淺談如何在物理概念教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)

關(guān)正兵 霸盼盼

摘?要：在物理概念的教學(xué)中要從概念引入的必要性和事實(shí)依據(jù)、掌握概念的定義方法、了解概念的種類、理解概念的意義和與相關(guān)概念的聯(lián)系與區(qū)別、概念的語言表述及數(shù)學(xué)表達(dá)式、概念所對(duì)應(yīng)物理量的單位、運(yùn)用所學(xué)概念解決實(shí)際問題等方面展開，讓學(xué)生理解概念，滲透核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng);物理概念教學(xué);教學(xué)策略

2017年版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出將物理核心素養(yǎng)滲透到物理教學(xué)中。要求物理教師在課堂教學(xué)中注重從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究能力、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，使學(xué)生在課堂上學(xué)到的不僅僅是基礎(chǔ)知識(shí)，更是一種能力，一種創(chuàng)新，對(duì)事物的適應(yīng)與研究等各方面的能力。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)及應(yīng)用的過程中能夠養(yǎng)成一種思考、創(chuàng)新、對(duì)新事物的適應(yīng)與研究等方面的能力，以適應(yīng)社會(huì)需求。

物理觀念作為核心素養(yǎng)的一部分，是關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí)，是對(duì)物理概念、規(guī)律及相互關(guān)系的總結(jié)和提煉。物理概念是構(gòu)成物理知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，是描述物理現(xiàn)象、形成物理規(guī)律，構(gòu)成力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、原子物理等物理學(xué)體系的基本要素。如果沒有一系列物理概念作為基礎(chǔ)，是無法構(gòu)成物理學(xué)體系的。例如沒有位移、速度、加速度等一系列物理概念，就無法描述物體的運(yùn)動(dòng)，無法應(yīng)用規(guī)律，就不能形成運(yùn)動(dòng)學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中如果不能理解概念的物理意義和建構(gòu)過程，也就無法理解概念在物理學(xué)知識(shí)體系中的地位和作用，在對(duì)概念的應(yīng)用就會(huì)遇到更大的困難。所以物理概念教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要途徑。

物理學(xué)是一門在建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的學(xué)科，物理概念是觀察實(shí)驗(yàn)和科學(xué)思維結(jié)合的產(chǎn)物。概念的建立需要經(jīng)過大量的觀察和體驗(yàn)，使人們獲得感性認(rèn)識(shí)，在感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，再通過分析和比較，找出共性與規(guī)律，分析現(xiàn)象，揭示本質(zhì)，最后把這些物理現(xiàn)象和共同特征集中起來再加以概括，進(jìn)而構(gòu)建出物理概念。物理概念教學(xué)一直是教學(xué)中較難處理的一種課型，教師在概念課的課堂上要改變直接把概念講授給學(xué)生的教學(xué)模式，從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析和概括，體驗(yàn)物理概念的構(gòu)建過程。我認(rèn)為在概念課的教學(xué)過程中，應(yīng)從概念的引入、概念的形成、概念的深入理解和應(yīng)用等幾個(gè)方面入手。

一、 概念的引入——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境

物理概念抽象、學(xué)生理解比較困難，如果教師在課堂教學(xué)中不局限于物理教材，而是通過創(chuàng)設(shè)有助于學(xué)生理解物理概念的物理情境，如教師的語言描述，演示實(shí)驗(yàn)或教具展示、播放視頻等方式，使學(xué)生獲得感性材料，聯(lián)系生活實(shí)際，形成表象。在教學(xué)過程中，教師通過設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，提出問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和發(fā)展形象思維的目的。通過創(chuàng)設(shè)情境使學(xué)生認(rèn)識(shí)到為什么要引入這個(gè)概念，引入這個(gè)概念的目的是什么。

以加速度概念的教學(xué)為例，在教學(xué)中，教師先播放飛機(jī)、汽車和摩托車加速過程的一段視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察，然后提出問題：“這三種交通工具中哪種交通工具的加速性能好？”學(xué)生通過觀察可以看出是摩托車的加速性能好。教師接著提出問題：“你怎么判斷運(yùn)動(dòng)物體的加速性能的好壞？”學(xué)生經(jīng)過思考、討論，提取出相等的時(shí)間看哪個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的速度變化大，則該物體的加速性能就好。教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生得出速度變化越快加速性能越好的結(jié)論。有了上述鋪墊后，教師提出：“為了描述物體的速度變化快慢，在物理學(xué)中引入一個(gè)新的物理量——加速度”。從而使學(xué)生明確引入加速度的意義和必要性。

二、 概念的形成——思維加工

在學(xué)習(xí)物理概念的過程中，學(xué)生只有參與到概念的形成過程，才能更好地理解概念。教師通過各種教學(xué)手段來幫助學(xué)生將新的物理概念融合到原來的物理概念網(wǎng)絡(luò)中去，從而建構(gòu)新的物理知識(shí)體系和認(rèn)知結(jié)構(gòu)。在概念教學(xué)中教師通過分析學(xué)情，引導(dǎo)運(yùn)用學(xué)生所學(xué)知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)，分析現(xiàn)象，找出事物的共性，通過抽象和概括，形成物理概念。

在創(chuàng)設(shè)情境，形成表象的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生分析所觀察到的一系列現(xiàn)象、找出相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，排除次要因素，抓住主要因素，找出這些現(xiàn)象的共性，總結(jié)歸納這些共性，形成本質(zhì)屬性，用一個(gè)物理量反映這種屬性，形成概念。有了概念后，要用準(zhǔn)確而簡潔的物理語言或數(shù)學(xué)語言給出概念的文字表述或數(shù)學(xué)表達(dá)式，即定義或定義式，還要根據(jù)概念的形成過程，指出所定義的概念或表達(dá)式的適用條件和適用范圍。概念的形成是學(xué)生體驗(yàn)、總結(jié)和抽象的思維過程，所以要留給學(xué)生一定的思考想象的時(shí)間和討論交流的空間，適時(shí)引導(dǎo)，啟發(fā)、激活學(xué)生的思維。在物理概念的建立過程中，常用方法有：1. 抽象概括法：如力的概念的引入與建立，對(duì)日常生活中常見的力進(jìn)行分析通過抽象概括，總結(jié)出力的概念。2. 實(shí)驗(yàn)探究法：如電場(chǎng)強(qiáng)度引入和建立，通過設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電荷在電場(chǎng)中受到力的作用，從而使學(xué)生認(rèn)識(shí)到電場(chǎng)的有一種性質(zhì)是對(duì)放入其中的電荷有力的作用，從而引入電場(chǎng)強(qiáng)度的概念來描述電場(chǎng)的這種性質(zhì)。3. 比值定義法：電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、電阻、電容、加速度等物理量的定義都是采用比值定義法。4. 類比定義法：學(xué)習(xí)點(diǎn)電荷概念時(shí)把點(diǎn)電荷和質(zhì)點(diǎn)概念進(jìn)行類比，學(xué)習(xí)電勢(shì)能和電勢(shì)的概念時(shí)把電場(chǎng)和重力場(chǎng)進(jìn)行類比，把電場(chǎng)中的電勢(shì)和重力場(chǎng)中的高度進(jìn)行類比，電勢(shì)能和重力勢(shì)能進(jìn)行類比。通過這些物理方法的應(yīng)用，讓學(xué)生逐步體會(huì)引入物理概念的方法，體驗(yàn)物理概念建立的過程，發(fā)展學(xué)生的思維能力，滲透核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

通過物理概念的教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)概念建立的過程，形成學(xué)習(xí)概念的基本要素：1. 為什么要引入這個(gè)概念，即概念引入的必要性和事實(shí)依據(jù)。2. 概念是如何定義的，明確概念的定義方法。3. 知道概念的種類，例如：是矢量還是標(biāo)量，是狀態(tài)量還是過程量，是特性量還是屬性量等。4. 把所學(xué)習(xí)的概念跟已理解的有關(guān)概念進(jìn)行比較，找出聯(lián)系與區(qū)別，加深理解。例如：光子和光電子. 內(nèi)能與熱量等學(xué)生易混淆的概念進(jìn)行比較。5. 概念的文字表述或數(shù)學(xué)表達(dá)式。6. 物理量的單位以及單位是怎樣規(guī)定。7. 知道概念的內(nèi)涵和外延。內(nèi)涵指概念反映的物理現(xiàn)象和過程本質(zhì)屬性，即事物的本質(zhì)屬性。外延指的是概念涉及的所有現(xiàn)象和過程的范圍條件。

三、 概念的深入理解和應(yīng)用

在學(xué)習(xí)了物理概念之后，學(xué)生對(duì)一個(gè)物理概念的認(rèn)識(shí)和理解可能不準(zhǔn)確，對(duì)概念之間的聯(lián)系和區(qū)別不清楚，應(yīng)用概念解釋生活現(xiàn)象也有困難，還需要教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，梳理知識(shí)脈絡(luò)，通過具體應(yīng)用來進(jìn)一步鞏固概念，理解概念。

（一）梳理概念之間的關(guān)系，加深對(duì)概念的理解

學(xué)生在學(xué)習(xí)了位置矢量、位移、路程、速度和加速度等物理概念之后，對(duì)這幾個(gè)概念理解不透徹，應(yīng)用時(shí)易出錯(cuò)。為了讓學(xué)生認(rèn)識(shí)這幾個(gè)物理概念之間的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，梳理知識(shí)脈絡(luò)，從這幾個(gè)概念的物理意義入手，建立它們之間的邏輯關(guān)系。以下是根據(jù)物理意義引入以上幾個(gè)概念的基本思路。

位置矢量的物理意義是確定物體的位置，大小等于從坐標(biāo)原點(diǎn)指向物體所在位置的線段長度，方向從坐標(biāo)原點(diǎn)指向物體所在位置。位移的物理意義是描述物體位置變化大小和方向，大小等于從初位置到末位置的線段長度，方向從初位置指向末位置。路程是指運(yùn)動(dòng)軌跡的長度。速度的物理意義是描述物體運(yùn)動(dòng)快慢，其大小為v=x/t，方向與運(yùn)動(dòng)方向相同。加速度的物理意義是描述物體速度變化快慢，其大小為a=Δv/Δt，方向與速度變化方向相同。

通過總結(jié)和梳理，學(xué)生明確了以上概念的物理意義，加深了對(duì)上述概念的理解，對(duì)位移和路程、速度和加速度的關(guān)系有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和理解，教學(xué)效果顯著。

（二）應(yīng)用所學(xué)概念解決實(shí)際問題，加深對(duì)概念的理解

引入概念是為了描述現(xiàn)象，解釋規(guī)律，解決問題。應(yīng)用概念解決問題：第一，讓學(xué)生準(zhǔn)確理解概念。例如學(xué)習(xí)了加速度概念之后，提出速度變化越大加速度越大和速度變化越快，體會(huì)加速度是描述速度變化快慢的物理量，加深對(duì)加速度概念的理解。第二，應(yīng)用概念解決實(shí)際問題。生活中的物理問題往往以一定的情境為背景，需要學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，讀取物理信息，把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理模型問題，用學(xué)生已學(xué)的概念和規(guī)律分析解決問題。學(xué)生通過練習(xí)與實(shí)踐，體會(huì)運(yùn)用概念分析和解決問題的方法，提高運(yùn)用概念解決問題的能力。

在教學(xué)過程中，如果教師能夠把核心素養(yǎng)滲透到課堂教學(xué)中，化抽象的表述為形象的解釋，使學(xué)生能夠清晰而準(zhǔn)確地理解、掌握概念，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，進(jìn)而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目的。

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作者簡介：關(guān)正兵，霸盼盼，北京市，通州區(qū)永樂店中學(xué)。