遵循“學”的規(guī)律 優(yōu)化物理概念教學

許國良

遵循“學”的規(guī)律 優(yōu)化物理概念教學

許國良

物理概念是物理現(xiàn)象和物理過程本質屬性的抽象反映，是物理學知識的重要組成部分，也是構成物理規(guī)律、建立物理公式的基礎和前提。從認識論和教學論的角度，系統(tǒng)闡述大腦建立物理概念的基本認知方式和一般思維過程，探討物理概念教學要遵循的基本規(guī)律和相關注意事項。

概念形成；概念同化；思維抽象；思維具體；概念表象

物理概念是物理學知識的重要組成部分，也是構成物理規(guī)律、建立物理公式的基礎和前提。物理概念是在大量的觀察和實驗的基礎上，運用分析、綜合、抽象和概括等邏輯方法，把一些事物共同的、本質的特征集中起來，并加以概括而形成的，它是物理現(xiàn)象和物理過程本質屬性的抽象反映。相較于其他學科，中學生普遍感到物理難學，教師也覺得物理難教，究其原因，歸根到底還是沒有弄明白兩點：作為學習者，學生的大腦獲得概念的基本方式，建立概念的基本思維過程；作為教師，物理概念教學所要遵循的基本的規(guī)律和相關的注意事項。

一、物理概念獲得的基本認知方式

現(xiàn)代認知理論認為：人的大腦獲得概念的基本認知方式有“概念形成”和“概念同化”兩種?！案拍钚纬伞笔侵笍奈覀兊闹苯咏涷炛校ㄟ^發(fā)現(xiàn)學習，抽象出物體或事件的關鍵屬性，從而獲得概念的一種方式。對應“概念形成”，教師在教學中，一般要先引導學生呈現(xiàn)某個概念的不同例證，再通過對不同例證的分析與綜合、比較與分類、抽象與概括，歸納出概念的定義?！案拍钔笔侵咐弥R結構中已有的概念，以定義的方式向學習者直接呈現(xiàn)概念的關鍵特征，從而獲得概念的一種方式。對應概念同化，教師在教學中，一般是先向學生直接呈現(xiàn)概念的定義，或者引用已有的舊概念演繹出一個新的概念，然后再引用新概念去辨析正、反例證。

二、物理概念獲得的一般思維過程

物理概念的建立是學生在物理事實的基礎上基于概念形成和概念同化兩種概念獲得的基本方式，進行抽象思維的過程。這一過程可以概況為“感性具體——思維抽象——思維具體”三個階段。感性具體是指通過觀察、實驗和經驗事實，獲得物理事物的整體表象、有關資料和相關數(shù)據(jù)的過程。思維抽象是指在物理事物整體表象、有關資料和相關數(shù)據(jù)的基礎上，運用分析與綜合、抽象與概括、歸納與演繹等邏輯方法，形成物理事物本質屬性的過程。思維具體是指人腦把經過抽象的物理概念“返回”到具體的物理現(xiàn)實中，同某一具體事物聯(lián)系起來的過程。

三、物理概念教學的一般過程

對應物理概念獲得的三個思維階段，我們可以將概念教學大體上分為“概念表象——概念獲得——概念運用”三個階段。

1.概念表象階段。教師創(chuàng)設物理情境、激發(fā)學習動機、提出物理問題，引導學生有目的、有意識、有計劃地從感性知識、觀察實驗和經驗事實等方面搜集物理思維的材料，從而獲得對物理事物的整體表象、有關資料和相關數(shù)據(jù)。

例如，學生在系統(tǒng)學習“密度”前，對密度概念幾乎是沒有認知的，對鑒別物質種類的方法也僅僅限于重量、體積、顏色等基本屬性。在教學中，教師往往先要設計一個利用學生原有生活經驗（如，重量、體積、顏色等）能夠成功鑒別物質種類的情境，以此來強化原有的正確的經驗，調動學生學習的興趣；再設計一個利用原有生活經驗不能夠鑒別物質種類的情境，促使學生認識到原有經驗的不足，激發(fā)學生對物質鑒別的新途徑、新經驗的探索欲望，進而通過實驗測量獲得銅、鐵、鋁等不同金屬塊的質量和體積的相關資料和有關數(shù)據(jù)。為運用邏輯方法分析發(fā)現(xiàn)“密度”這一物理量的引入價值，提供有力的例證基礎。

2.概念獲得階段。在例證整體表象、相關資料和數(shù)據(jù)的基礎上，教師引導學生運用分析與綜合、分類與比較、抽象和概括等邏輯方法，抽象出事物的本質屬性，歸納或演繹新的物理概念，并通過對特有屬性的辨析加深對概念內涵的理解。在實際教學中，對不同類別的物理概念應加以區(qū)別對待。

對力、平衡、機械運動等定性物理概念的建立，一般要經歷“本質揭示——定義概括——概念辨析”三個環(huán)節(jié)。即教師引導學生綜合運用比較與分類、綜合與分析等邏輯方法，從大量例證中抽象出同類事物的本質屬性，并通過定義概括出物理概念的特有屬性，再通過事例列舉和正反例證辨析加深概念理解。例如，建立力的概念，學生運用比較、分類等邏輯方法分析相關例證發(fā)現(xiàn)：“人、馬、書”是同類事物，可以抽象為“物體”；“桶、車、桌”也是同類事物，也可以抽象為“物體”；“提、拉、壓”則是另一類事物，它們的本質屬性可以抽象為“動作”，或抽象為“作用”。于是，我們就把“力”定義為：物體對物體的作用。接著，再通過對“一個物體能否產生力？”“物體間產生力是否一定要接觸？”“誰施力、誰受力？”等問題的辨析，進一步理解力的概念內涵。這樣，學生就通過概念形成的方式初步建立了力的概念。

對密度、壓強、功率等定量物理概念的教學，一般要經歷“價值發(fā)現(xiàn)——定義呈現(xiàn)——聯(lián)系建立”三個環(huán)節(jié)，即教師引導學生充分分析相關資料，找出相關物理量間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)聯(lián)系的價值，引入新物理量；運用關聯(lián)物理量描述新物理量，呈現(xiàn)新定義；建立新的物理公式，導出新的物理單位，建立新舊物理概念間的聯(lián)系。如，建立密度的概念時，引導學生對銅、鐵、鋁等不同金屬塊的質量和體積數(shù)據(jù)，進行分類、比較、分析，發(fā)現(xiàn)由銅、鐵、鋁單一物質組成的圓柱體的質量和體積的比值是一定的，而不同材質的圓柱體間的質量和體積的比值又是不同的，進而發(fā)現(xiàn)不同物質組成的物體質量和體積的比值是物質的一種特有屬性，而這一屬性就是我們要尋找的鑒別物質種類的新途徑、新方法。這一價值發(fā)現(xiàn)讓學生獲得了巨大的成就感，這時，教師乘勢引出“密度”這一物理量并表明其物理意義，呈現(xiàn)“密度”定義；再回顧物體質量和體積的概念，建立密度公式、判定各物理量間的定量關系，導出密度單位，描述物理含義。這樣，學生通過建立新概念（密度）和舊概念（質量、體積）間的聯(lián)系，用概念同化的方式獲得“密度”這一物理量的初步概念。

3.概念的運用階段。當物理概念初步建立之后，要及時提供概念運用的機會，將抽象的物理概念“返回”到具體的物理現(xiàn)實中去，在運用概念解決具體問題的過程中，鞏固和加深對概念的理解。教師可以設計“體驗與測量、判斷與解釋、應用與解決”等教學環(huán)節(jié)來引領學生把經過抽象、概括后的物理概念同生活實際中的某一具體事物聯(lián)系起來，將抽象的物理概念具體化。

例如，建立力的概念后，用力的概念去認識重力、彈力、摩擦力等各種具體的力，描述重力、彈力、摩擦力的定義，分析重力、彈力、摩擦力的作用物體和作用方式，并應用彈簧測力計去測量、體驗這些具體力的大小。這樣，學生就可以以具體的重力、彈力、摩擦力為例來詮釋力的一般概念。又如，建立了密度概念后，用密度概念認識水、空氣等各種具體物質的密度；判斷同一物質在不同情況下的密度變化；用密度公式計算物質密度、并借助密度表，鑒別物質種類。這樣，不僅僅活化了公式應用，更是把抽象的密度含義、單位、定義等要素同具體的水、空氣等物質的密度聯(lián)系起來，深化了密度概念的理解。

四、物理概念教學注意的相關事項

教師在概念教學設計時，既要考慮大腦獲得概念的基本方式，概念建立的基本思維過程和教學的基本流程，也要考慮相關前概念、例證、思維定勢等因素對物理概念教學的影響。

1.注意“前概念”對物理概念教學的影響。

“前概念”指的是學生已擁有的，在內涵、外延等方面與科學概念不完全一致的概念。它是學生在日常生活中形成的片面的、甚至錯誤的認識和觀點。

對片面的“前概念”，我們要引導學生提取相關舊概念，并以有關的實驗、經驗事實等例證為輔助，轉化與科學的物理概念不一致的方面，使學生形成正確的完整的物理概念，這類概念的形成并不涉及認知結構的轉變，是屬于認知同化過程。例如從“利用物體的輕重、體積”到“利用物質的密度”鑒別物質，就屬于這一類轉化過程。這樣，學生在原有方法的基礎上，建立了一個具有更廣泛意義的新方法，不但沒有“推倒”原有的認知結構，而且發(fā)展了原有的認知結構。

對錯誤的“前概念”，教師要在大量正、反例證的基礎上，充分說明“前概念”的錯誤性，從而引發(fā)認知矛盾，促使學生解體原有認知結構并建立新的認知結構，獲得科學的物理概念。例如，在力和運動的關系上，教師要充分利用牛頓第一運動定律及相關資料說明物體不受力時仍然能夠運動，借此來推翻學生原有的“力是維持物體運動的原因”的錯誤概念。再如，在摩擦力教學中，教師要充分利用 “傳送帶輸送物體”“人正常行走”等例證來推翻學生原有的“摩擦力總是阻礙物體運動”的錯誤觀念，從而為新概念的學習掃清障礙。

2.注意例證選擇對物理概念教學的影響。

所謂例證，是指在概念教學中所列舉的生活（產）常識、科學實驗、經驗事實等感性材料，它是學生了解、掌握和深化物理概念的基礎。教學中，例證的選取不是“韓信點兵、多多益善”，錯誤的、難于識別的例證不僅不利于邏輯方法的運用，更無益于科學概念的形成。例如：在幫助學生建立擴散概念時，通常要演示擴散現(xiàn)象，即在盛有清水的容器中滴數(shù)滴墨水，有位教師為了加快擴散現(xiàn)象，使用酒精燈在墨水擴散的同時給容器底部加熱。這樣做使得實驗現(xiàn)象明顯加快了，但他違反了實驗設計的科學性，因為擴散是不同物質分子熱運動的結果，而對容器底部加熱，清水和墨水的混合速度加快是對流的作用所致。再如，為了幫助學生理解“力的作用是相互的”，有位教師列舉了以下例證：“地球吸引月球，月球也吸引地球”“磁鐵吸引鐵屑，鐵屑也吸引磁鐵”，前一個例證讓學生無所適從，因為地球和月球間的吸引力及其運動軌跡都令學生難以想象；后一個例證讓學生提出異議，因為只看到鐵屑向磁鐵運動，并“粘”在磁鐵上，而沒有看見磁鐵向鐵屑運動，當然無法想象“鐵屑也吸引磁鐵”了。反過來，如果我們列舉“對拉彈簧，彈簧同時伸長；對壓氣球，氣球同時變形”等典型的易于識別的例證，就能使學生在學習過程中準確、快速地掌握科學概念。所以，進行概念教學時，我們應對例證選擇的科學性和典型性給予充分地重視。

3.注意思維定勢對物理概念教學的消極影響。

消極的思維定勢是指我們把頭腦中已有的習慣了的思維方式不恰當?shù)剡\用到新的物理情境中去，不善于變換思考的角度，引起錯誤的認識，造成知識的負遷移。物理概念教學中，我們往往會通過定義，用一組詞語來定性地表達物理事物的本質屬性。但對物理量，我們還會用數(shù)學公式來給予物理概念嚴密而精確的定義，部分學生受數(shù)學學習的思維定勢影響，往往從純數(shù)學的角度對物理公式加以理解，導致一些錯誤結論。如，把 ρ=M/V 看成質量（M）越大，密度（ρ）越大；體積（V）越大，密度（ρ）越小。 但事實上，對不同物質，其質量和體積之比是不同的；而同一種物質，其質量與體積之比卻是一定的。也就是說，對一種物質來說，不管其質量和體積大小如何，它們的比值即密度都是不變的，如果理解了這一點，就不會形成以上錯誤觀點了。因此，在物理概念教學中，我們要注重物理概念內涵及其意義的理解，引導學生仔細分析情境，努力克服思維定勢給物理概念的理解造成消極影響。

［1］徐輝.現(xiàn)代西方教育理論［M］.重慶：重慶出版社，2006.

［2］高文，徐斌艷.教育中的建構主義［M］.上海：華東師范大學出版社，2002.

G633.7

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1005-6009（2017）43-0056-03

許國良，江蘇省鎮(zhèn)江市潤州區(qū)教師發(fā)展中心（江蘇鎮(zhèn)江，212000）主任，高級教師，鎮(zhèn)江市學科帶頭人。