淺談物理概念學習的障礙與教學策略

1、PAGE PAGE 4淺談物理概念學習的障礙與教學策略以“加速度” 概念教學設計為例朱曉兵(江蘇省白蒲高級中學 江蘇 南通 226511)摘 要：物理教學包括概念教學、規(guī)律教學、實驗教學等，不少教師在教學中不重視物理概念的引入、形成。筆者分析了物理概念的特征，分析了影響物理概念學習的障礙，并以“加速度”概念教學設計為例，從四個角度提出了優(yōu)化物理概念教學的教學策略。關鍵詞：物理概念 加速度 教學策略研究表明，概念是事物的本質屬性的抽象和反映。物理概念，是通過觀察自然現(xiàn)象，創(chuàng)設科學實驗，運用科學方法加以分析、推理、演繹、歸納，經(jīng)歷思維加工后從感性轉化為理性，進而抽象概括出來的某一現(xiàn)象、過程的的本質

2、屬性。物理概念既具備一般概念的特征，又具備物理學的學科特征：（1）客觀性物理概念起源于物理現(xiàn)象、物理過程，離不開觀察和科學實驗。（2）抽象性物理概念經(jīng)歷了由現(xiàn)象到本質、由感性到理性的升華，是事物本質屬性的概括反映，超越于具體的現(xiàn)象和過程。（3）可測性物理概念有其嚴格的定義，有的可以用數(shù)學公式來描述，不僅有其豐富的內(nèi)涵，而且可以計算、可以測量。（4）發(fā)展性物理概念隨著科技的進步、人類認識水平的提高，隨著物理問題研究的深入，而不斷豐富發(fā)展，如人們對“質量”這一概念的認知過程。形成正確的物理概念，不僅是運用物理知識分析解決物理問題的基礎，而且對學生學習物理的興趣、解決問題的思維方式都有著潛移默化的影

3、響。不少教師在教學中不重視物理概念的引入、形成。那么，影響物理概念學習的障礙有哪些？我們應該采取什么樣的教學策略？本文試以“加速度”概念教學設計為例與大家一同探討。一、影響物理概念學習的障礙感性材料積累不足 物理概念來自于自然現(xiàn)象和過程，想要正確理解概念的內(nèi)涵，必須積累豐富的感性材料。然而，由于應試教育的需要，學生大量的寶貴的時間都花在了補課和解題上了，缺乏應用的交往和活動，缺乏應有的生活經(jīng)驗和觀察。加之有些抽象的概念在生活中少有接觸，如加速度、電場強度等，在缺乏感性知識的基礎上難以上升到理性認識，對概念的內(nèi)涵只是機械地背誦，容易被一些干擾信息所迷惑，從而無法正確地分析物理過程。2、學生認知能

4、力的局限性進入青春期以后，學生已經(jīng)能夠有目的地進行觀察，而且能夠合理分配注意力。也不再像小時候那樣死記硬背，有的學生已經(jīng)掌握了理解記憶。但多數(shù)學生抽象邏輯思維能力還比較薄弱，他們習慣于根據(jù)日常經(jīng)驗下結論，不習慣運用數(shù)學工具推理、判斷、解釋。他們的思維具備一定的批判性，但有時候喜歡鉆牛角尖，有時候浮于表面。他們的認知屬于“經(jīng)驗型”。3、經(jīng)驗事實中的前概念“前概念”是怎么產(chǎn)生的？心理學研究認為：途徑一日常生活經(jīng)驗，如學生學習“重力”概念時常常與生活中的“重量”混淆；途徑二知識的負遷移，如高一學生學習“速度”概念時，往往會受到初中時“平均速率”的干擾；途徑三語詞帶來的誤解，如不少同學認為“勻變速圓周

5、運動”就是“勻變速運動”；途徑四不當?shù)念惐龋行┩瑢W類比了“電場強度”和“磁感應強度”后，認為既然電場強度的方向與正電荷的受力方向一致，那么磁感應強度的方向也和電流元的受力方向一致。4、教師教學理念的偏差過去我們常常采用講授法授課，這樣能利用有限的資源讓更多的學生學習到更多的知識。其缺點也顯而易見，缺少了學生的主動參與，忽略了過程與方法、忽略了人文精神的培養(yǎng)。不少教師不重視概念的形成過程，講授物理概念往往直接給出定義，不注意探究概念的內(nèi)涵，不注意豐富概念的外延，致使學生解題過于模式化、公式化、簡單化。還有些教師對科技前沿知識關注不夠，不注意物理概念的發(fā)展性，不注意將物理概念和科技發(fā)展聯(lián)系起來，

6、不注意學生學習興趣的培養(yǎng)。二、物理概念的教學策略實踐表明，要形成正確的物理概念，一般要經(jīng)歷三個階段：概念引入階段、概念形成階段、概念深化階段。那么，在這三個階段中如何優(yōu)化教學策略，完善學生認知結構、培養(yǎng)學生能力呢？筆者試以“加速度”概念教學設計為例，談一談物理概念的教學策略。1、策略一 創(chuàng)設情境，探究“加速度”概念的內(nèi)涵 生活中運動的物體司空見慣，人們也常常用速度來比較運動的快慢。然而，雖然學生們也經(jīng)?？吹狡嚨膯?、加速、剎車等現(xiàn)象，但他們從來沒有思考過“速度變化的快慢”問題。如果沒有豐富的感性材料，沒有科學的方法分析比較，學生是難以抽象概括出“加速度”概念的內(nèi)涵和定義的。加之高一的學生還習

7、慣于根據(jù)經(jīng)驗下結論，比較害怕抽象的、理論性強的知識?；诩铀俣雀拍畹目陀^性、抽象性、學生認知的局限性，我們創(chuàng)設了這樣一個情境：問題1：觀看2004年奧運會上劉翔110米欄比賽錄像，你有什么發(fā)現(xiàn)？問題2：為了提高比賽成績，教練組對劉翔的訓練過程進行了深入研究，測得了如下數(shù)據(jù)：初始速度v0（m/s）經(jīng)過時間t（s）末速度v（m/s）速度的變化量v（m/s）起跑階段0.003.8616.59途中跑階段16.595.428.44沖刺階段8.443.639.33（1）參考以上數(shù)據(jù)，劉翔在哪一時刻運動最快？（2）哪個階段速度變化量最大？（3）哪個階段速度變化最快？如何比較速度變化的快慢？這樣，通過觀看劉翔

8、的比賽錄像，激發(fā)了學生的愛國熱情，激發(fā)了學生的學習興趣。然后從比較運動的快慢過渡到比較速度變化量的大小，最后自然過渡到比較“速度變化快慢”的問題。通過創(chuàng)設情境，層層設疑，通過鮮活的事例，具體的數(shù)據(jù)，學生從感性到理性，逐漸感悟出“不僅運動有快有慢，速度的變化也有快有慢，有必要引入一個物理量來描述速度變化的快慢”。接下來，通過引導學生類比比較位移變化快慢的方法，學生很自然的就理解了加速度的內(nèi)涵反映運動物體速度變化快慢的物理量，加速度的定義也水到渠成。2、策略二拓展提升，豐富“加速度”概念的外延物理概念不僅有其深刻的內(nèi)涵，還有其豐富的外延，一般包括概念的適用范圍、概念的分類等。通過前面的探究，學生們

9、知道了加速度反映了一段時間內(nèi)速度變化的快慢。為了更準確地描述物體在某一時刻的運動情況，運用極限思想，我們有必要在“平均加速度”的基礎上引入“瞬時加速度”的概念。然而，極限思想又再次向學生的抽象邏輯思維提出了挑戰(zhàn)，如何優(yōu)化這一過程呢？我們設計了這樣一道題：問題3：一質點沿某一直線運動，它離開原點的速度V隨時間的變化關系為vt2+t（m/s）：(1)在t=1s至t=1.1s內(nèi)，質點的加速度的大小為多少？(2)在t=1s至t=1.01s內(nèi)，質點的加速度的大小為多少？(3)在t=1s至t=1.001s內(nèi)，質點的加速度的大小為多少？(4)比較（1）（2）（3）的計算結果，你有什么發(fā)現(xiàn)嗎? 教師創(chuàng)設問題情

10、境，學生通過自主計算，小組討論交流，對極限思想有了感性認識，這時教師因勢利導歸納總結，類比瞬時速度得出“瞬時加速度”的概念，豐富了加速度概念的外延，學生對加速度概念的理解逐漸變得深刻、豐富。當然，隨著學習的深入，我們還會碰到“重力加速度”“向心加速度”，教師在講課時應注意到適時豐富概念的外延。3、策略三區(qū)分“加速度”和“速度”，構建知識網(wǎng)絡學習加速度時有個問題學生一直難以弄清：一個質點作直線運動，速度為零時，加速度可能并不為零。究其原因，是速度這個前概念對加速度概念產(chǎn)生了干擾。如果教師只強調(diào)“加速度反映了速度變化的快慢，與速度的大小沒有必然的聯(lián)系”，這樣講解太抽象，學生依然迷惑不解，此時我們進

11、行了這樣的設計：問題4：如圖所示為一物體做勻變速直線運動的速度圖像，則： （1）物體在第2秒時的速度是多大？ （2）物體在第2秒至第3秒內(nèi)的加速度是多大？（3）物體在第2秒至第2.01秒內(nèi)的加速度是多大？（4）物體在第2秒時的加速度是多大？（5）速度為零時，加速度一定為零嗎？教師引導學生區(qū)分速度與加速度的異同：速度反映的是位置變化的快慢，其快慢由位移和時間共同決定；加速度反映的是速度增加或減小的快慢程度，其快慢由速度的變化量和時間共同決定，與速度的大小、速度變化量的大小沒有必然的聯(lián)系。并將加速度與V-T圖像的斜率統(tǒng)一起來，通過圖像進一步區(qū)分速度和加速度的不同，從不同角度豐富了學生的感知。通過分

12、析比較，不僅消除了前概念的負遷移，還將速度、速度的變化量、加速度構成了知識網(wǎng)絡，再次鞏固了加速度概念的內(nèi)涵。4、策略四測量“加速度”，深化“加速度”概念學生形成加速度概念之后，對概念的內(nèi)涵、外延的理解往往并不透徹、并不深刻、并不全面，需要在實際運用中進一步鞏固、深化。在引導學生經(jīng)歷了從具體到抽象之后，還有必要引導學生再經(jīng)歷從抽象到具體，也就是運用加速度概念分析解決實際問題，才能進一步深化對加速度概念的理解。實驗是物理學分析問題、解決問題的基本方法和途徑，它不僅有助于學生探究物理規(guī)律，對概念的形成、概念的鞏固也有特殊的意義。實驗不僅是為了培養(yǎng)學生的操作能力，還要讓學生經(jīng)歷過程，學習方法，體驗成功

13、。在“加速度”概念的鞏固環(huán)節(jié)，我們設計了一組實驗：分組實驗：給你下列器材：打點計時器、紙帶、鐵夾、小鐵球、鐵架臺、棉線等，思考： （1）你能利用這些器材設計出一種加速的運動模型嗎？ （2）你能利用打點計時器測量這一運動模型中某一時刻的瞬時速度嗎？ （3）你能利用這些器材測量出這一運動模型過程中某一段時間內(nèi)的加速度嗎？學生積極動腦動手，積極討論交流，積極推理、探究，課堂學習氣氛濃厚。通過實驗，豐富了學生的的創(chuàng)造力，激發(fā)了學生的學習興趣，更重要的是鞏固深化了加速度的概念。形成正確的物理概念，是進一步探究物理規(guī)律，是深入分析問題、解決問題的基礎。所以物理概念教學是廣大物理教師肩負的重要使命，它直接左右著學生學習物理的興趣、分析解決問題的方法和思維方式、運用物理知識解決實際問題的能力。多年來，不少物理教師致力于物理概念教學的