基于“物理觀念”形成的高中物理教學策略研究

孫國標,楊麗芬

(1.浙江省紹興柯橋中學 312030;2.浙江省紹興魯迅高級中學 312000)

一、物理觀念

“物理觀念”主要為物質觀、運動觀、能量觀、相互作用觀等要素；物理觀念形成有以下四個水平層次：水平1：能從物理學的視角觀察自然現象， 具有將物理學與實際相聯系的意識.水平2：形成初步物理觀念，能從物理學的視角解釋一些自然現象，能應用所學的物理知識解決一些實際問題.水平3：形成物理觀念，能從物理學的視角解釋一些自然現象，能應用所學的物理知識解決實際問題.水平4：具有清晰的物理觀念，能從物理學的視角正確描述和解釋自然現象，能靈活應用所學的物理知識解決實際問題，

二、物理觀念形成的教學策略研究

下面介紹幾種物理觀念形成的教學策略：

1.融入物理學史，感知物理觀念作用

科學的發展并不是一帆風順的，而是充滿著挫折、喜悅、斗爭和合作，物理規律在不斷經歷著從實踐到認識，再從認識到實踐的檢驗，直至科學的形成.正因為如此，許多科學家們用畢生的勤奮努力為之探索鉆研：法拉第的刻苦自學，經過十幾年的反復實驗，經歷無數次的失敗挫折，終于發現了電磁感應定律；盧瑟福經過十年的能力，提出了原子的核式結構學說……通過對學生進行物理史實的介紹，能夠讓學生研究真實、典型的科學過程，理解物理課程的教育價值，能使學生經受物理觀念變革的洗禮，可以讓學生樹立正確的物理觀念，還可以幫助我們學到或悟出一些科學方法，更能宏揚人文精神，激發學生的意志和拼搏精神，激發學生的學習興趣.

再比如：伽利略對落體運動的研究

在高中物理教學中，廣大義務教育者可以把學生帶回伽利略的時代，體驗伽利略的研究過程：提出問題一大膽猜想一數學推理—實驗驗證一合理外推.還可以幫助學生樹立正確的運動觀和物理價值觀，把握正確的自由落體運動規律，切身感受伽利略的偉大.

2.創設情境、觀察現象，暴露學生潛在觀念

“學起于思，思源于疑”，學生的每一次思維活動都是從疑問開始的，通過情境設置，讓同學們觀察現象，產生疑惑，從而試圖讓同學們用已有知識思考、分析問題，從而暴露學生潛在的錯誤觀念.

【案例】拔河比賽中作用力與反作用力大小的比較

實驗：讓一個高個子男生與小個子男生進行拔河比賽(注：讓學生感覺兩人力氣有明顯差別).

現象：高個子男生獲勝.

教師向高個子男生提問：恭喜你，你獲得了勝利，那請問是他對你的力大？還是你對他力大？

高個子男生：我對他的力大.

教師：你的力比較大，所以把他拉過來了？同學們同意他的觀點嗎？

學生：不同意，雙方作用力是作用力與反作用力，是一樣大的.

3.巧設實驗，引發學生的認知沖突，實現錯誤觀念的轉變

認知沖突是指，當新經驗與原有觀念之間出現對立、矛盾時，會使知識獲取者感到疑惑不解.從建構主義上講，學生的學習是基于原有經驗，并通過不斷地與新的信息進行 “撞擊”、交流中，在學生的頭腦中建構出的新的認知模式.

教師通過巧妙的設計實驗，讓學生通過體驗、觀察，調動學生的思維，引導學生對現象進行分析，從而弄清物理的本質.

【案例】再如上面談到的案例，作為教師可以再設計一個實驗，讓學生進一步看清現象的本質.

實驗：讓高個子男生站在滑板上再進行拔河比賽.

現象：小個子男生輕松獲勝.

教師再提問高個子男生：那這次你為什么輸掉了？

高個子男生：我與地面間的摩擦力變小了.

教師：那請問在拔河比賽中獲勝的原因是什么？

高個子男生：拉力要大于摩擦力

教師：回答很好，因此，通過剛才的實驗我們可以發現，在拔河比賽當中，兩個人之間的拉力是作用力與反作用力的關系，大小始終是相等的，之所以一方能夠獲勝的原因，是因為他對對方的拉力大于對方與地面之間的最大靜摩擦力.這也就告訴我們，拔河比賽要想獲得勝利的關鍵是要必須增大與地面間的最大靜摩擦力.

4.鋪設臺階、問題導引，拓寬學生的物理觀念

在學生的現有物理觀念基礎上，通過問題設置，對原有的觀念進行拓寬和深化 ，即在前觀念與新觀念之間鋪設臺階，通過創設問題情境，暴露學生的前觀念，引導學生自主形成類比，尋求新、舊觀念的整合點.

【案例】在《電勢能》教學時，如何引入電勢能？如何讓學生明確電場力做功與電勢能變化的關系？筆者認為可以建立圖的情景，進行問題探究式教學促使物理觀念的形成.

問題一：在重力場中，物體自由下落中，能量要如何轉化？

學生：重力勢能轉化為動能

問題二：在重力場中，物體自由下落中，受到哪些力？誰在做功？重力做功與動能變化、勢能變化有什么關系？

學生：物體自由下落過程中只受重力，重力做正功，動能增大，勢能減小，重力做功等于重力勢能變化的負值.

問題三：在勻強電場中，靜止釋放一電荷，電荷從A到B受到哪些力？怎么運動？動能怎么變？

學生：電荷受到電場力，做勻加速直線運動，所以動能增大.

問題四：與重力場類比，是什么能量轉化為動能？

學生：在重力場中物體具有重力勢能，在電場中，電荷具有電勢能，電勢能轉化為動能

問題五：在電場中，電場力做功與電勢能變化的關系是怎樣的？

學生：電場力做正功，電勢能減小，動能增大，與重力場類似，電場力做功是電勢能變化的負值.

5.引導學生反思概括，促進物理觀念形成和發展

物理知識并不是一些雜亂無章的公式堆積，而是有其內在聯系的系統性和邏輯性的知識結構.學生物理學習的困難所在是不能夠將所學知識形成知識網絡，更不能夠比較深刻地了解各個核心知識間的聯系，所以引導學生進行反思概括，歸納總結，有利于物理觀念的形成與發展.

【案例】在學習《庫侖定律》時，應引導學生反思概括以下問題：

(1)建立“點電荷”模型的理想化方法，這種研究方法在物理學研究中應用非常普遍，引導學生歸納此方法在物理學中的應用：如質點的概念、落體運動忽略空氣阻力、輕繩、輕桿、輕彈簧、彈簧振子模型、單擺模型等.

(2)探究電荷之間相互作用力是采用“控制變量法”，物理中應用如學習牛頓第二定律時探究a與F，m的關系，學習電阻定律時探究R與ρ，L，S的關系等.

(3)通過探究電荷之間相互作用力，讓學生歸納物理問題研究的基本思路，猜想、實驗探究(定性實驗、定量實驗：庫侖扭秤)、歸納總結，培養實驗素養和科學品質.

(4)在庫侖扭秤實驗中，庫侖采用“倍減法”使電量成倍的減小(庫侖當時不知電量的單位和數值)，從而來研究力與電量的關系，在我們高中物理學習中，在做“探究做功與速度變化關系”的實驗中，也采用類似的方法，在平衡摩擦力后，讓皮筋條數成倍的增加，并讓物體從同一位置靜止釋放，從而可使皮筋拉力做功成倍的增加，避開了直接求皮筋這個變力的功.

物理觀念的形成是物理教學的基礎，是物理核心素養培養的首要任務，我們在教學中應從學生實際出發，以更寬廣的視角,客觀、全面、深刻地理解物理課程的教育價值, 研究教學策略，制定教學方案，切實提高學生的物理核心素養.