物理學習中“重視理解”的內涵

陳永華

摘 要：“學會學習”是所有的學科課程教育都必須注重發展的素養。作為物理教學，如何發展學生“學會學習”的素養，筆者認為：“重視理解是指導學生‘學會學習的思想精髓。” 然而“重視理解”的內涵是什么呢？它指重視理解概念規律的形成過程，重視理解概念規律的實質內涵，重視理解物理公式的數理涵義，重視理解知識之間的內在聯系。

關鍵詞：理解；概念；規律；形成過程；實質內涵；數理涵義

《中國學生發展核心素養》主要包括“人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新”這六大素養 [1 ]。應該說，“學會學習”是所有的學科課程教育都必須注重發展的素養。作為物理教學，如何發展學生“學會學習”的素養，筆者認為：“重視理解是指導學生‘學會學習的思想精髓”。然而“重視理解”的內涵是什么呢？

物理概念與規律是構成物理學課程內容的基本元素，而且課程內容的構建都是圍繞概念或規律并按照“構建背景、形成過程、內容表述、應用示例”這四個程序來展開，物理課程學習中的“重視理解”就是指重視理解概念或規律構建過程中的前三個程序內容。本文就這個話題，談談個人粗淺認識。

1 重視理解概念規律的形成過程

理解概念或規律的形成過程是理解概念或規律的的基本要求 [2 ]，然而在實際的課程學習中，絕大多數學生僅關注概念或規律的結論性內容而忽視其形成原因和形成過程，所形成的理解往往是“知其然而不知其所以然”，因而在概念或規律知識的運用中往往思維混亂乃至出錯。例如：外形均為長方體的甲、乙兩實心玻璃磚，把它們豎直放在水平桌面上，已知甲的底面積大于乙，而乙的高度大于甲，試問它們對桌面的壓強哪個較大？對于這個問題，由于沒給出受力面積和玻璃磚重力的具體數據，因此學生無法通過計算來進行比較分析而束手無策，導致這種情況的原因就是學生學習中忽視了對液體壓強公式P=ρgh的導出過程的理解。對于公式P=ρgh，由于學生僅注重其內涵的理解，幾乎所有的學生都認為該公式只適用于液體壓強的計算而不能用于分析固體的壓強。我們知道，液體壓強公式P=ρgh是依據固體壓強公式P=F/S而導出且用來直接計算液體壓強的公式，對于橫截面積相等的規則幾何形固體，同樣可以應用該公式來分析其底部的壓強。對于甲、乙兩長方體玻璃磚，從上到下橫截面積相同，它與推導液體壓強公式所選的圓柱形液柱模型比較，內涵相同。乙的高度大于甲，由公式P=ρgh可知乙對桌面的壓強大于甲。這就是重視理解概念規律形成過程的重要性。

重視理解概念或規律的形成過程，首先是明確概念的引入意圖或規律的事實背景，如“速度”概念的引入是為了描述物體運動的快慢，而探究“滑動摩擦力的大小與哪些因素有關”是源于“水平面上滑動的木塊最終會停下”的這種事實背景。如果能明確概念引入意圖或規律的事實背景，那么對概念規律的理解就能構建清晰的表象認識。其次是知道概念的形成原因或規律的導出過程。為什么可以用“比值”的形式來定義諸多概念，其原因就是其中兩個物理量的“比值”能表征這種物理事實的特征或本質。如“功率”是描述做功快慢的物理量，“功/時間”表征單位時間里所做的功，“比值”越大，做功就越快，它能體現做功快慢這種特征。再如“二力平衡條件”，它是通過“放置在水平面上的小車受兩個力作用”的實驗來分析這兩個力的“三要素”關系特點而得到的結論。顯然，明確概念或規律的形成過程，就意味著對概念或規律理解就達到了“知其所以然”的深層次，這就是“重知識形成過程”的建構性學習。

2 重視理解概念規律的實質內涵

培養學生運用概念與規律來解決物理實際問題的能力是物理學習的主要目標，而是否理解概念或規律的實質內涵是形成這種能力的前提 [2 ]。如《光的折射》課題導入，教材是給出“鉛筆斜放在玻璃水杯中”的一副插圖表征“光的折射”現象。從玻璃杯的側面觀察，既能發現鉛筆在水面“折斷”，又能發現“浸入水中鉛筆變粗”。對于鉛筆“變粗”現象的解釋，它首先要求人們須要將圓臺形的玻璃杯看成是“凸透鏡”，然后再依據“物體在焦距內成放大的虛像”原理來說明“變粗”的理由。其中把玻璃杯看成 “凸透鏡”是問題解釋的關鍵，然而它卻要求人們對凸透鏡的結構性內涵有著本質性的理解。

物理概念的實質內涵主要包括概念的特征、結構、涵義、方向、單位、外延等諸多因素。如“電流強度”概念，它是描述導體內電荷定向移動快慢特征的物理量，定義式結構為“電量/時間”，其涵義是“每秒內通過導體橫截面的電量”，雖有流動特征，但沒有方向。因為導體中的電荷定向移動，可以是金屬導體中自由電子的定向移動，也可以是導電溶液中正負離子互為相反方向的定向移動，為方便研究起見，人們把正電荷定向移動的方向規定為電流的流向。單位有安培、毫安、微安三種，三者之間是千進位制。

外延是指概念所反映的具有某一屬性的一個個或一類類現象或事物，“電流強度”概念是用來描述所有導體的通電狀態下的現象，諸如金屬導線通電、生物體通電、電解溶液通電、氣體導電等。

物理規律的實質內涵主要包括內容要點、表述形式、成立條件、適用范圍、拓寬應用等。如部分電路的“歐姆定律”，其內容要點是描述導體通電狀態下電流強度、電壓、電阻三者之間的定量關系，表述形式為三種，即文字表述、公式表示和圖像描述。該定律成立的條件是“純導體電路”，而對于電路中含有電容器、電感器、電解槽、電動機等將電能轉化為熱能以外形式的能的電路則不成立。其適用范圍是金屬或電解液導電，不適用于氣態導體和半導體導電。

拓寬應用是指對適用對象進行合理地放大。“歐姆定律”中的導體，它可以是單個導體元件的簡單電路，也可以是多個導體元件且不同形式組合的復雜電路。對于復雜電路，公式I=U/R中的各個量均表示總量。然而在實際的學習中，多數學生僅記住這個公式形式并用于計算，并不注意理解成立條件與適用范圍，尤其是對拓寬應用情形缺乏很好的理解，這就是學生在解決串并聯電路問題中常出錯的原因所在。

3 重視理解物理公式的數理涵義

物理概念與規律，不僅在定性方面反映物質的特性、物體間的相互作用以及運動規律，而且更有意義的是在定量方面描述了其中的內在因素關系。以研究數量關系和空間形式的數學，作為一種語言形式，它在定量描述物理概念或規律方面，不僅簡潔，而且便于邏輯演繹與推理，是人們研究物理或解決物理問題不可或缺的工具 [2 ]。然而對于物理公式的理解，既要從數學原理與方法的角度來認識物理量之間的數量關系，但又要從物理事件的屬性或本質方面來理解其中的物理意義。如物質密度公式ρ=m/V，它表征的是各種物質的特性，它可以依據數學中的乘除方法來求算密度、質量或體積，但又不能單純地從數學角度來理解為“密度與質量成正比而與體積成反比”。因為對同一種物質，盡管物體的形狀或大小不同，但比值m/V卻是一個恒量，因此密度ρ是表征物質特性的物理量。這就是重視理解物理公式的數理涵義。

理解物理公式的數理涵義，主要注重理解以下三方面內涵：

①理解物理公式的建立過程。教材中的多數公式都是以“在物理學中，把物體所受的壓力與受力面積的比叫做壓強。”的形式直接告知讀者，因而學生對物理公式的建立過程往往是一知半解。關于壓強公式的建立，教材是以控制變量的方法來定性研究壓強與壓力、受力面積的關系，學生依據實驗現象僅僅知道“壓力越大，壓力效果越明顯；受力面積越小，壓力效果越明顯；”的知識結論，但并不能形成P=F/S的比值概念。如果教學中再給出“F1=20N，S1=2m2；F2=30N，S2=4m2”兩組數據來要求學生比較壓力作用效果，那么就有可能促使學生通過計算“F/S”以形成比較單位面積所承受壓力的比較思維，那么學生就能理解比值“F/S”能表征壓力作用效果這種力學特征，自然也就理解了公式P=F/S的數理涵義。

②理解物理公式的物理意義。如公式F1·l1=F2·l2，首先要知道它是表征杠杠的平衡條件，其次是知道公式中的F1、F2分別表示動力和阻力，而l1、l2分別表示動力臂與阻力臂，尤其要注重理解“力臂”的內涵。其三是知道這個公式屬于恒等性質，計算時只要注意等式兩邊相同物理量所選用的單位相同即可，不一定要采用國際單位制。

③理解公式演繹結論的物理意義。如依據公式P=W/t、W=Fs、s=vt可演繹得到P=Fv，那么就應該理解該公式是表征功率、牽引力、運動速度三者之間的關系。如汽車運輸貨物，貨物越多，所需要的牽引力就越大，汽車所提供的功率就越大；如果再要求汽車跑的更快，那么就要求汽車所提供的功率就更大，等等。誠然，對于這種演繹結論公式理解，學生難于達到全面且深刻的理解，但只要能注意分析和理解其涵義，這就是促進學生“重視理解”的目標所在。

物理學習中的重視理解，除了重視理解上述內容之外，還要引導學生重視理解知識之間的內在聯系。如“光的色散與光的折射規律”、“物體漂浮與二力平衡條件”、“動能與速度之間的關系”，等等，教學中都要啟導學生進行貫通性的理解。

參考文獻：

[1]京城教育圈.中國學生發展六大核心素養敲定[EB/OL]. http：//edu.sina.com.cn/zl/edu/2016-09-18/111439 2 2.shtml.

[2]過水根，江昌金.物理學習有方法[M].海口：南海出版公司，2011：43～96.