緊扣概念“種”“屬”特性 突破概念教學瓶頸
——以“彈力”教學為例

(1. 江蘇省鹽城市鹽都區教師發展中心，江蘇 鹽城 224001；2. 江蘇省鹽城市第一中學，江蘇 鹽城 224005)

物理概念教學需首先通過實驗、視頻、實例列舉等方法提供足夠且典型的表象材料，引導學生對這些表象材料進行對比分析，從中抽取出共同的、本質性的東西，然后用精煉的物理語言描述，建構出物理概念，這是概念教學的前一部分程序，本文闡述的是概念教學中的其他關鍵點。

高中生在認知發展還處于具體運算階段，思維更多需要依托具體形象和表象進行，而從眾多的典型表象中逐級抽取共同的本質屬性對學生來說并不容易。但不少物理概念從邏輯和句法構成上具有“種”“屬”特性，如果物理教師能引導學生按照“種”“屬”兩條線將概念有機剖析，則能完成對本質屬性的首次抽取這一關鍵步驟。[1]

1 將概念按照“種”“屬”拆分，找出概念的特點

對于高中電學中電場一章，學生普遍反映抽象難學，其實電場概念從邏輯上看就是由“電”和“場”組成，場是大概念，有引力場、電場、磁場等形式，是傳遞不接觸物體間特定作用的媒介，在邏輯上叫“屬”；“電”規定了這種場的特有屬性，以區別于其他類別的場，在邏輯上叫“種”。再如電勢能的概念，能是“屬”，講解此概念時學生很難形成這種能的印象，教師可列舉不計重力的粒子在電場力作用下加速和減速運動情況，引導學生思考動能變化必定是和其他能發生了轉化，這種能與位置及電場有關，故稱電勢能，這是電勢能的“種”性差異。

在教學過程中教師要引導學生按照“種”“屬”兩性拆分物理概念，先弄清這個概念的“種”性特點，圍繞它提供和組織典型的表象和實例材料，進行對比分析，異中求同，從中抽象出此概念的本質屬性。如在彈力概念的教學中，“種”性特點是彈性，做了彈簧形變實驗，用視頻展示了射箭、撐竿跳實例后，啟發學生進行對比分析，歸納出現象背后的共同點，后續教學活動如下。

設問一:上述例子中的彈簧、弓箭、撐桿形狀有沒有發生變化？

討論:這些物體的形狀都發生了改變，叫形變；形變分為彈性形變和永久形變(也有學生答范性形變)。

教師重做壓縮彈簧的實驗，引導學生關注彈簧對手的作用。

討論:發生壓縮形變的彈簧“不服氣”，它還要恢復原長。彈簧要恢復原長就會向外推手，對手產生力的作用。

設問二:同學們能否從射箭、撐竿跳的運動項目中也能找到這種“不服氣”的物體？

歸納和總結:弓箭和撐桿也發生了彈性形變，它們也“不服氣”，也要恢復原狀，對箭和運動員施加了力的作用。這種力是由于物體發生彈性形變產生的，叫做彈力。

學生對彈力有初步的認識后，教師要進一步啟發學生思考這種力產生的條件，進而得出彈力的定義，這種定義可由學生用自己的語言敘述，精煉性不必過于強求。

2 根據“屬”性特征在核心內涵的外周拓展物理概念

學生通過對概念表象的逐級抽取，從“種”差角度初步理解了所學物理概念特有的本質屬性，清楚了概念本身的內涵，但對物理概念的思維加工還未結束，教師須引導學生再認物理概念，在核心內涵的外周進一步拓展物理概念(如圖1)。

圖1

學生對彈力“彈”的本質有所認識后，教師須引導學生轉入“力”的教學，這就是“屬”特性在物理概念中的延伸。力的三要素有大小、方向和作用點，對彈力概念的掌握主要是抓住前兩要素。教學中以力學中常見的壓力、支持力和繩的拉力為例，講清三種力的產生機理，是由于物體發生形變，而對跟它接觸的物體施加了力的作用；在此基礎上教師要把教學的著力點放在彈力方向和大小的教學上，進一步充實物理概念的內涵，對其他力的教學也是如此，本單元教學活動如下。

設問一:力是矢量，包含哪三個要素？

討論:力的三要素為大小、方向和作用點，彈力是力的一種，也有三要素。在力學中常見的彈力有壓力、支持力和繩的拉力。

教師演示木塊放在桌面上，桌子被擠壓，發生了微小形變，引導學生思考桌面要向哪個方向恢復原狀。

設問二:說桌面要向上恢復原狀是否具體到位，這個方向跟接觸面有什么關系？

概括:彈力方向總是和接觸面垂直，支持力方向垂直于接觸面指向被支持物體。

師：電燈被電線懸掛于天花板上，繩子被拉伸，要向哪個方向恢復原狀？

觀察思考:繩對電燈的拉力方向沿著繩、并指向繩收縮的方向。

歸納總結:上述三種力的方向又有什么共同點？

請同學回到彈力概念的起點，即彈力產生的原因——形變，引導學生概括：彈力的方向跟形變的方向相反。

彈力的方向分析結束后，再分析彈力的大小，特別是彈簧彈力遵循的規律——胡克定律。至于彈力的作用點要讓學生知道是在接觸面處、并作用于被壓物體、被支持物體、被拉物體上。

按照彈力的“種”“屬”特性，概念本質部分的教學內容如圖2所示。

圖2

3 根據概念“種”特性進行變式訓練，根據“屬”特性進行比較分析

在概念形成的過程中，教師要抓住物理概念“種”特性的本質，給出直觀材料和實例進行變式訓練，使學生理解這些材料和實例的本質特性。通過變式訓練，學生能準確把握概念的內涵，防止形成錯誤的概念。如在彈力概念的形成過程中，針對彈力的產生條件可呈現以下實例，讓學生理解彈力產生的兩個條件缺一不可。

例1:在圖3中,物體a、b均處于靜止狀態，它們間一定有彈力的是( )。

圖3

解析:本題中除了B圖物體a、b間既接觸又發生了壓縮形變外，其他圖中物體a、b都屬于“虛接觸”，物體間無擠壓，故無彈力產生。

在概念教學過程中還要按照概念類屬將相同類型的概念進行比較，比較這些概念共同的屬性和本質的差異。只有通過比較才能對其共有的特點加以綜合和概括，從而準確把握概念的內涵和外延，加深對概念整體的理解；[2]運用綜合貫通策略，通過新舊知識的相互作用，加強概念間的橫向聯系，消除學生認識中表面的或實際存在的不一致之處。如彈力屬于力的一種，其他力還有重力、摩擦力、電場力、磁場力等，這些力從類屬角度來看都屬于力的范疇，但其產生、大小、方向、作用點的情況都有所不同，通過比較可加深對這些概念本質的理解。

4 按照“種”“屬”特性將物理概念納入概念體系，并運用于具體實際

物理概念的形成并不是概念教學的終點，教師還必須按照“種”“屬”特性將物理概念納入概念體系，幫助學生建立完整的知識結構。一個個孤立、分散的概念不利于利用概念間的有機聯系去理解新的概念，教育心理學家布魯納說過：不論我們選教什么學科，務必使學生理解各門學科的基本結構。這是在運用知識方面的最低要求，它有助于解決學生在課外所遇到的問題和事件，或者在日后訓練中所遇到的問題。

學生形成彈力的概念后，教師需引導他們按照力的“屬”的特性整理知識體系，將彈力這個新的力納入到力的知識結構中,這個知識結構中還包括重力、摩擦力、電場力、磁場力等。這些概念都屬于力這個包攝性更高廣的概念體系，其內容都包含大小、方向、作用點，但“種”性特質各異。將一個個相關概念按照邏輯特征整理后就形成一個知識板塊，學生識記的有效容量增加了，而識記的難度卻降低了。如果采用下位學習的方式不能將某概念納入知識體系，則要通過順應的方法修改和擴充原有知識體系。

學生的認知結構形成后還需強化和固化，否則一方面容易遺忘，另一方面也無法在需要提取的時候有效地檢索。這就需要將概念應用于具體實際，解決實際問題。解決實際問題的思維程序和概括概念不同，概念的形成是根據大量表象進行概括，從中總結共同的本質特征；而解決實際問題時課題的本質特征是隱含的，需學生進行課題的類化，在知識結構(包括概念、原理和方法)中檢索可用的模型，逐步縮小問題起點和終點的差異，最終獲得問題的解決。教師圍繞知識體系設置問題和編制練習，學生通過概念訓練，彌補了概念學習過程中的缺陷，強化和固化了知識結構，活化了物理概念，概念學習達到了新的境界。