初中物理概念建立中科學(xué)方法教育的顯化研究①

熊小青 邢紅軍

(首都師范大學(xué)物理系,北京 100048)

1 研究現(xiàn)狀

物理概念是物理學(xué)最重要的基礎(chǔ),是物理知識(shí)教學(xué)的重要內(nèi)容.在物理教學(xué)中,使學(xué)生正確、牢固地形成物理概念,具有非常重要的意義.

《中學(xué)物理教學(xué)概論》提出重點(diǎn)物理概念的教學(xué)要求中包含“明確建立概念的事實(shí)依據(jù)和研究方法”[1].之所以要在物理概念教學(xué)中明確研究方法(科學(xué)方法),是因?yàn)榭茖W(xué)方法作為物理認(rèn)識(shí)活動(dòng)的中介,是連接物理現(xiàn)象與物理知識(shí)的紐帶.在物理概念教學(xué)中則表現(xiàn)為科學(xué)方法是連接物理現(xiàn)象與物理概念的紐帶.根據(jù)物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)圖,如圖1[2]所示.

物理概念的獲得過(guò)程為:物理現(xiàn)象→科學(xué)方法→物理概念.按照此路徑,學(xué)生只有掌握了科學(xué)方法,才能更快捷地獲取物理概念,深刻地理解物理概念.因此,必須在物理概念教學(xué)中顯化建立概念的科學(xué)方法.

2 初中物理概念建立中重要科學(xué)方法教育內(nèi)容的確定

在初中物理概念教學(xué)中顯化科學(xué)方法,必須明確科學(xué)方法的內(nèi)容.《中學(xué)物理教學(xué)概論》提出建立物理概念常用的方法有:(1)分析概括一類(lèi)事物共同本質(zhì)特征(本質(zhì)屬性);(2)把物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)的某種屬性隔離出來(lái),得到表征物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的某種性質(zhì)的物理量,如密度、速度比熱容等;(3)用理想化方法進(jìn)行科學(xué)抽象.[1]該書(shū)提出的建立物理概念的科學(xué)方法不夠清晰.表現(xiàn)在兩方面:第一,提出的科學(xué)方法只有思維方法,沒(méi)有物理方法.如(1)其實(shí)是分析和概括的思維方法,(3)其實(shí)是抽象的思維方法.第二,提出的科學(xué)方法較模糊.如(2)不能明確指出具體的思維方法.新近研究提出了初中物理涉及的主要科學(xué)方法及其出現(xiàn)的頻次.如表1所示.[3]

分析表1可知,初中物理中建立概念的重要科學(xué)方法有:直接定義法、比值定義法和乘積定義法,在初中物理概念教學(xué)中,應(yīng)著重顯化這些科學(xué)方法.

表1

初中物理中一些基本物理概念(如長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量等共25個(gè))是用直接定義法定義的.一般,利用直接定義法建立的物理概念是形成一般物理概念的前提和基礎(chǔ).

比值定義法是運(yùn)用兩個(gè)或多個(gè)物理量的比值定義一個(gè)新的物理量.如密度、速度、壓強(qiáng)、功率、電阻等概念均由比值定義法定義.

乘積定義法是用兩個(gè)或幾個(gè)物理量的乘積來(lái)反映物理世界某一新屬性的物理量.如功、電功、焦耳熱等概念均由乘積定義法定義.

教師應(yīng)在物理概念教學(xué)中恰當(dāng)顯化這些科學(xué)方法,促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理概念的理解,提高學(xué)生獲取物理概念的能力.

3 初中物理概念教學(xué)中顯化科學(xué)方法的教學(xué)建議

3.1 明確直接定義法的分類(lèi),根據(jù)分類(lèi)確定物理概念教學(xué)中科學(xué)方法的重點(diǎn)

一般認(rèn)為,直接定義法分為操作定義法和人為規(guī)定法.

操作定義法:當(dāng)給一個(gè)物理量規(guī)定了一套測(cè)量程序,并給它規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)單位,我們就說(shuō)定義了該物理量.利用操作定義法定義的物理概念有:長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量、溫度等.利用操作定義法定義的物理概念教學(xué)中,應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生熟練的掌握單位換算,掌握儀器的正確使用方法和測(cè)量的具體操作方法.

人為規(guī)定法:在經(jīng)驗(yàn)事實(shí)或觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,人們根據(jù)需要確定概念的方法.這種確定要符合實(shí)際,要能自洽于某一理論體系,同時(shí)要盡量簡(jiǎn)單,在可能的情況下,還要照顧人們的習(xí)慣.利用人為規(guī)定法定義的物理概念有:彈力、摩擦力、電荷、機(jī)械運(yùn)動(dòng)等.利用人為規(guī)定法定義的物理概念教學(xué)中,應(yīng)多利用演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生積累的生活經(jīng)驗(yàn)豐富學(xué)生對(duì)物理概念的感性認(rèn)識(shí),從眾多司空見(jiàn)慣的事物和熟悉的經(jīng)驗(yàn)中抽象概括出正確的物理概念.

3.2 顯化比值定義法的本質(zhì),按照比值定義法的邏輯組織安排教學(xué)進(jìn)程

通常,人們?cè)谘芯课锢韱?wèn)題時(shí),會(huì)遇見(jiàn)這樣的情況,某兩個(gè)或幾個(gè)量在一定條件下成正比,其比值是一個(gè)常量,這個(gè)常量正好反應(yīng)了事物的某種屬性,因此,就用這個(gè)比值可以定義出描寫(xiě)事物本質(zhì)屬性的一類(lèi)概念.這種觀點(diǎn)忽視了比值定義法運(yùn)用中的關(guān)鍵問(wèn)題即比值定義法的本質(zhì)——為什么要用兩個(gè)(或幾個(gè))物理量的相比定義一個(gè)新的物理量.在不明確這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的情況下,引導(dǎo)學(xué)生直接求比值,這樣的物理教學(xué)缺乏其內(nèi)在邏輯性.因此,必須在利用比值定義法建立的物理概念教學(xué)中,揭示這個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題,并且按照比值定義法的邏輯,組織安排教學(xué)進(jìn)程.

比值定義法的本質(zhì)就是比較,而比較的關(guān)鍵是選取相同的標(biāo)準(zhǔn).利用兩個(gè)或幾個(gè)物理量相比,就是在選取相同標(biāo)準(zhǔn),使比較的結(jié)果有意義.例如密度可設(shè)計(jì)為:首先,類(lèi)比生活中的例子,提出并強(qiáng)調(diào)比較要選取相同的標(biāo)準(zhǔn);其次,引導(dǎo)學(xué)生探究不同質(zhì)量的同一物質(zhì),選取相同的標(biāo)準(zhǔn)(體積)時(shí)會(huì)如何.引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論,然后運(yùn)用比值定義法定義密度的概念;最后,讓學(xué)生練習(xí)測(cè)量不同物質(zhì)的密度,比較各種物質(zhì)密度的大小,深化學(xué)生理解密度的內(nèi)涵與外延.

3.3 顯化乘積定義法的內(nèi)涵,促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理概念的理解

功是物理學(xué)最重要的物理概念,功概念的形成是一個(gè)逐步深化的過(guò)程,鑒于初中生知識(shí)儲(chǔ)備有限,初中物理沒(méi)有也不可能給出功的確切定義(功是能量轉(zhuǎn)換的量度).只能通過(guò)乘積定義法利用功的計(jì)算式定義功——在物理學(xué)中,把力和在力的方向上移動(dòng)的距離的乘積叫做功.因此,教師應(yīng)在初中功概念教學(xué)中,顯化乘積定義法的本質(zhì),促進(jìn)學(xué)生對(duì)功概念的理解.

乘積定義法的本質(zhì)是累積,累積要求相乘的兩個(gè)或幾個(gè)因素缺一不可,否則累積量為零.例如,功就是力在力方向移動(dòng)距離上的累積,兩者缺一不可,否則沒(méi)有做功.因此,在功概念教學(xué)中必須強(qiáng)調(diào):物理學(xué)中的做功,必須要滿足兩個(gè)必要條件:一是作用在物體上的力,二是物體在力的方向上通過(guò)一段距離.只有滿足這兩個(gè)條件,我們才說(shuō)力對(duì)物體做功.

1 閻金鐸,田世昆.中學(xué)物理教學(xué)概論.北京:高等教育出版社,2003.97-98

2 邢紅軍.論中學(xué)物理教學(xué)中的科學(xué)方法教育.中國(guó)教育學(xué)刊,2005,(8):34

3 付洪艷,邢紅軍.初中物理科學(xué)方法教育教學(xué)研究.大學(xué)物理(教育專(zhuān)刊),2010(2):62