度”概念教學中的教學、學法指導，學生在學習“功率”“比熱容”“壓強”等概念時，能更好地理解新概念的定義和內涵。

2.“功”概念的建立

除了比較的方法定義概念外，還可以通過對數據相乘的處理方式定義物理概念，如“功”。滬教版初二物理（下）配套所用活動卡中，關于兩個和尚誰的貢獻大，師生也是從數據分析、方法處理中引出新概念的定義。由于該知識點的學習是在“速度”概念之后，學生已有的物理基礎，讓他們面對問題“兩個和尚誰的貢獻大”，首先采取了對數據進行比較相除的方法。教師引導學生進一步推理：是不是物塊重力越大，提升高度越小，甚至幾乎不提升，貢獻反而最大？學生在思辨和分析中發現了自相矛盾之處，從而思考用其他方式對這兩個不同的物理量進行數據處理。遵循不同物理量不能加減的原則，學生自然而然地想到對數據進行乘法處理，并建立新概念——功。

筆者以自己任教班級進行實驗教學對比發現，當學生通過自己探究（數據分析處理）獲得與前人研究相同的結果時，內心的獲得感有助于學生更好地認同、理解新概念的定義，未來更加主動地進行科學探究。

二、數形結合中建構物理概念

在物理教學中，通過數形結合的方式進行教學，不僅可以進一步培養學生的思維能力，還能有效提高學生對物理知識的運用能力。物理中的數形結合，“數”指的是物理量，“形”可以是物理狀態或過程的圖形、圖像。物理很多時候都是研究物體在某個過程中的發展變化，有限的實驗數據和現有的物理知識水平決定了初中生在建構某些物理概念時，無法運用“加減乘除”的數據處理方式獲得，比如電阻的概念。

初中物理教學中，學生對電阻概念的理解極大地影響了整個電學單元的學習。學生模仿科學家對不同材料、粗細、長度的導體在相同溫度下進行實驗獲得的數據，無法直接運用前面所提的數據處理辦法得到電阻的概念。而數形結合可以把抽象復雜的物理過程、現象、規律具體表示出來，簡單明了、啟發思維，使學生能夠全面動態地把握物理過程，抓住物理本質。教學中，筆者指導學生遷移運用s-t圖像對速度概念的表達，利用圖像擬合的辦法對“探究導體中電流與電壓的關系”實驗數據進行處理，通過分析同一導體的U-I圖像建構電阻的概念。s-t圖像和U-I圖像是一個數學正比例函數，教師要指導學生理解函數圖象的物理意義，這是用圖像來建構物理概念的基礎。

最后，教師在“促進思維發展的探究激情，解決問題的內在欲望，趣味問題的思維體驗，思考過程的欣賞激勵”的課堂活動中，引導學生水到渠成地歸納出物理概念的文字表達。

三、在物理概念教學中培養核心素養

物理概念不僅是物理基礎知識的重要組成部分，也是構成物理規律、建立物理公式和完善物理理論的基礎和前提。物理概念教學是學生掌握物理知識的關鍵，是培養學生能力的主要途徑。物理概念的建構過程，本質上是對學生進行科學方法的訓練過程，對學生科學思維的培養過程。新課改越發注重“思維過程的呈現”，這就要求學生要深刻理解物理概念，用物理概念來解釋自然現象，用物理方法來解決實際問題。

參考文獻：

[1]曹寶龍.概念的形成原理與教學建議：以物理概念為例[J].物理教學，2016（4）.

[2]楊坤文.如何進行物理概念的形成教學[J].物理通報，2008（12）.