例談高中物理教學(xué)中物理概念的4種引入方法

楊海英　譚敏　徐曉梅

[摘? ?要]物理概念學(xué)習(xí)是形成物理觀念的起點(diǎn)，物理概念教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，而物理概念的引入是學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念的先導(dǎo)。文章結(jié)合實(shí)例介紹了以下4種常用的引入物理概念方法：運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)引入物理概念;聯(lián)系實(shí)際生活引入物理概念;設(shè)置認(rèn)知沖突引入物理概念;運(yùn)用類比法引入物理概念。運(yùn)用這些方法可以豐富和促進(jìn)物理概念教學(xué)。

[關(guān)鍵詞]高中物理;物理概念;引入

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）02-0035-03

一、前言

物理概念是物理現(xiàn)象和物理過(guò)程本質(zhì)屬性的概括，也是物理學(xué)的研究成果。我國(guó)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（后文簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》）中明確指出：在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)物理概念的逐步學(xué)習(xí)、系統(tǒng)地反思和遷移應(yīng)用，可以不斷發(fā)展學(xué)生的物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念以及能量觀念，并使學(xué)生學(xué)會(huì)用這些觀念解釋自然現(xiàn)象，解決生活生產(chǎn)中的一些實(shí)際問(wèn)題?！缎抡n標(biāo)》還指出：創(chuàng)設(shè)體現(xiàn)物理概念本質(zhì)特征的情境是概念教學(xué)的關(guān)鍵，它可以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念之前，需以大量經(jīng)驗(yàn)性常識(shí)為基礎(chǔ)建構(gòu)物理概念，完成從經(jīng)驗(yàn)性常識(shí)向物理概念轉(zhuǎn)變的過(guò)程。

高中物理概念的呈現(xiàn)大多以抽象思維為主，如質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、萬(wàn)有引力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等概念，高中生在學(xué)習(xí)物理概念的過(guò)程中，如果基礎(chǔ)知識(shí)的缺失或不足，或是前概念的負(fù)遷移，或受思維定式的影響，均會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)物理概念的學(xué)習(xí)與理解產(chǎn)生一定的困難。高中物理概念的教學(xué)要根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求、物理概念的特點(diǎn)以及學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律來(lái)展開，其教學(xué)過(guò)程大致包括三個(gè)環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)物理情境，引入物理概念;運(yùn)用科學(xué)思維方法，引導(dǎo)學(xué)生建立物理概念;選擇具體問(wèn)題建立物理概念。

在物理概念教學(xué)中重視物理情境的創(chuàng)設(shè)是《新課標(biāo)》的要求，也是物理概念教學(xué)的特點(diǎn)和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的要求。當(dāng)物理概念比較抽象時(shí)，如果能創(chuàng)設(shè)直觀、形象的物理概念教學(xué)情境，學(xué)生就容易獲取更多的表象，在直觀的基礎(chǔ)上抽象，從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而形成物理概念，為學(xué)生理解物理概念減輕了難度。文章將結(jié)合《新課標(biāo)》的要求、物理概念教學(xué)的規(guī)律以及高中生的認(rèn)知特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)例介紹4種常用的引入物理概念的方法，意在豐富和擴(kuò)展高中物理概念教學(xué)的引入方法。

二、高中物理教學(xué)中物理概念的4種引入方法

1.運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)引入物理概念

物理現(xiàn)象是一種真實(shí)的、鮮活的、生動(dòng)的自然現(xiàn)象，演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴箤W(xué)生在特定的時(shí)間和空間區(qū)域仔細(xì)觀察，正確認(rèn)識(shí)現(xiàn)象的關(guān)鍵特征，獲得正確的表象[1]?！缎抡n標(biāo)》中明確指出：演示實(shí)驗(yàn)是教師與學(xué)生共同探究物理問(wèn)題的學(xué)習(xí)方式，是體驗(yàn)性較強(qiáng)的學(xué)習(xí)方式，教師要積極利用各種器材開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，盡可能多地開發(fā)高質(zhì)量的、能引起學(xué)生濃厚興趣的演示實(shí)驗(yàn)。運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境引入物理概念能給學(xué)生一個(gè)清晰直觀的認(rèn)識(shí)。學(xué)生在觀察演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以獲得大量感性信息，同時(shí)也會(huì)通過(guò)思考，提出一系列的問(wèn)題，進(jìn)一步為思維加工提供良好的基礎(chǔ)。下面以人教版高中物理必修1第四章第七節(jié)中“超重和失重”概念教學(xué)為例。

（1）教學(xué)背景

學(xué)生在學(xué)習(xí)超重和失重概念之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓運(yùn)動(dòng)定律，初步理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律的內(nèi)容，會(huì)利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決一些簡(jiǎn)單問(wèn)題，具備探究學(xué)習(xí)“超重和失重”的知識(shí)和能力。《新課標(biāo)》中明確指出教師要通過(guò)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)超重和失重現(xiàn)象，因此，運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)來(lái)引入概念能使學(xué)生加深對(duì)概念的理解。

（2）教學(xué)片段設(shè)計(jì)

情境一：以紙帶和一重物為實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，紙帶中間部位剪一個(gè)小缺口，一端掛重物，用手提起另一端向上勻速運(yùn)動(dòng)，紙帶沒有斷;向下勻速運(yùn)動(dòng)，紙帶依然沒有斷;提著重物快速向下運(yùn)動(dòng)，突然停止，紙帶斷裂。

提出問(wèn)題：紙帶為什么會(huì)斷裂，是在什么時(shí)候斷裂的？

情境二：取一裝有水的紙杯，在紙杯靠近底部的部位戳兩個(gè)小孔，水從孔中噴出。教師將水杯從某一位置自由下落，水沒有從小孔中噴出。

提出問(wèn)題：水杯中的水在下落過(guò)程中為什么沒有從孔中噴出？

通過(guò)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而巧妙的演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生初步體驗(yàn)超重、失重現(xiàn)象，從而開始超重與失重概念的學(xué)習(xí)。演示實(shí)驗(yàn)需要的儀器少，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中比較節(jié)省操作時(shí)間，這也就使得演示實(shí)驗(yàn)成為教師在物理概念教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)中的優(yōu)先選擇。

2.聯(lián)系實(shí)際生活引入物理概念

學(xué)生最為熟悉的環(huán)境來(lái)源于生活，日常生活中的所見所聞很多都與物理有關(guān)，由于學(xué)生有經(jīng)驗(yàn)，有體驗(yàn)，一旦將這些熟知的場(chǎng)景同所學(xué)的物理概念聯(lián)系起來(lái)，就能使學(xué)生有一種身臨其境的感受，為理解物理概念提供了感性認(rèn)識(shí)。當(dāng)學(xué)生再次遇到類似的生活情境時(shí)，習(xí)得的物理概念將重復(fù)出現(xiàn)，也使相關(guān)的物理概念得到鞏固，從而加深了學(xué)生對(duì)物理概念的理解。下面以人教版高中物理必修1第一章第一節(jié)“質(zhì)點(diǎn)”概念教學(xué)為例。

（1）教學(xué)背景

質(zhì)點(diǎn)在高中物理學(xué)習(xí)中是一個(gè)重要的物理概念，在教學(xué)過(guò)程中教師有必要一開始就讓學(xué)生對(duì)它有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)——沒有大小和形狀，但聚集了物體全部的質(zhì)量。《新課標(biāo)》明確要求教師在教學(xué)過(guò)程中要引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷質(zhì)點(diǎn)模型的構(gòu)建過(guò)程，了解質(zhì)點(diǎn)的含義。質(zhì)點(diǎn)是一種理想化模型，理想化模型的建立使人們對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的描述成為可能，而且更加深刻地把握住了事物的本質(zhì)。因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，結(jié)合學(xué)生從生活情境中逐步抽象出的質(zhì)點(diǎn)模型，引出質(zhì)點(diǎn)的概念。

（2）教學(xué)片段設(shè)計(jì)

教師：生活中我們隨處都能看到物體的運(yùn)動(dòng)：汽車在公路上行駛，鳥兒在飛翔，樹葉在搖動(dòng)……連我們腳下的地球也在不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。這些都是我們生活中常見的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，下面就請(qǐng)4位同學(xué)以涂鴉的方式描繪出一幅風(fēng)中搖擺的樹葉畫;一幅百米賽跑中運(yùn)動(dòng)員從起點(diǎn)跑到終點(diǎn)的畫;一幅學(xué)生從家騎行1km到學(xué)校的畫;一幅某人乘坐高鐵從昆明去上海的畫。其他同學(xué)對(duì)這些畫進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，看看哪幅畫更符合題意。

在繪畫的過(guò)程中學(xué)生會(huì)把注意力集中在樹葉、人畫得像不像上，通過(guò)教師引導(dǎo)以及學(xué)生的點(diǎn)評(píng)得出問(wèn)題的關(guān)鍵：第一幅畫需要把樹葉畫清楚;第二幅畫不需要把注意力放在運(yùn)動(dòng)員本身畫得像不像上，主要體現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員的賽跑路線就好了;第三幅畫跟第二幅畫一樣主要體現(xiàn)騎行路線，自行車可以看成一個(gè)“點(diǎn)”;第四幅畫不需要把注意力放在人的身上，此時(shí)人可以看成為一個(gè)“點(diǎn)”。

教師再讓學(xué)生思考一個(gè)問(wèn)題：若要研究物體的運(yùn)動(dòng)，什么時(shí)候可以不考慮細(xì)節(jié)，也就是類似它的形狀、大小、體積、顏色等因素？（逐步建立質(zhì)點(diǎn)模型）

結(jié)合生活中常見的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，選擇一些學(xué)生喜歡或者熟悉的畫面，讓學(xué)生根據(jù)要求以他們喜歡的涂鴉方式描繪情境，在輕松的氛圍中開始了質(zhì)點(diǎn)概念的學(xué)習(xí)。結(jié)合生活實(shí)例引入物理概念，可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)處理實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，對(duì)促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展有著重要的作用。

3.設(shè)置認(rèn)知沖突引入物理概念

設(shè)置認(rèn)知沖突引入物理概念，是將新舊知識(shí)的矛盾尖銳地?cái)[在學(xué)生的面前，使他們帶著要解決問(wèn)題的迫切心情投入物理概念的學(xué)習(xí)，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。在教學(xué)過(guò)程中只有不斷地打破學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，使他們的思維遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)，才能有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)新概念的積極性。下面以人教版高中物理必修1第三章第一節(jié)中“重心”概念教學(xué)為例。

（1）教學(xué)背景

重心是物理學(xué)中重力這一知識(shí)點(diǎn)里的重要概念，在初中，學(xué)生已經(jīng)初步學(xué)習(xí)了重心的概念，但只停留在表象認(rèn)知水平。就課程內(nèi)容以及學(xué)生現(xiàn)有接受能力而言，學(xué)生對(duì)重心概念的理解以及確定不規(guī)則物體的重心位置是教學(xué)難點(diǎn)。

（2）教學(xué)片段設(shè)計(jì)

教師可以用一個(gè)圓形盒子（如圖1所示），一塊石頭，一塊長(zhǎng)木板來(lái)做實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖2）。課前教師先用膠帶將石頭粘在盒子內(nèi)部，課堂上教師利用長(zhǎng)木板搭成一個(gè)斜面，將盒子豎直放置在斜面上，用手按住頂部（學(xué)生事先不知道盒子里面裝了石頭）。

提出問(wèn)題：按在盒子頂部的手松開后，盒子在斜面上會(huì)如何運(yùn)動(dòng)？

學(xué)生提出猜想：沿斜面往下滾。

教師第一次松手后，盒子沿斜面往上滾;第二次從同一位置松手后，盒子沿斜面往下滾;第三次松手后，盒子靜止在斜面上。

教師：為什么同一個(gè)盒子在同一位置松手，卻出現(xiàn)了不同的結(jié)果呢？

在學(xué)生的認(rèn)知中，手松開，盒子會(huì)沿斜面往下滾，然而在課堂上觀察到的現(xiàn)象與認(rèn)知發(fā)生了沖突，學(xué)生將注意力集中在盒子上，這時(shí)教師將盒子打開，盒子里面的石頭出現(xiàn)在學(xué)生眼前，學(xué)生開始思考石頭為什么能使盒子出現(xiàn)這三種現(xiàn)象，從而進(jìn)入了重心概念的學(xué)習(xí)。

最終會(huì)得出結(jié)論：當(dāng)盒子放置的位置如圖2（a）時(shí)，重心位置下移，盒子往上滾;當(dāng)盒子放置的位置如圖2（b）時(shí)，重心位置往下移，盒子往下滾;當(dāng)盒子放置位置如圖2（c）時(shí)，重心位置最低，盒子將靜止在斜面上。

教師先通過(guò)實(shí)驗(yàn)——“神奇的盒子”給學(xué)生一種與他們認(rèn)為不一樣的現(xiàn)象，與學(xué)生的認(rèn)知矛盾，這時(shí)學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)入“重心”概念的學(xué)習(xí)。引發(fā)認(rèn)知沖突在概念轉(zhuǎn)變過(guò)程中有重要作用，因?yàn)橹挥畜w驗(yàn)了認(rèn)知沖突，學(xué)生才能夠感受已有概念的不足，認(rèn)識(shí)到替換或調(diào)整已有概念的必要性[2]。設(shè)置認(rèn)知沖突引入物理概念能提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念的興趣，使學(xué)生在分析物理現(xiàn)象時(shí)得出物理概念，優(yōu)化學(xué)生的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

4. 運(yùn)用類比法引入物理概念

類比法是科學(xué)探究中常用的方法，物理學(xué)科中的許多概念、定理就是用該方法得出的，借用類比方法，可以方便學(xué)生從形象思維過(guò)渡到抽象思維，這對(duì)新概念、新定理的理解和接受有積極的作用[3]。從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度來(lái)看，運(yùn)用類比法引入物理概念必須具備以下兩個(gè)前提條件：一是學(xué)生對(duì)類比的對(duì)象要有充分的認(rèn)知，這是學(xué)生認(rèn)知的知識(shí)基礎(chǔ);二是學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)類比的對(duì)象和被類比對(duì)象之間的某些共性，這是學(xué)生做出類比推理的基礎(chǔ)。以學(xué)生現(xiàn)有觀念為基礎(chǔ)運(yùn)用類比法引入物理概念，能促使學(xué)生從現(xiàn)有觀念向科學(xué)觀念發(fā)展。下面以人教版高中物理選修3-1第一章第四節(jié)中“電勢(shì)能”概念教學(xué)為例。

（1）教學(xué)背景

《電勢(shì)能和電勢(shì)》這一節(jié)的內(nèi)容是高中物理概念教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，它上承電場(chǎng)強(qiáng)度，下啟電勢(shì)差，是靜電場(chǎng)部分的核心內(nèi)容。《新課標(biāo)》明確要求要知道靜電場(chǎng)中的電荷具有電勢(shì)能，了解電勢(shì)能的含義。因此，電勢(shì)能的學(xué)習(xí)非常重要。高中物理人教版教材中把這一節(jié)的內(nèi)容分為四個(gè)部分：靜電力做功的特點(diǎn)、電勢(shì)能、電勢(shì)和等勢(shì)面。教材中涉及電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系以及兩個(gè)重點(diǎn)概念（電勢(shì)能和電勢(shì)），這兩個(gè)概念較抽象、綜合性較強(qiáng)，學(xué)生理解起來(lái)比較困難，通過(guò)類比重力勢(shì)能來(lái)引入電勢(shì)能概念可以降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，對(duì)學(xué)生順應(yīng)和同化概念有很大幫助。

（2）教學(xué)片段設(shè)計(jì)

教師：在重力場(chǎng)中，物體會(huì)自動(dòng)從高處落到低處，水會(huì)自動(dòng)從高處流到低處。一個(gè)蘋果從樹上自由落下，是什么原因使它落下的呢？

學(xué)生：受到向下的重力作用。

教師：蘋果在下落的過(guò)程中什么能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能？什么力做功實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)化？

學(xué)生：下落過(guò)程中重力做功，使重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。

教師：如圖3所示，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中將試探電荷+q分別從A點(diǎn)與B點(diǎn)由靜止釋放，從前面所學(xué)的電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)來(lái)看，它運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的速度有什么不同嗎？通過(guò)跟重力場(chǎng)類比，同樣的試探電荷+q在A點(diǎn)與B點(diǎn)有什么不同嗎？

通過(guò)類比，引導(dǎo)學(xué)生分析電勢(shì)能與重力勢(shì)能的相似之處，為后續(xù)學(xué)習(xí)電勢(shì)能的相對(duì)性以及電勢(shì)能概念做好鋪墊。運(yùn)用類比法引入物理概念的例子還有很多，例如：類比速度引入加速度;類比電場(chǎng)引入磁場(chǎng);類比光波引入物質(zhì)波;類比等高線引入等勢(shì)面等。類比法是一種從已知到未知，探求新領(lǐng)域的方法，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用類比法引入物理概念，抓住物理概念系統(tǒng)中同類要素的聯(lián)系，按照概念本身的結(jié)構(gòu)規(guī)律通過(guò)類比遷移獲得新概念。

三、結(jié)束語(yǔ)

物理概念的引入是物理概念教學(xué)的開端，也是首要環(huán)節(jié)，合理的開頭不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、引起學(xué)生的認(rèn)知沖突、調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，還能為學(xué)生形成物理概念做好準(zhǔn)備。物理概念教學(xué)中，概念的引入方法有很多種，除以上4種以外還有運(yùn)用新舊知識(shí)的聯(lián)系引入物理概念，運(yùn)用物理學(xué)史引入物理概念，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)引入物理概念，等等。其中，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，以多媒體技術(shù)為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)在高中物理教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)代信息技術(shù)在高中物理概念課的課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)中有著重要的作用，引入物理概念時(shí)可以通過(guò)圖片、圖像創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境;通過(guò)動(dòng)畫創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境;利用影像視頻創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境;利用生產(chǎn)、生活場(chǎng)景創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境;利用實(shí)驗(yàn)視頻創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，等等。在教學(xué)過(guò)程中，當(dāng)某些物理現(xiàn)象很難真實(shí)呈現(xiàn)在學(xué)生眼前時(shí)，利用信息技術(shù)向?qū)W生展示相關(guān)現(xiàn)象就可以牢牢吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。當(dāng)然，現(xiàn)代信息技術(shù)不僅可以用于創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境引入物理概念，還可用于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式、師生的互動(dòng)方式以及教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式的變革，為學(xué)生創(chuàng)造多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。

很多時(shí)候在物理概念引入的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中往往需要將幾種方法結(jié)合起來(lái)運(yùn)用。究竟選用什么方法，或者多種方法結(jié)合起來(lái)引入某一物理概念是需要教師在教學(xué)過(guò)程中根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求、概念教學(xué)的特點(diǎn)、學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律以及教學(xué)條件來(lái)選出最佳方式進(jìn)行教學(xué)的。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 胡韓榮.高中物理教學(xué)中演示實(shí)驗(yàn)的作用 [J].物理教師，2010（4）：26-28.

[2]? 季渴.物理教學(xué)中認(rèn)知沖突策略研究[D].大連：遼寧師范大學(xué)，2011.

[3]? 黃海標(biāo).高中物理概念教學(xué)策略[J].高中數(shù)理化，2013（6）：38-39.

（責(zé)任編輯 易志毅）