關于物理概念、 規律教學的思考

楊旺生

摘 要： 物理概念、規律的教學是物理教學的核心，是物理教學取得成功的決定性因素。本文從教學實際出發，提出了突破物理概念、規律的教學應采取的方法與策略。

關鍵詞： 物理概念 規律教學 方法與策略

物理學習從概念和規律開始，而對概念和規律的正確理解與熟練應用又是學生學習物理的一個歸宿。從某個角度講：物理概念、規律的教學是物理教學的核心。為了突破概念、規律的教學可以采取什么方法與策略？下面我將圍繞這一問題談談看法。

一、物理規律的講授要注重人文化

任何一個物理規律的命名都是有深意的。如牛頓第二定律、楞次定律等。在進行物理規律的復習時，我往往首先問學生：物理規律的發現者的國籍。一次，我問學生：法拉第是哪國人？——說法不一，更有甚者脫口而出：是法國人。透過這一現象，我深感學生科學人文素養的缺乏。學生對物理學家其人其事知之甚少，可以斷言，學生建立的物理規律是不完整的。因此，在物理規律教學中注重科學人文化教育是非常有必要的。從亞里士多德“力維持物體的運動論”到伽利略對“力和運動”的再認識，再到牛頓運動定律，以及愛因斯坦的相對論，可以看出：科學的發展，歸根結底，是人類挑戰自我、挑戰權威的結果。要通過教學彰顯人的創造力和探索精神。在教學中，適當介紹科學家其人，如法拉第師從化學家戴維，分道揚鑣后因發現電磁感應現象而名揚天下；愛因斯坦與玻爾在量子論方面長達幾十年的爭論，被稱為最偉大的兩顆心靈之爭，等等，可以增進學生對科學家的了解，有助于學生建立物理規律，加深學生對規律的記憶、理解，更有利于培養學生學習物理的熱情。

二、概念的講授要凸現概念的本質

在帶電粒子在復合場中的運動問題中，曾遇到過這樣一道題目：一個帶正電的粒子，質量為m，電荷量為q，在勻強磁場中經過一段勻速圓周運動以后，以豎直向上的初速度v進入一個水平向右的勻強電場E，求帶電粒子在電場中經過時間t時的速度？對帶電粒子運動模型的確定，學生是力所能及的。然后要考查帶電粒子水平、豎直方向的分運動的性質。下面是課堂教學的實錄。

師：粒子在水平方向做什么運動？

生：勻速直線運動。

師：豎直方向做什么運動？

生：初速度為0的勻變速直線運動。

學生回答之輕率令人難以置信，但是靜心思索，這種輕率的背后卻隱藏著一個事實：即學生在學習平拋運動和類平拋運動時，沒有理解概念的本質，即沒有從本質上剖析勻變速直線運動和勻速直線運動的條件，只是在課堂背景中由于反復刺激，對平拋運動兩個分運動的特點進行了簡單的表象化記憶，因而處理類似問題時會自然地進行慣性化的遷移，而這種遷移是錯誤的。因此，概念概念講授中，必須突出概念的本質特征，使學生對之形成正確認識。

三、概念、規律的教學要重視實驗，增強感性認識

半徑R=0.8m的四分之一光滑圓弧軌道AB豎直固定，軌道末端水平，現使一質量m=0.1kg的小物塊自最高點A由靜止開始沿圓弧滑下。不計空氣阻力。g取10m/s。求：小物塊到達B點時對軌道的壓力大小。

以上是圓周運動中應用牛頓第二定律的常見、典型的一個問題。此題解題的思路：以小球為研究對象，在AB段由機械能守恒定律得：mgR=1/2mv。在B點選向上為正方向由牛頓第二定律，得F-mg=mv/R。但是，令人不可思議的是答卷中出現了F+mg=mv/R，mg-F=mv/R等答案。為何會出現這種錯誤？經過推敲就會發現：實際上學生對“向心力”這一概念沒有真正理解：在物理必修二中有這樣一句話：“勻速圓周運動的物體具有向心加速度，根據牛頓第二定律這個加速度一定是由于它受到了指向圓心的合力，這個合力叫向心力。”并給出向心力表達式“F=mv/r，FN=mωr”。然后教材編者又安排了一個“用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”的實驗。但是由于該實驗的不便控制、效果不佳而不受學生青睞，甚至會被棄之一旁。造成的直接后果便是：學生對向心力的來源未形成感性認識。在此基礎上即使用再多的語言描述也效果甚微。普朗克說：“物理知識不能單靠思維獲得，還應致力于觀察和實驗。”沒有足夠的感官感知的教學只能是強加式教學，使學生對之形成理性認識并加以應用只能是一句空談。經驗告訴我們：只有親歷過的才能成為學生所認同，最樂意接受的。正如物理教育家朱正光先生說的：“千言萬語說不清，一看實驗就分明。”

四、概念、規律的教學中要注重思想啟迪，提高學生認識

首先，物理≠數學。

在勻變速直線運動規律應用中有這樣一個近似經典的題目：一輛汽車以72km/h的速度行駛，現因故緊急剎車并最終停止運動，已知汽車剎車過程中的加速度的大小為5m/s，則從剛開始剎車經過5s，汽車通過的距離是多少？往往一部分學生不假思索，就會依據勻變速直線運動規律列出方程x=vt+1/2at并代入數據得x=37.5m，從而得出與實際相悖的答案。實際上這正是對汽車運動的實際意義的忽視，而簡單地將物理規律的應用等同于數學公式的套用。固然，數學是研究物理必不可少的工具。但是，我反復告誡學生：物理≠數學，即不要將物理完全等同于數學，在我們解出一道題的答案以后，必須站在實際意義的角度進行冷靜的審視，而這正是物理規律關注的焦點。否則，就不會領略物理規律的真諦。

其次，物理規律的內涵是變化的、動態的。

在電磁感應中，有這樣一個問題：一個電阻為R=12Ω的電阻絲做成一個半徑為r=1m的圓形導線框，豎直放置在水平勻強磁場中，線框平面與磁場方向垂直，磁感應強度為B=0.2T。現有一根質量為m=0.1kg電阻不計的導體棒，自圓形導線框最高點靜止起沿線框下落，在下落過程中始終與線框良好接觸。已知下落距離為r/2時，棒的速度大小為V=8/3m/s，求此時棒的加速度的大小。

此題經過與學生分析認識到安培力表達式F=BLυ/（R+r）中L、υ、R、r都是變化的。通過這個例子，充分說明物理規律的內涵是變化的、充滿動態的。“變”正是自然界中最普遍的現象之一。學生靜態的思維方式是制約學生學習物理、導致成績低迷的很大障礙，如把F=BLυ/（R+r）看成一個簡單的字母排列。只有以動態的眼光看待物理公式中的各物理量，才能準確地把握、熟練地應用物理規律。

五、概念、規律的教學需要在課堂練習中體察

以下是我摘錄自課堂練習或試卷中的一些錯誤案例及原因分析：

學生甲：對于在磁場中做勻速圓周運動的帶電粒子，由牛頓第二定律得：qvB=1/2mυ。錯因分析：沒有理解向心力，向心加速度概念、公式。（將向心力與動能混淆。）

學生乙：對于沿粗糙斜面下滑的物體，由動能定理得：mgssin37=1/2mv。錯因分析：學生對功的概念建立不牢固，情急之下將摩擦力做功寫成了摩擦力。

學生丙：對于甲、乙物體在碰撞的過程中由動量守恒定律得：v。錯因分析：沒有從本質上，即表達式、矢標性等方面區分動能與動量的概念。

這些看似平常的錯誤折射出學生對物理概念與規律的理解處于模糊狀態，或者形成了一種錯誤性的理解。因而在考試中屢屢出錯。

在教學中，往往因面臨課時緊張的壓力，使得我們在由講授向練習轉換之時再三斟酌。但物理概念、規律的高度抽象性決定了學生在接受、消化時難以做到一蹴而就。而課堂練習是全面暴露學生對基本概念、規律掌握情況的最好機會。可以說課堂練習在教學中的地位和作用是不可替代的。教師在練習過程中體察教學效果，將捕捉到最準確的教學信息。在體察中，對學生出現的偏差及時矯正，對學生的被動及時引導。反思教學的得與失，不斷調整教學方法與策略，優化教學效果，將使我們的教學取得最大發展。

天下之事，圖難于其易，為大于其細，可以說取得了物理概念、規律教學的成功，將會對整個物理教學起到決定性作用。