物理概念教学模式探讨

摘要: 本文总结出四种中学物理概念教学模式,就教师如何在教育教学中将抽象问题形象化,培养学生思维等问题进行了探讨。

关键词: 物理概念教学模式

物理概念是物理现象、物理过程的概括化和抽象化的思维形式,又是物理学习和物理思维的基本单位,是物理基础知识最重要的内容。物理概念形成的教学过程,是以教材为基础、学生为主体、教师为主导的复杂过程,可归纳为:感知活动(提出问题、导读教材、观察实验)构建结构(概念、数学、知识结构)掌握方法(逻辑法、分析法等)巩固深化(概念拓展、方法应用、能力迁移)评价反馈(课堂、课后、阶段)。

1.“演示实验―归纳”模式

教师引导学生仔细观察实验,分析影响实验结果的各种因素,从实验现象中归纳事物的特征,找到物理现象中的规律,形成概念,以此发展为对客观世界的认识,是物理科学研究的基本方法。该教学过程设计是:提出问题设计实验进行实验分析实验定义概念概念运用。

如:“压强”概念的教学设计。我先放一段影片――在沼泽地中,一个人陷入其中,越挣扎越陷得深;另一人同样陷入其中,因迅速趴下,慢慢移动身体,终于脱离险境。根据影片我向学生提出问题:体重差不多的两个人,在沼泽中遇险,为什么后者能够脱险?根据是什么?在学生判断后者受力面积较大的基础上,我拿出装有沙子的大容器和四脚为钉子的小桌子,问学生该如何验证刚才的判断。我先做桌子四脚在下的实验,桌子陷了下去;再将桌子翻过来,做桌面在下的实验,桌子几乎没有下陷。我再问学生:桌面在下时,能否使桌子陷得深些?学生答:加力。于是我加上一个大砝码,看到确实有效。由此确定:物体对支持面的作用效果决定于两个方面――压力大小和接触面的大小。压力越大,作用效果越明显;接触面积越小,作用效果越明显。由此我导出了压强定义式P=F/S和压强概念。最后我让学生举例说明压强概念在实际生活中的应用:滑雪板、载重汽车轮胎、坦克履带、纸边割手、刀具等。

2.“理想实验―探究”模式

该模式是在实际实验的基础上,排除实际实验中影响物理过程的诸多次要因素后实现“理想实验”,通过理想实验分析物理现象,归纳出事物的本质,以此获得新的物理概念。这是探究新的事物、构建物理概念的过程中形成的一种科学方法,也是高中物理教学的重要内容。该教学过程设计是:提出问题理想实验分析、推理、归纳得出概念。

如:“力是改变物体运动状态的原因”概念的教学设计。我先向学生提出问题:“力是维持物体运动的原因吗?”接着我引导学生做“伽利略理想实验”。我先让学生将小球沿一个斜面从静止滚下来,小球将滚上另一个斜面。若没有摩擦,小球将上升到原来的高度。若减小第二个斜面的倾角,小球在第二个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程。我继续减小第二个斜面的倾角,使它最终成为水平面,小球则永远达不到原来的高度,又没有使其减速的原因或加速的原因,那么小球应该在这个水平面上做匀速直线运动了。由此得出结论:力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动的原因。在完成伽利略理想实验后,我举了几个实例,让学生试着回答,如:“为什么静止物体不推不动?”“在桌面上滑行的物体最后都要停下来?”以此引导他们分析原因――阻力的存在,以巩固概念。

3.“问题―推理”模式

“实践―认识―再实践―再认识……”,这是认识论的基本规律。随着对物理知识学习的深入,新的问题不断出现,运用过去所学的知识,通过分析综合、逻辑推理、发展旧概念、得到新概念,这是探寻客观世界的一种方法,也是人们对周围世界认识的一条途径。训练学生熟悉这种思维方式,是很重要的。该教学过程设计为:提出问题分析、归纳特征表达式及概念。如教师可在电动势、电场、静电屏蔽等概念的教学中用此模式。

4.“人文”模式

教师可通过对科学史史料的运用,带领学生了解物理概念的建立过程,理解有关概念深刻内涵和特点,从而掌握概念。物理概念是物理学家早已建立起来的,中学生学习物理概念不可能与当初物理学家那样去经历那么多的坎坷和挫折,但是为帮助他们建立科学的世界观和方法论,教师在适当的时候将一些历史告诉他们,却是很必要的。教师应让学生为科学家的失败而叹息,为科学家找到光明而欣慰,使学生了解科学家劳动的艰辛,理解正确的科学观念和方法论之重要。这样可以提高学生学习物理的兴趣,使其懂得真理的追求是无止境的,正如伟大的物理学家牛顿所说:“……在我看来,我不过像一个在海滨玩耍的孩子,为时而发现一块比平常光滑的石子或美丽的贝壳而感到高兴。”该教学过程设计为:提出问题历史材料及实验再现归纳总结得出概念。

如:“感应电流产生的条件”概念的教学设计。

提出问题:“奥斯特实验”指出“电能生磁”,那么,“磁”能否生“电”呢?

史料和实验再现:1824年,法拉第开始系统地实验探索。法拉第用一块强磁铁放在导线旁边,认为会在导线中感应出电流来,他认为只要磁场存在,就能使导线“感应”出电流来,结果“检流计”的指针纹丝不动。1825年,法拉第又将两根导线并排放置,在其中一根导线中通入强电流,仍然没有发现导线中有感应电流出现。后来他又用导线绕成线圈代替磁铁,希望能用更强的磁场感应出电流来,结果还是什么也没发现。1831年4月,法拉第做了一个铁环,在铁环的左半边绕制了三个大线圈,连接在“检流计”上;右半边绕了一个大线圈,当他把右边的线圈接到用100伏大电池结成的“大电堆”上时,发现“检流计”的指针动了。法拉第非常兴奋,再一看,指针又不动了,而线圈仍然和“电堆”相连接。这是为什么?指针应该一直指向一边呀。于是他又把线圈和“电堆”断开,发现指针又动了,而且是反向偏转,接着回到零点。法拉第认为导线太长,把感应电流消耗了,使导线中感应电流不能持续存在,于是他把导线缩短,但结果还是如此。他又把铁环变成铜环、木环和纸环时,现象依然如故。1831年10月17日,法拉第用纸做了一个大圆筒,其上绕了8层线圈,串联后接到“检流计”上。然后他将一根条形磁铁迅速插入线圈筒中,“检流计”的指针动了。他终于证明了“磁”生“电”(边讲边做实验)。

归纳总结、得结论:感应电流的产生是一个动力学过程,它并不取决于磁场的强弱,而是靠磁铁的移动或电流的变化,即穿过闭合电路的磁通量发生了变化,“磁”才能生“电”。

物理学家劳厄说:“重要的不是获得知识,而是发展思维能力,教育无非是一切已学的东西都遗忘掉的时候所剩下的东西。”物理学作为一门发展最早、基础性最强、影响最大的自然科学,在物理思想、方法、理论等方面都闪烁着人文精神的光辉。物理概念又是物理学中最为重要的,所以中学物理教师在教学过程中重视概念教学,给学生构建正确的物理概念形成过程十分必要。

参考文献:

[1]全日制普通高级中学教科书(必修).物理.人民教育出版社.

[2]普通高中物理课程标准.人民教育出版社.

[3]李成友.物理学简史.吉林大学出版社.

[4]R L・韦伯著.李应刚等译.诺贝尔物理学奖获得者.上海翻译出版公司.

[5]黄延基主编.物理学教育论.云南大学出版社.

[6]柴永泉.著名物理学家的教育思想.物理通报.1998.5.