物理概念教學 一(1 / 3)

物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質特征在人們頭腦中的反映,是物理事物的抽象.如何使學生形成、理解和掌握物理概念,進而掌握規律,並使他們的認識能力在這個過程中得到發展,是中學物理教學中的核心問題.究竟應該怎樣認識和進行物理概念教學呢?這裏講一講它的一般規律性問題.

物理概念教學的重要性

物理概念教學的重要性,大致可以從以下三方麵來加以認識.

一、物理概念是物理學最重要的基石

任何一門學科,如果沒有一些概念作為分析、綜合、判斷、推理等邏輯思維的出發點,就不可能揭示這門學科的內容,形成學科的體係與結構,也就失去了這門學科存在的價值.

縱觀物理學內容,大體可分為物理現象、事實、概念、規律和理論.其中物理概念是物理規律和理論的基礎.因為物理規律(包括定律、原理、公式和定則等)揭示了物理概念之間的相互聯係和製約關係.例如,如果學生對力、質量和加速度這幾個概念搞不清,那就無法理解和掌握牛頓第二定律,更談不到正確應用了.可以這樣說,如果沒有一係列物理概念作為基礎,就無法形成物理學的體係.例如,若沒有電路、電流、電壓、電阻磁感應強度、電磁感應等一係列概念,就不能形成電磁學;同樣,若沒有光源、光線、實象、虛象等一係列概念,也就無法形成幾何光學.所以,在中學物理教學中,要使學生比較係統地掌握進一步學習現代科學技術所需要的物理基礎知識,首要的就是讓學生掌握物理概念.

二、讓學生掌握好物理概念是物理教學的關鍵

教學實踐表明:物理概念是物理基礎知識中既不易教也不易學的內容.目前中學生普遍感到物理難學,其症結之一就在於物理概念教學沒有搞好.在教師方麵,往往是由於不同程度地存在著隻注意讓學生多做練習,而不注重讓學生形成正確的物理概念;在學生方麵,往往隻注意背定義,記公式、做練習題,而忽視了對物理概念的理解.其結果必然是豐富的物理含義被形形色色的數學符號所淹沒,概念不清就會越學越困難,怎麼還談得上知識的靈活運用呢?事實上,能否使學生逐步領會某些重要的基本概念,如力、功、能等等,達到教學要求,不僅直接影響學生對某一章節的學習,而且會影響對整個物理學的學習.所以,讓學生掌握好物理概念是物理教學成敗的關鍵.

三、物理概念教學是培養能力,開發智力的重要途徑

學生形成理解和掌握物理概念,是一個十分複雜的認識過程.在這一過程中,要在物理環境中通過觀察、實驗獲取必要的感性知識,或者用實驗對結論進行檢驗;要運用物理學方法,通過複雜的思維過程(分析與綜合、比較、抽象與概括)把新事物與自己認知結構中原有的概念聯係起來,通過同化或順應來認識和理解新事物;還往往要運用數學知識和數學方法來表達概念.形成初步概念以後,還要從與其它概念的比較、分析中,從新舊概念之間的聯係中,從學習有關的物理規律中,從反複應用概念去解釋現象或解答問題中,不斷加深對概念的認識和理解.所以,引導學生形成物理概念和發展對概念的理解,是學習物理學方法、培養學生多種能力(特別是思維能力)、開發學生智力的重要過程和途徑.

物理概念的特點

物理概念具有以下兩個特點.

一、物理概念是觀察、實驗和科學思維相結合的產物

例如,我們觀察到下列一些現象:天體在運動,車輛在前進,機器在運轉,人在行走等等.盡管這些現象的具體形象不同,但是撇開它的具體形象,經過分析、比較,就會發現其共同特征,即一個物體相對於另一個物體的位置隨時間在改變.於是,我們把這一係列具體現象共同的特征抽象概括出來,叫做機械運動.再比如,平動概念的形成,也要在觀察一係列事實或實驗的基礎上,分析平動的共同特點,把它跟非平動的區別搞清楚,平動的概念就初步建立起來了.進而還要判斷,在共同特征中,哪些因素和我們研究的問題有關,哪些因素無關,抓住的特征是不是共同的本質特征…….對於所做出的判斷,還要通過實踐(實驗)、跟其它概念聯係起來加以檢驗.一些複雜的概念的形成過程,還往往要經過一個推理過程.例如,熵的概念的建立(目前,我國普通中學不涉及這方麵的內容,中師物理課本涉及到這方麵的常識).眾所周知,一切熱力學過程,都滿足包括熱現象在內的能量轉換和守恒定律.然而,滿足能量轉換和守恒定律的過程,是不是一定能實現呢?大量的觀察結果表明:在熱傳導方麵,熱自動地從低溫物體傳向高溫物體的過程,是不可能實現的;在擴散現象中,氣體分子自動地從密度小的地方遷移到密度大的地方也是不可能實現的;在液體流動現象中,液體自動從低水位流向高水位,是不可能的;在電荷運動現象中,原來靜止的正電荷自動地從電勢低的地方向電勢高的地方運動,也是不可能的.以上現象雖然也滿足能量轉換和守恒定律,但它們是不可能實現的.這就是說,自然界中的自發過程是有方向性的,也是有一定限度的.判斷不同自發過程的方向和限度的標準,也是不同的:判斷熱傳導、擴散、水流、電荷運動自發過程方向和限度的標準分別是溫度、密度、壓強和電勢.於是人們自然會想到:能不能找到一個判斷一切自發過程方向和限度的共同標準呢?問題就是這樣從眾多的物理實際通過推想提出來的.進而,根據大量的觀察、實驗事實,通過分析、抽象、概括以及數學推理等科學思維,建立了熵的概念.

總之,物理概念是觀察、實驗與科學思維相結合的產物.

二、大量的物理概念具有定量的性質

許多物理概念所反映的客觀事物的本質屬性具有明顯定量的性質,也就是說,概念可以用一個可測量的量來表示,如速度、加速度、電場強度、電阻、電壓等,這類概念稱為物理量.以速度為例,它是反映物體某時刻運動的快慢和方向這一屬性的,然而物體運動的快慢程度隻有用一個量才能準確地反映出來.例如某人某時步行的速度是5米/秒向東,這就能準確地反映出這個人走的快慢和方向.由於物理量有確定的量的性質,因此總是可以跟數學和測量聯係起來.

物理量按照它反映客觀事物屬性的性質來分,可分為:

(1)狀態量和過程量.狀態量是描寫狀態的物理量.研究對象的狀態一定,它就有確定的量值.如速度和位置坐標是從運動學角度描寫物體狀態的物理量;動量、能量(動能和勢能)是從動力學角度描寫物體狀態的物理量;壓強、體積和溫度是描寫氣體狀態的參量,也是狀態量.狀態量往往可以用態函數來表示.

過程量是描寫過程的物理量.力學中的位移、功、衝量,熱學中的熱量等等,都是過程量.一般說來,不同的過程,具有不同的量值.

(2)性質量和作用量.性質量是描寫物質或物體的某種性質的量,如密度、倔強係數.比熱、電阻、電場強度、介電常數、磁感應強度,電容等等.作用量是描寫物體間相互作用的量,如力、力矩、功、衝量等.

(3)微觀量和宏觀量.微觀量是描寫單個微觀粒子的量,如電子的質量、電量、速度、單個分子的動能、勢能等等.宏觀量是描寫宏觀物體或係統性質或狀態的量,其中有些宏觀量是描寫大量分子、原子,或大量基本粒子運動所表現出來的宏觀性質,如氣體的壓強、溫度、體積,都是大量微觀量的統計平均值,具有統計平均的含義,這些量對於單個分子、原子是沒有意義的.

(4)矢量和標量.有些物理量它們既有大小,又有方向,是矢量,如力、速度、加速度、動量、電場強度,…….矢量的疊加應遵循幾何學法則,即平行四邊形法則.隻有大小、沒有方向的量,是標量,如時間、質量、功、能、電勢、電流,…….標量的運算遵循代數學法則.

(5)相對量和絕對量.凡與選擇參照物或坐標係有關的物理量,都是相對量,如位移、速度、動量、動能、勢能、功、電場強度、磁感應強度等等.凡與參照係的選擇無關的物理量,都是絕對量.如各種普適恒量,再如在兩個慣性參照係符合伽利略變換的條件下,力、加速度、質量等等.

(6)物理量按國際單位製又可以劃分為基本物理量和導出物理量:

基本物理量是人們根據需要而選定的.基本量不是用其它物理量來定義的.基本量的數目,應該是能融洽一致地和明確地描述物理學中所有各量所必需的最小數目.目前,國際單位製中采用的基本物理量有七個,即長度、質量、時間、電流、熱力學溫度、發光強度和物質的量.它們的計量單位分別是米、千克、秒、安培、開爾文、坎德拉和摩爾.