遵循“学”的规律 优化物理概念教学

许国良

遵循“学”的规律 优化物理概念教学

许国良

物理概念是物理现象和物理过程本质属性的抽象反映，是物理学知识的重要组成部分，也是构成物理规律、建立物理公式的基础和前提。从认识论和教学论的角度，系统阐述大脑建立物理概念的基本认知方式和一般思维过程，探讨物理概念教学要遵循的基本规律和相关注意事项。

概念形成；概念同化；思维抽象；思维具体；概念表象

物理概念是物理学知识的重要组成部分，也是构成物理规律、建立物理公式的基础和前提。物理概念是在大量的观察和实验的基础上，运用分析、综合、抽象和概括等逻辑方法，把一些事物共同的、本质的特征集中起来，并加以概括而形成的，它是物理现象和物理过程本质属性的抽象反映。相较于其他学科，中学生普遍感到物理难学，教师也觉得物理难教，究其原因，归根到底还是没有弄明白两点：作为学习者，学生的大脑获得概念的基本方式，建立概念的基本思维过程；作为教师，物理概念教学所要遵循的基本的规律和相关的注意事项。

一、物理概念获得的基本认知方式

现代认知理论认为：人的大脑获得概念的基本认知方式有“概念形成”和“概念同化”两种。“概念形成”是指从我们的直接经验中，通过发现学习，抽象出物体或事件的关键属性，从而获得概念的一种方式。对应“概念形成”，教师在教学中，一般要先引导学生呈现某个概念的不同例证，再通过对不同例证的分析与综合、比较与分类、抽象与概括，归纳出概念的定义。“概念同化”是指利用知识结构中已有的概念，以定义的方式向学习者直接呈现概念的关键特征，从而获得概念的一种方式。对应概念同化，教师在教学中，一般是先向学生直接呈现概念的定义，或者引用已有的旧概念演绎出一个新的概念，然后再引用新概念去辨析正、反例证。

二、物理概念获得的一般思维过程

物理概念的建立是学生在物理事实的基础上基于概念形成和概念同化两种概念获得的基本方式，进行抽象思维的过程。这一过程可以概况为“感性具体——思维抽象——思维具体”三个阶段。感性具体是指通过观察、实验和经验事实，获得物理事物的整体表象、有关资料和相关数据的过程。思维抽象是指在物理事物整体表象、有关资料和相关数据的基础上，运用分析与综合、抽象与概括、归纳与演绎等逻辑方法，形成物理事物本质属性的过程。思维具体是指人脑把经过抽象的物理概念“返回”到具体的物理现实中，同某一具体事物联系起来的过程。

三、物理概念教学的一般过程

对应物理概念获得的三个思维阶段，我们可以将概念教学大体上分为“概念表象——概念获得——概念运用”三个阶段。

1.概念表象阶段。教师创设物理情境、激发学习动机、提出物理问题，引导学生有目的、有意识、有计划地从感性知识、观察实验和经验事实等方面搜集物理思维的材料，从而获得对物理事物的整体表象、有关资料和相关数据。

例如，学生在系统学习“密度”前，对密度概念几乎是没有认知的，对鉴别物质种类的方法也仅仅限于重量、体积、颜色等基本属性。在教学中，教师往往先要设计一个利用学生原有生活经验（如，重量、体积、颜色等）能够成功鉴别物质种类的情境，以此来强化原有的正确的经验，调动学生学习的兴趣；再设计一个利用原有生活经验不能够鉴别物质种类的情境，促使学生认识到原有经验的不足，激发学生对物质鉴别的新途径、新经验的探索欲望，进而通过实验测量获得铜、铁、铝等不同金属块的质量和体积的相关资料和有关数据。为运用逻辑方法分析发现“密度”这一物理量的引入价值，提供有力的例证基础。

2.概念获得阶段。在例证整体表象、相关资料和数据的基础上，教师引导学生运用分析与综合、分类与比较、抽象和概括等逻辑方法，抽象出事物的本质属性，归纳或演绎新的物理概念，并通过对特有属性的辨析加深对概念内涵的理解。在实际教学中，对不同类别的物理概念应加以区别对待。

对力、平衡、机械运动等定性物理概念的建立，一般要经历“本质揭示——定义概括——概念辨析”三个环节。即教师引导学生综合运用比较与分类、综合与分析等逻辑方法，从大量例证中抽象出同类事物的本质属性，并通过定义概括出物理概念的特有属性，再通过事例列举和正反例证辨析加深概念理解。例如，建立力的概念，学生运用比较、分类等逻辑方法分析相关例证发现：“人、马、书”是同类事物，可以抽象为“物体”；“桶、车、桌”也是同类事物，也可以抽象为“物体”；“提、拉、压”则是另一类事物，它们的本质属性可以抽象为“动作”，或抽象为“作用”。于是，我们就把“力”定义为：物体对物体的作用。接着，再通过对“一个物体能否产生力？”“物体间产生力是否一定要接触？”“谁施力、谁受力？”等问题的辨析，进一步理解力的概念内涵。这样，学生就通过概念形成的方式初步建立了力的概念。

对密度、压强、功率等定量物理概念的教学，一般要经历“价值发现——定义呈现——联系建立”三个环节，即教师引导学生充分分析相关资料，找出相关物理量间的联系，发现联系的价值，引入新物理量；运用关联物理量描述新物理量，呈现新定义；建立新的物理公式，导出新的物理单位，建立新旧物理概念间的联系。如，建立密度的概念时，引导学生对铜、铁、铝等不同金属块的质量和体积数据，进行分类、比较、分析，发现由铜、铁、铝单一物质组成的圆柱体的质量和体积的比值是一定的，而不同材质的圆柱体间的质量和体积的比值又是不同的，进而发现不同物质组成的物体质量和体积的比值是物质的一种特有属性，而这一属性就是我们要寻找的鉴别物质种类的新途径、新方法。这一价值发现让学生获得了巨大的成就感，这时，教师乘势引出“密度”这一物理量并表明其物理意义，呈现“密度”定义；再回顾物体质量和体积的概念，建立密度公式、判定各物理量间的定量关系，导出密度单位，描述物理含义。这样，学生通过建立新概念（密度）和旧概念（质量、体积）间的联系，用概念同化的方式获得“密度”这一物理量的初步概念。

3.概念的运用阶段。当物理概念初步建立之后，要及时提供概念运用的机会，将抽象的物理概念“返回”到具体的物理现实中去，在运用概念解决具体问题的过程中，巩固和加深对概念的理解。教师可以设计“体验与测量、判断与解释、应用与解决”等教学环节来引领学生把经过抽象、概括后的物理概念同生活实际中的某一具体事物联系起来，将抽象的物理概念具体化。

例如，建立力的概念后，用力的概念去认识重力、弹力、摩擦力等各种具体的力，描述重力、弹力、摩擦力的定义，分析重力、弹力、摩擦力的作用物体和作用方式，并应用弹簧测力计去测量、体验这些具体力的大小。这样，学生就可以以具体的重力、弹力、摩擦力为例来诠释力的一般概念。又如，建立了密度概念后，用密度概念认识水、空气等各种具体物质的密度；判断同一物质在不同情况下的密度变化；用密度公式计算物质密度、并借助密度表，鉴别物质种类。这样，不仅仅活化了公式应用，更是把抽象的密度含义、单位、定义等要素同具体的水、空气等物质的密度联系起来，深化了密度概念的理解。

四、物理概念教学注意的相关事项

教师在概念教学设计时，既要考虑大脑获得概念的基本方式，概念建立的基本思维过程和教学的基本流程，也要考虑相关前概念、例证、思维定势等因素对物理概念教学的影响。

1.注意“前概念”对物理概念教学的影响。

“前概念”指的是学生已拥有的，在内涵、外延等方面与科学概念不完全一致的概念。它是学生在日常生活中形成的片面的、甚至错误的认识和观点。

对片面的“前概念”，我们要引导学生提取相关旧概念，并以有关的实验、经验事实等例证为辅助，转化与科学的物理概念不一致的方面，使学生形成正确的完整的物理概念，这类概念的形成并不涉及认知结构的转变，是属于认知同化过程。例如从“利用物体的轻重、体积”到“利用物质的密度”鉴别物质，就属于这一类转化过程。这样，学生在原有方法的基础上，建立了一个具有更广泛意义的新方法，不但没有“推倒”原有的认知结构，而且发展了原有的认知结构。

对错误的“前概念”，教师要在大量正、反例证的基础上，充分说明“前概念”的错误性，从而引发认知矛盾，促使学生解体原有认知结构并建立新的认知结构，获得科学的物理概念。例如，在力和运动的关系上，教师要充分利用牛顿第一运动定律及相关资料说明物体不受力时仍然能够运动，借此来推翻学生原有的“力是维持物体运动的原因”的错误概念。再如，在摩擦力教学中，教师要充分利用 “传送带输送物体”“人正常行走”等例证来推翻学生原有的“摩擦力总是阻碍物体运动”的错误观念，从而为新概念的学习扫清障碍。

2.注意例证选择对物理概念教学的影响。

所谓例证，是指在概念教学中所列举的生活（产）常识、科学实验、经验事实等感性材料，它是学生了解、掌握和深化物理概念的基础。教学中，例证的选取不是“韩信点兵、多多益善”，错误的、难于识别的例证不仅不利于逻辑方法的运用，更无益于科学概念的形成。例如：在帮助学生建立扩散概念时，通常要演示扩散现象，即在盛有清水的容器中滴数滴墨水，有位教师为了加快扩散现象，使用酒精灯在墨水扩散的同时给容器底部加热。这样做使得实验现象明显加快了，但他违反了实验设计的科学性，因为扩散是不同物质分子热运动的结果，而对容器底部加热，清水和墨水的混合速度加快是对流的作用所致。再如，为了帮助学生理解“力的作用是相互的”，有位教师列举了以下例证：“地球吸引月球，月球也吸引地球”“磁铁吸引铁屑，铁屑也吸引磁铁”，前一个例证让学生无所适从，因为地球和月球间的吸引力及其运动轨迹都令学生难以想象；后一个例证让学生提出异议，因为只看到铁屑向磁铁运动，并“粘”在磁铁上，而没有看见磁铁向铁屑运动，当然无法想象“铁屑也吸引磁铁”了。反过来，如果我们列举“对拉弹簧，弹簧同时伸长；对压气球，气球同时变形”等典型的易于识别的例证，就能使学生在学习过程中准确、快速地掌握科学概念。所以，进行概念教学时，我们应对例证选择的科学性和典型性给予充分地重视。

3.注意思维定势对物理概念教学的消极影响。

消极的思维定势是指我们把头脑中已有的习惯了的思维方式不恰当地运用到新的物理情境中去，不善于变换思考的角度，引起错误的认识，造成知识的负迁移。物理概念教学中，我们往往会通过定义，用一组词语来定性地表达物理事物的本质属性。但对物理量，我们还会用数学公式来给予物理概念严密而精确的定义，部分学生受数学学习的思维定势影响，往往从纯数学的角度对物理公式加以理解，导致一些错误结论。如，把 ρ=M/V 看成质量（M）越大，密度（ρ）越大；体积（V）越大，密度（ρ）越小。 但事实上，对不同物质，其质量和体积之比是不同的；而同一种物质，其质量与体积之比却是一定的。也就是说，对一种物质来说，不管其质量和体积大小如何，它们的比值即密度都是不变的，如果理解了这一点，就不会形成以上错误观点了。因此，在物理概念教学中，我们要注重物理概念内涵及其意义的理解，引导学生仔细分析情境，努力克服思维定势给物理概念的理解造成消极影响。

［1］徐辉.现代西方教育理论［M］.重庆：重庆出版社，2006.

［2］高文，徐斌艳.教育中的建构主义［M］.上海：华东师范大学出版社，2002.

G633.7

A

1005-6009（2017）43-0056-03

许国良，江苏省镇江市润州区教师发展中心（江苏镇江，212000）主任，高级教师，镇江市学科带头人。