物理概念教學 一(2 / 3)

導出物理量是以基本物理量為基礎、按照某種定義或根據有關公式推導出來的物理量,因此一切導出物理量都可以用基本物理量的組合方式來表達.在力學中,所有的物理量都可以由長度、質量和時間這三個基本量導出;在電學中,除了上述三個基本量,再加上電流這一基本量,就可以導出所有的電學物理量.

還有些物理概念,雖然沒有直接的定量性質,但在表述和研究它們時,往往離不開定量的描述.例如,“機械運動”這個概念,實際上表示物體在空間的位置隨時間的變動,這裏歸根到底仍然涉及位置與時間的函數關係.

正是由於組成物理學的基石——物理概念大多具有定量的性質,因而研究物理學,就必然離不開數學和實驗測量.

重點物理概念的教學要求

在眾多的物理概念中,有為數不多的概念是基本概念.所謂基本概念,是指物理學中最基礎、最核心的概念。它們在物理學發展過程中貢獻最大,它們反複出現在許多定律中,並經常運用,而且最有生命力.

由於教學層次的不同,在初中、高中、及至大學物理教學中,總是選取與教學內容相應的一些基本概念作為教學的重點,這就是重點物理概念.對重點物理概念,要求學生達到“掌握”和“牢固掌握”的程度.而對其它概念,有的隻需要“了解”,有的要求“理解”.對重點物理概念的具體教學要求是:

一、明確建立概念的事實依據和研究方法

要使學生形成正確的概念,首先應從具體的事例出發,即通過聯係學生在生活實踐中觀察到的物理現象,列舉各種事例及進行必要的實驗等等,使學生明確建立概念的事實依據,使之對有關的物理現象和過程有必要的感性認識,以建立起對研究對象的正確清晰的表象,這是形成概念的基礎.其次,概念的形成,並不是感性材料的堆積,而是對物理現象和過程等感性材料進行科學抽象的產物.因此,在學生已有足夠數量的感性認識的基礎上,就要引導他們進行科學的抽象,即引導他們運用比較、分析、綜合、想象、歸納、概括等方法,去逐步抓住事物的本質特征,以達到認識從感性到理性的飛躍.所以在概念教學中,既不能隻提供形成概念的事實依據而不同時引導學生進行科學的思維活動,也不能隻是從概念到概念,從理論到理論的簡單“演繹”.

不同的概念,它們的引入和建立的方法可能各不相同.在中學階段,建立物理概念主要有以下幾種方法.

1.物理概念是科學抽象的成果.在中學物理教學中,常用的抽象方法有以下三種:

(1)分析概括一類事物的共同本質特征(本質屬性)

象前麵談過的機械運動、平動概念,就是通過分析、比較、綜合、概括,抽象出事物共同的本質特征.小孩形成“人”、“房子”等概念時,就運用了這類抽象的方法.所不同的是,形成日常生活中的那些概念時,事物的共同特征比較直觀,容易理解,而物理學中抽象出來的共同特征不那麼容易琢磨,需要有足夠的、典型的感性材料做基礎,更加注意通過分析、比較,認識所列舉的同一類事物的共同特征,以及容易混淆的兩類事物之間的根本差別,才能形成比較清晰的概念.

(2)把物質、運動的某種屬性隔離出來,得到表征物質或運動的某種性質的物理量,如密度、速度、比速度、比熱、電阻、電場強度、磁感應強度等等.這種類型的抽象,特別是用兩個(或幾個)物理量的比值來定義的物理量,在中學物理教學中用得很多,而學生常感到困感.我們應當通過一些重要物理概念的教學,教會學生這類抽象方法.

(3)用理想化方法進行科學抽象.

質點、剛體、理想氣體、檢驗電荷,純電阻等等,是把研究對象本身理想化;無摩擦的表麵、絕熱容器等等,是把物體所處的條件理想化;勻速直線運動、簡諧振動、光的直線傳播等等,是把物理過程理想化。理想化方法就是對所研究的事物突出起主要作用的性質或條件,完全忽略其它性質或條件而進行的一種科學抽象,它反映所研究事物的本質特性,呈現所包含的主要矛盾.理想化方法是物理學研究中最基本、最重要的思想和方法之一.

2.物理學中的概念組成一個體係.各個概念間有著緊密的邏輯聯係,一個物理概念,往往既是前麵概念的發展,又是後麵的概念的基礎.因此,抓住新舊概念的邏輯聯係展開,也是建立物理概念的方法之一.具體的方法有:

(1)推導法.就是依據概念之間的聯係,從一個或幾個已知概念推導出另一個概念.例如,由速度、速度增量、加速度等概念推導出向心加速度等等.

(2)類比法.借助類比來引入和建立概念的例子很多,如類比水壓引入電壓,類比光波講物質波,類比重力勢能研究電勢能等等.

此外,在許多物理規律的表達式中都有比例係數,這些比例係數可分為兩類:一類是普適恒量,對不同物質是同一量值,如庫侖定律中的k,萬有引力定律中的G等等;另一類則因物質的不同而異,它反映了物質的某種屬性,因而是一個物理量,如F=μN中的摩擦係數μ,電阻定律

定律表達式中比例係數的討論,引入和建立新的物理概念.對於這類物理量,要引導學生認清它所反映的物理本質,而不要僅僅當作一個比例係數來看待.

二、理解物理概念的內涵

物理概念的內涵就是指概念所反映的物理現象、物理過程所特有的本質屬性.在概念教學中,必須使學生理解概念的內涵.例如“密度”這個概念,一定要懂得不同的物質,其質量和體積的比值是不同的;而同一物質,其質量和體積的比值卻是一定的.隻有從這兩方麵來分析,才能使學生明白:對一定的物質來說,不管其質量和體積的大小如何,它們的比值是不變的.這種比值不變性,就是物質的某一種本質屬性的

物質的質量越大,密度越大,體積越大,密度越小了.

物理量的內涵,除了用語言文字把它所反映的本質屬性定性地給予表達以外,還要由定性分析進入定量分析,獲得它的定義式.用數學公式定義物理量最嚴密、最精確、最概括.定義式從質和量的兩個方麵反

可以把速度變化快慢定量地反映出來,同時給出了它的量度方法.所以,對於物理量,應使學生把它的文字表述和數學表達結合起來,從質和量的兩個方麵來理解它的內涵.

應當指出:一般用物理量的比值表達的定義式,是物理量的量度公

分別是C和E的量度公式,不是決定條件式等等.在教學中,要引導學生分清物理量的量度公式和它的決定條件.

三、了解物理概念的外延

概念的外延就是指具有概念所反映的本質屬性的對象.通常說的概念的適用範圍就是指概念的外延,它說明概念反映的是哪些對象.例如,重力、彈力、摩擦力、磁場對電流的作用力,屬於力這一概念的外延.在概念教學中,對一些重要的基本概念,要逐步使學生了解它的外延,使學生通過對物理概念外延的學習,逐步深化和擴展對概念的理解.

四、了解概念與有關概念的聯係與區別

聯係的觀點是認識事物、研究事物的一個基本觀點.在教學中,揭示不同概念之間的聯係,有助於學生理解知識間的內在聯係,從而加深和擴展對所學概念的認識和理解,也有助於逐步掌握學科的基本結構.通過比較,了解概念之間的區別,就能使學生分清不同概念所反映的不同本質屬性,避免概念之間的混淆不清,這對於學生正確地理解概念,也是十分必要的.例如,在電學中,電勢、電勢能、電動勢是三個既有聯係又有本質區別的概念,學生隻有認清了它們之間的聯係與區別,才能準確地理解這三個概念.

五、學會運用概念

“學以致用”是我們的教學目的,也是概念教學中的一個基本要求.因為隻有通過運用,學生才能真正掌握概念;同時,在運用過程中,學生對概念在理解上的缺陷才能暴露出來,以便於進一步有針對性地加以糾正,完善和深化學生對概念的理解.如學過“密度”這一概念後,可以向學生提問:質量是1kg的鋼球,切去500g,其密度是否變化?或許有學生回答:質量減少一半,密度也是原來的一半了.這時就應引導學生分析,物質的密度是否與其質量的大小有關?通過分析,讓他們悟出密度沒有變化的道理,從而加深了密度是物質的固有屬性的理解,也進行了分析方法的初步訓練.再如,學生隻有運用合力與分力的概念解答一定量的練習題以後,才有可能真正掌握合力與分力的等效代替的實質及其定量含義.