運用思維可視突破初中物理概念的建構問題

張杰

摘? ?要：物理學科核心素養的第一條就是物理觀念，要求學生具備物質觀、運動和相互作用觀以及能量觀，而這些觀念很多都是通過概念教學滲透進學生的必備品質和關鍵能力中。借助思維可視手段，以電功率的概念建構為例，緊扣課程標準，從核心素養的四個方面闡述如何突破初中物理的概念建構問題，從而尋求概念建構課的普遍模式。

關鍵詞：核心素養;思維可視;概念建構

1? 從課程標準看概念課

初中物理部分重要概念在課程標準的內容描述以及目標行為動詞的界定[ 1 ]如表1所示。

從表中不難發現很多概念都處在認知性目標行為的最高級——理解層次，要求很高。而其他一些重要概念例如彈力、摩擦力、功、功率、機械效率雖然屬于認知性目標行為中的認識或者了解范疇，但是這些概念在高中知識體系中占據舉足輕重的作用，起著銜接初高中知識與思維的重要作用。所以初中物理概念課的重要性不言而喻。突破這些物理概念的抓手無疑就是兩點：一是為什么要引入新概念，它的意義是什么？二是如何定義新概念，它的表達式是什么？

2? 以“電功率”的概念建構為例

2.1? 引入新概念

電功率的概念屬于二級概念的范疇，所謂二級概念指的是跟它的前概念聯系緊密，是前概念的進一步延伸，初中物理課程中的速度、功率、密度、壓強等概念均屬于此范疇。速度因為與生活實際密切相關，應用廣泛，受前概念路程的影響較小，所以學生學習時障礙較小;而機械功率也是可以通過一些常見機械進行感知，電功率的概念是學生無法直接認識的，因此通過轉換的思想認識它的存在以及研究的價值，是幫助學生掌握概念的首要前提。它是前概念電功的延伸，因此受電功的影響巨大，因此在引入時一定要從前概念電功入手，課標中也強調要“結合實例”理解電功和電功率，就是讓教師從生活和生產實例出發，突破學生的認知障礙，讓學生真切地感受電流做功和電功率的問題。所以教師可以從煎蛋問題、燒水問題出發，讓學生談感受和困惑，很多問題例如電流通過做功將電能轉化為內能，導致蛋熟了、水開了，這些都跟電功有關，但是有些例如不同檔位所花的時間又是不同的，而這個又是電功無法解釋的。所以通過可視化手段[ 2 ]將看不見的現象看得見，看不見的思維顯現化，使關鍵的物理概念和易錯點受到深入分析、參與精細的聯想和表象，從而產生較強的記憶痕跡，并可持續較長的時間，降低錯誤率;也促使學生通過發現學習的路徑發現思維盲區和潛意識里的模糊概念[ 3 ]，引起學生深度學習的注意，真正提高學生的物理素養，并將這種思維模型遷移運用到學習和生活中去。

這時候教師就可以將這種定性的生活實例或實驗抽象成更加嚴謹的定性甚至定量物理實驗，借助家庭電路中不同功率燈泡的發光發熱情況，配合電能表的示數讓學生眼看、手摸、體會能量的轉化。燈泡的溫度越高，電能轉化的內能越多，電流做功就越多，搭建學生的能量觀念。另外，相同時間電流做功不同，這個現象除了物理量電功，還涉及到物理量時間，引出不同時間做相同的功的問題，所以，對于電流做功，除了數量問題，還有快慢問題！結合電表的度數，相同時間電流做功越多電表的圈數越多，說明做功越快，順理成章地引入一個新的定義：電流做功的快慢——電功率，將基于生活經驗形成的“費電省時”的口頭概念用科學的思維方式對所觀察的現象進行重新加工完成從日常概念向物理概念的轉變。這就是一個從定性到定量、從感性到理性的認知過程，也是研究很多未知問題時用到的方法。經過深入的論證挖掘，學生這是有規律的，并且具有可預測性，更是給電流做功的快慢計算提供一種普適性的方法，有利于培養學生的證據意識。

整個過程中，學生受到教師的激發，進行發現學習[ 3 ]的線索如圖1。

2.2? 定義式的得出

初中階段速度、壓強、功率、密度這些二次概念的定義式都是通過比值定義法消除掉時間、面積、體積等物理量對路程、壓力、功、質量的累積效果，取得單位時間、單位面積、單位體積上的數值，進行一個單位的物理量比對;所以從物理性質上看，這些定義式只能用來計算，被累積量和累積量并不能決定此物理量的大小。從電功率的定義不難看出，它就是表示電流做功的快慢，因此也可以運用比值法，求電功與時間之比，消除掉時間的累積影響，歸納總結，然后演繹出電功率的定義式，充分培養學生科學思維的內化遷移能力[ 4 ]。

思維可視圖解如圖2。

2.3? 概念的理解及升華

生活中用電器的待機現象一直是被人們忽視的能源浪費問題，學完了電功率的概念和公式，可以通過計算求得浪費的電能，回歸社會，引發學生的社會責任意識和擔當。 假如家里的用電器每天的待機時間是20 h，待機功率如表2所示。

可以計算得出一天的耗電量

W=Pt=（0.66 W+1.05 W+0.6 W+0.6 W+1.2 W）×3600 s×20=295920 J=0.0822 kw·h

那么一年的耗電量大約為30 kw·h，而日常用電器遠不止這些，試想全國浪費的電量又有多少呢？通過這種切實的計算，學生能夠更深刻的感受能源浪費的可怕，進而呼吁隨手拔掉電器的插頭，節能減排，低碳生活。

3? 從核心素養的幾個方面談電功率的概念建構

首先從物理觀念上看，電功率主要涉及到能量觀問題，引導孩子從能量轉換的角度去看待電流做功、電功率這個概念，培養科學精神。

從科學思維上看主要涉及模型建構問題，通過實驗引出前概念電功，發揮前概念的關聯降階作用，并且將新概念與前概念加以對比區分，電功表示電流做功的多少問題，而電功率則表示電流做功的快慢問題，是兩個不同的概念范疇，加深概念的理解;運用類比法，通過對速度、密度、壓強、機械功率的歸納，總結出比值定義法，類比發現電功率的問題也屬于此類問題，因此可以得到電功率的計算式，充分發揮學科方法的關聯滲透作用。

從科學探究上看踐行了課程標準的理念：從生活走向物理，先從生活入手引出問題，然后設計科學實驗論證歸納得出引入新概念的必要性，即電功率的意義。

最終落實到科學態度與社會責任問題，即從物理走向社會，增強學生的節電節能以及環保意識！理解科學、技術、社會、環境（STSE）四者的關系，真正讓核心素養在課堂上落地開花！

初中物理概念的建構過程是切實提高學生核心素養的關鍵環節，是真正落實課程標準的必要步驟，在幫助學生建立完整的知識體系、引發學生物理的學習興趣中起著舉足輕重的作用，并且能夠引導學生將物理思維品質貫徹到終身學習以及自主發展中，做適應社會發展需要的有更高追求的人。

參考文獻：

[1] 王甦，汪安圣.認知心理學[M].北京：北京大學出版社，1992（2006.8重排）.

[2] 陳宗成.思維地圖與初中物理概念生成的可視化表征[J].中學物理教與學，2015（3）.

[3] 施良方.學習論 [M].北京：人民教育出版社，2001.

[4] 陳宗成.初中物理概念建構思維可視化策略-以浮力概念的建構為例[J].教學與管理，2019（11）.