例談高中物理教學(xué)中物理概念的4種引入方法

楊海英　譚敏　徐曉梅

[摘? ?要]物理概念學(xué)習(xí)是形成物理觀念的起點，物理概念教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，而物理概念的引入是學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念的先導(dǎo)。文章結(jié)合實例介紹了以下4種常用的引入物理概念方法：運用演示實驗引入物理概念;聯(lián)系實際生活引入物理概念;設(shè)置認(rèn)知沖突引入物理概念;運用類比法引入物理概念。運用這些方法可以豐富和促進物理概念教學(xué)。

[關(guān)鍵詞]高中物理;物理概念;引入

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）02-0035-03

一、前言

物理概念是物理現(xiàn)象和物理過程本質(zhì)屬性的概括，也是物理學(xué)的研究成果。我國《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（后文簡稱《新課標(biāo)》）中明確指出：在教學(xué)過程中，通過對物理概念的逐步學(xué)習(xí)、系統(tǒng)地反思和遷移應(yīng)用，可以不斷發(fā)展學(xué)生的物質(zhì)觀念、運動與相互作用觀念以及能量觀念，并使學(xué)生學(xué)會用這些觀念解釋自然現(xiàn)象，解決生活生產(chǎn)中的一些實際問題?！缎抡n標(biāo)》還指出：創(chuàng)設(shè)體現(xiàn)物理概念本質(zhì)特征的情境是概念教學(xué)的關(guān)鍵，它可以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念之前，需以大量經(jīng)驗性常識為基礎(chǔ)建構(gòu)物理概念，完成從經(jīng)驗性常識向物理概念轉(zhuǎn)變的過程。

高中物理概念的呈現(xiàn)大多以抽象思維為主，如質(zhì)點、點電荷、萬有引力、電場、磁場等概念，高中生在學(xué)習(xí)物理概念的過程中，如果基礎(chǔ)知識的缺失或不足，或是前概念的負遷移，或受思維定式的影響，均會導(dǎo)致學(xué)生對物理概念的學(xué)習(xí)與理解產(chǎn)生一定的困難。高中物理概念的教學(xué)要根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求、物理概念的特點以及學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律來展開，其教學(xué)過程大致包括三個環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)物理情境，引入物理概念;運用科學(xué)思維方法，引導(dǎo)學(xué)生建立物理概念;選擇具體問題建立物理概念。

在物理概念教學(xué)中重視物理情境的創(chuàng)設(shè)是《新課標(biāo)》的要求，也是物理概念教學(xué)的特點和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的要求。當(dāng)物理概念比較抽象時，如果能創(chuàng)設(shè)直觀、形象的物理概念教學(xué)情境，學(xué)生就容易獲取更多的表象，在直觀的基礎(chǔ)上抽象，從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，進而形成物理概念，為學(xué)生理解物理概念減輕了難度。文章將結(jié)合《新課標(biāo)》的要求、物理概念教學(xué)的規(guī)律以及高中生的認(rèn)知特點，結(jié)合實例介紹4種常用的引入物理概念的方法，意在豐富和擴展高中物理概念教學(xué)的引入方法。

二、高中物理教學(xué)中物理概念的4種引入方法

1.運用演示實驗引入物理概念

物理現(xiàn)象是一種真實的、鮮活的、生動的自然現(xiàn)象，演示實驗?zāi)軌蚴箤W(xué)生在特定的時間和空間區(qū)域仔細觀察，正確認(rèn)識現(xiàn)象的關(guān)鍵特征，獲得正確的表象[1]?！缎抡n標(biāo)》中明確指出：演示實驗是教師與學(xué)生共同探究物理問題的學(xué)習(xí)方式，是體驗性較強的學(xué)習(xí)方式，教師要積極利用各種器材開展創(chuàng)新實驗，盡可能多地開發(fā)高質(zhì)量的、能引起學(xué)生濃厚興趣的演示實驗。運用演示實驗創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境引入物理概念能給學(xué)生一個清晰直觀的認(rèn)識。學(xué)生在觀察演示實驗時，可以獲得大量感性信息，同時也會通過思考，提出一系列的問題，進一步為思維加工提供良好的基礎(chǔ)。下面以人教版高中物理必修1第四章第七節(jié)中“超重和失重”概念教學(xué)為例。

（1）教學(xué)背景

學(xué)生在學(xué)習(xí)超重和失重概念之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓運動定律，初步理解牛頓運動定律的內(nèi)容，會利用牛頓運動定律解決一些簡單問題，具備探究學(xué)習(xí)“超重和失重”的知識和能力?！缎抡n標(biāo)》中明確指出教師要通過實驗引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象，因此，運用演示實驗來引入概念能使學(xué)生加深對概念的理解。

（2）教學(xué)片段設(shè)計

情境一：以紙帶和一重物為實驗器材進行演示實驗，紙帶中間部位剪一個小缺口，一端掛重物，用手提起另一端向上勻速運動，紙帶沒有斷;向下勻速運動，紙帶依然沒有斷;提著重物快速向下運動，突然停止，紙帶斷裂。

提出問題：紙帶為什么會斷裂，是在什么時候斷裂的？

情境二：取一裝有水的紙杯，在紙杯靠近底部的部位戳兩個小孔，水從孔中噴出。教師將水杯從某一位置自由下落，水沒有從小孔中噴出。

提出問題：水杯中的水在下落過程中為什么沒有從孔中噴出？

通過設(shè)計簡單而巧妙的演示實驗，讓學(xué)生初步體驗超重、失重現(xiàn)象，從而開始超重與失重概念的學(xué)習(xí)。演示實驗需要的儀器少，在實驗過程中比較節(jié)省操作時間，這也就使得演示實驗成為教師在物理概念教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)中的優(yōu)先選擇。

2.聯(lián)系實際生活引入物理概念

學(xué)生最為熟悉的環(huán)境來源于生活，日常生活中的所見所聞很多都與物理有關(guān)，由于學(xué)生有經(jīng)驗，有體驗，一旦將這些熟知的場景同所學(xué)的物理概念聯(lián)系起來，就能使學(xué)生有一種身臨其境的感受，為理解物理概念提供了感性認(rèn)識。當(dāng)學(xué)生再次遇到類似的生活情境時，習(xí)得的物理概念將重復(fù)出現(xiàn)，也使相關(guān)的物理概念得到鞏固，從而加深了學(xué)生對物理概念的理解。下面以人教版高中物理必修1第一章第一節(jié)“質(zhì)點”概念教學(xué)為例。

（1）教學(xué)背景

質(zhì)點在高中物理學(xué)習(xí)中是一個重要的物理概念，在教學(xué)過程中教師有必要一開始就讓學(xué)生對它有一個感性的認(rèn)識——沒有大小和形狀，但聚集了物體全部的質(zhì)量?！缎抡n標(biāo)》明確要求教師在教學(xué)過程中要引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷質(zhì)點模型的構(gòu)建過程，了解質(zhì)點的含義。質(zhì)點是一種理想化模型，理想化模型的建立使人們對物體運動的描述成為可能，而且更加深刻地把握住了事物的本質(zhì)。因此，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實際情況，結(jié)合學(xué)生從生活情境中逐步抽象出的質(zhì)點模型，引出質(zhì)點的概念。

（2）教學(xué)片段設(shè)計

教師：生活中我們隨處都能看到物體的運動：汽車在公路上行駛，鳥兒在飛翔，樹葉在搖動……連我們腳下的地球也在不停地轉(zhuǎn)動。這些都是我們生活中常見的運動現(xiàn)象，下面就請4位同學(xué)以涂鴉的方式描繪出一幅風(fēng)中搖擺的樹葉畫;一幅百米賽跑中運動員從起點跑到終點的畫;一幅學(xué)生從家騎行1km到學(xué)校的畫;一幅某人乘坐高鐵從昆明去上海的畫。其他同學(xué)對這些畫進行點評，看看哪幅畫更符合題意。

在繪畫的過程中學(xué)生會把注意力集中在樹葉、人畫得像不像上，通過教師引導(dǎo)以及學(xué)生的點評得出問題的關(guān)鍵：第一幅畫需要把樹葉畫清楚;第二幅畫不需要把注意力放在運動員本身畫得像不像上，主要體現(xiàn)運動員的賽跑路線就好了;第三幅畫跟第二幅畫一樣主要體現(xiàn)騎行路線，自行車可以看成一個“點”;第四幅畫不需要把注意力放在人的身上，此時人可以看成為一個“點”。

教師再讓學(xué)生思考一個問題：若要研究物體的運動，什么時候可以不考慮細節(jié)，也就是類似它的形狀、大小、體積、顏色等因素？（逐步建立質(zhì)點模型）

結(jié)合生活中常見的運動現(xiàn)象，選擇一些學(xué)生喜歡或者熟悉的畫面，讓學(xué)生根據(jù)要求以他們喜歡的涂鴉方式描繪情境，在輕松的氛圍中開始了質(zhì)點概念的學(xué)習(xí)。結(jié)合生活實例引入物理概念，可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的物理知識處理實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，對促進學(xué)生的全面發(fā)展有著重要的作用。

3.設(shè)置認(rèn)知沖突引入物理概念

設(shè)置認(rèn)知沖突引入物理概念，是將新舊知識的矛盾尖銳地擺在學(xué)生的面前，使他們帶著要解決問題的迫切心情投入物理概念的學(xué)習(xí)，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。在教學(xué)過程中只有不斷地打破學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，使他們的思維遠離平衡狀態(tài)，才能有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)新概念的積極性。下面以人教版高中物理必修1第三章第一節(jié)中“重心”概念教學(xué)為例。

（1）教學(xué)背景

重心是物理學(xué)中重力這一知識點里的重要概念，在初中，學(xué)生已經(jīng)初步學(xué)習(xí)了重心的概念，但只停留在表象認(rèn)知水平。就課程內(nèi)容以及學(xué)生現(xiàn)有接受能力而言，學(xué)生對重心概念的理解以及確定不規(guī)則物體的重心位置是教學(xué)難點。

（2）教學(xué)片段設(shè)計

教師可以用一個圓形盒子（如圖1所示），一塊石頭，一塊長木板來做實驗（實驗過程如圖2）。課前教師先用膠帶將石頭粘在盒子內(nèi)部，課堂上教師利用長木板搭成一個斜面，將盒子豎直放置在斜面上，用手按住頂部（學(xué)生事先不知道盒子里面裝了石頭）。

提出問題：按在盒子頂部的手松開后，盒子在斜面上會如何運動？

學(xué)生提出猜想：沿斜面往下滾。

教師第一次松手后，盒子沿斜面往上滾;第二次從同一位置松手后，盒子沿斜面往下滾;第三次松手后，盒子靜止在斜面上。

教師：為什么同一個盒子在同一位置松手，卻出現(xiàn)了不同的結(jié)果呢？

在學(xué)生的認(rèn)知中，手松開，盒子會沿斜面往下滾，然而在課堂上觀察到的現(xiàn)象與認(rèn)知發(fā)生了沖突，學(xué)生將注意力集中在盒子上，這時教師將盒子打開，盒子里面的石頭出現(xiàn)在學(xué)生眼前，學(xué)生開始思考石頭為什么能使盒子出現(xiàn)這三種現(xiàn)象，從而進入了重心概念的學(xué)習(xí)。

最終會得出結(jié)論：當(dāng)盒子放置的位置如圖2（a）時，重心位置下移，盒子往上滾;當(dāng)盒子放置的位置如圖2（b）時，重心位置往下移，盒子往下滾;當(dāng)盒子放置位置如圖2（c）時，重心位置最低，盒子將靜止在斜面上。

教師先通過實驗——“神奇的盒子”給學(xué)生一種與他們認(rèn)為不一樣的現(xiàn)象，與學(xué)生的認(rèn)知矛盾，這時學(xué)生帶著問題進入“重心”概念的學(xué)習(xí)。引發(fā)認(rèn)知沖突在概念轉(zhuǎn)變過程中有重要作用，因為只有體驗了認(rèn)知沖突，學(xué)生才能夠感受已有概念的不足，認(rèn)識到替換或調(diào)整已有概念的必要性[2]。設(shè)置認(rèn)知沖突引入物理概念能提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念的興趣，使學(xué)生在分析物理現(xiàn)象時得出物理概念，優(yōu)化學(xué)生的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

4. 運用類比法引入物理概念

類比法是科學(xué)探究中常用的方法，物理學(xué)科中的許多概念、定理就是用該方法得出的，借用類比方法，可以方便學(xué)生從形象思維過渡到抽象思維，這對新概念、新定理的理解和接受有積極的作用[3]。從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度來看，運用類比法引入物理概念必須具備以下兩個前提條件：一是學(xué)生對類比的對象要有充分的認(rèn)知，這是學(xué)生認(rèn)知的知識基礎(chǔ);二是學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)類比的對象和被類比對象之間的某些共性，這是學(xué)生做出類比推理的基礎(chǔ)。以學(xué)生現(xiàn)有觀念為基礎(chǔ)運用類比法引入物理概念，能促使學(xué)生從現(xiàn)有觀念向科學(xué)觀念發(fā)展。下面以人教版高中物理選修3-1第一章第四節(jié)中“電勢能”概念教學(xué)為例。

（1）教學(xué)背景

《電勢能和電勢》這一節(jié)的內(nèi)容是高中物理概念教學(xué)中的重點和難點，它上承電場強度，下啟電勢差，是靜電場部分的核心內(nèi)容?！缎抡n標(biāo)》明確要求要知道靜電場中的電荷具有電勢能，了解電勢能的含義。因此，電勢能的學(xué)習(xí)非常重要。高中物理人教版教材中把這一節(jié)的內(nèi)容分為四個部分：靜電力做功的特點、電勢能、電勢和等勢面。教材中涉及電場力做功與電勢能變化的關(guān)系以及兩個重點概念（電勢能和電勢），這兩個概念較抽象、綜合性較強，學(xué)生理解起來比較困難，通過類比重力勢能來引入電勢能概念可以降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，對學(xué)生順應(yīng)和同化概念有很大幫助。

（2）教學(xué)片段設(shè)計

教師：在重力場中，物體會自動從高處落到低處，水會自動從高處流到低處。一個蘋果從樹上自由落下，是什么原因使它落下的呢？

學(xué)生：受到向下的重力作用。

教師：蘋果在下落的過程中什么能轉(zhuǎn)化為動能？什么力做功實現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)化？

學(xué)生：下落過程中重力做功，使重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。

教師：如圖3所示，在勻強電場中將試探電荷+q分別從A點與B點由靜止釋放，從前面所學(xué)的電場力做功的特點來看，它運動到C點的速度有什么不同嗎？通過跟重力場類比，同樣的試探電荷+q在A點與B點有什么不同嗎？

通過類比，引導(dǎo)學(xué)生分析電勢能與重力勢能的相似之處，為后續(xù)學(xué)習(xí)電勢能的相對性以及電勢能概念做好鋪墊。運用類比法引入物理概念的例子還有很多，例如：類比速度引入加速度;類比電場引入磁場;類比光波引入物質(zhì)波;類比等高線引入等勢面等。類比法是一種從已知到未知，探求新領(lǐng)域的方法，教師在教學(xué)過程中應(yīng)適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生運用類比法引入物理概念，抓住物理概念系統(tǒng)中同類要素的聯(lián)系，按照概念本身的結(jié)構(gòu)規(guī)律通過類比遷移獲得新概念。

三、結(jié)束語

物理概念的引入是物理概念教學(xué)的開端，也是首要環(huán)節(jié)，合理的開頭不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、引起學(xué)生的認(rèn)知沖突、調(diào)動學(xué)生的積極性，還能為學(xué)生形成物理概念做好準(zhǔn)備。物理概念教學(xué)中，概念的引入方法有很多種，除以上4種以外還有運用新舊知識的聯(lián)系引入物理概念，運用物理學(xué)史引入物理概念，運用現(xiàn)代信息技術(shù)引入物理概念，等等。其中，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，以多媒體技術(shù)為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)在高中物理教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)代信息技術(shù)在高中物理概念課的課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)中有著重要的作用，引入物理概念時可以通過圖片、圖像創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境;通過動畫創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境;利用影像視頻創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境;利用生產(chǎn)、生活場景創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境;利用實驗視頻創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，等等。在教學(xué)過程中，當(dāng)某些物理現(xiàn)象很難真實呈現(xiàn)在學(xué)生眼前時，利用信息技術(shù)向?qū)W生展示相關(guān)現(xiàn)象就可以牢牢吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。當(dāng)然，現(xiàn)代信息技術(shù)不僅可以用于創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境引入物理概念，還可用于促進學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式、師生的互動方式以及教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式的變革，為學(xué)生創(chuàng)造多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境，進而提高學(xué)習(xí)效率。

很多時候在物理概念引入的實際教學(xué)過程中往往需要將幾種方法結(jié)合起來運用。究竟選用什么方法，或者多種方法結(jié)合起來引入某一物理概念是需要教師在教學(xué)過程中根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求、概念教學(xué)的特點、學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律以及教學(xué)條件來選出最佳方式進行教學(xué)的。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 胡韓榮.高中物理教學(xué)中演示實驗的作用 [J].物理教師，2010（4）：26-28.

[2]? 季渴.物理教學(xué)中認(rèn)知沖突策略研究[D].大連：遼寧師范大學(xué)，2011.

[3]? 黃海標(biāo).高中物理概念教學(xué)策略[J].高中數(shù)理化，2013（6）：38-39.

（責(zé)任編輯 易志毅）