對(duì)學(xué)生應(yīng)用物理概念困難的思考

對(duì)學(xué)生應(yīng)用物理概念困難的思考

物理概念是物理教學(xué)的基礎(chǔ)與核心，概念的理解與掌握程度決定著學(xué)生物理素養(yǎng)的高低。但是由于教材的編排與教師的教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及學(xué)生的學(xué)習(xí)程序、學(xué)習(xí)的著力點(diǎn)等因素，致使學(xué)生對(duì)概念的理解與掌握往往只停留在識(shí)記水平，不能理解概念的科學(xué)內(nèi)涵及外延，因此造成了學(xué)生應(yīng)用概念的諸多困難。本文從概念建立過程、相似概念的比較與區(qū)別、概念理解的循序漸進(jìn)性、概念理解的全面性四個(gè)方面來(lái)闡述高中物理的概念教學(xué)，期望對(duì)物理概念教學(xué)提供一些有益的參考。一、概念建立過程中的模糊性與被動(dòng)性造成的困難現(xiàn)階段高中物理概念建立的主要方法有：根據(jù)前期知識(shí)或日常生活生產(chǎn)中的物理現(xiàn)象抽象建立，通過定義建立，從原有概念或規(guī)律中引申建立。不難看出這幾種建立概念的方法學(xué)生均缺少認(rèn)知上的沖突及與問題的融合，至使學(xué)生對(duì)概念存在模糊的認(rèn)識(shí)，學(xué)生對(duì)概念是一種被動(dòng)接受式的學(xué)習(xí)。如：“沖量”概念的建立，教材是在“假定物體受到恒力F作用下……”來(lái)引入、建立沖量概念的，大多數(shù)教師均是依照這一思路應(yīng)用牛頓第二定律、加速度的定義式推導(dǎo)出，進(jìn)而告訴學(xué)生沖量I=F△t。這樣一來(lái)學(xué)生認(rèn)為沖量?jī)H僅是表示F與At的乘積。這根本不能引起學(xué)生的興趣，對(duì)學(xué)生的刺激相當(dāng)少，很難引起學(xué)生的注意。如果能利用學(xué)生身邊的事例提出問題，如：乒乓球擊地時(shí)地面對(duì)球的作用的效果如何，如何求地面作用力的大小？這樣的問題用牛頓定律很難解決，同時(shí)使學(xué)生的認(rèn)知發(fā)生沖突，進(jìn)而很自然的引入沖量概念，教師再進(jìn)一步將問題演變成教材中假定的情景，而后進(jìn)行推導(dǎo)，這樣就能使概念的建立水到渠成，同時(shí)也能提高學(xué)生分析、處理問題時(shí)選擇概念、規(guī)律的能力。初步知道概念后，學(xué)生對(duì)概念的理解仍較模糊，而教材并沒有安排單獨(dú)涉及沖量概念應(yīng)用的問題，教師也易犯急于讓學(xué)生套公式進(jìn)行定量計(jì)算的錯(cuò)誤，而忽略了對(duì)定性與半定量問題的研究，定性與半定量問題更能突出概念的本質(zhì)。為此，教師可選用如下問題進(jìn)行討論以幫助學(xué)生加深對(duì)沖量概念的理解：物體沿光滑斜面下滑過程重力、支持力、合力的沖量（大小、方向）的決定因素有哪些，汽車啟動(dòng)時(shí)達(dá)到相同速度所需時(shí)間長(zhǎng)短的決定因素有哪些？二、相似概念的比較與區(qū)別不深入造成的困難物理學(xué)中有許多相似或相近的概念，如果對(duì)這些概念沒有進(jìn)行較全面的比較與區(qū)別，學(xué)生極易混淆這些概念，這樣學(xué)生在應(yīng)用這些概念時(shí)相當(dāng)容易出錯(cuò)。比如：速度概念，由于初中時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)過此概念，上課時(shí)這個(gè)概念很容易被學(xué)生輕視，再加上教材中的定義確切的說是平均速度的定義，因此學(xué)生對(duì)瞬時(shí)速度、平均速度等的理解就產(chǎn)生了較大的障礙，從而造成應(yīng)用的困難。為此教師應(yīng)適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行如下比較：(1)初中速度是路程與時(shí)間的比值，是標(biāo)量；而高中的速度是位移與時(shí)間的比值，是矢量。(2)速度定義式v=s/t是一段時(shí)間或位移內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)的快慢，是平均速度的定義式；而只有當(dāng)s→0或t→0時(shí)才是瞬時(shí)速度，因此對(duì)s→0函數(shù)求導(dǎo)數(shù)才是瞬時(shí)速度。(3)無(wú)論什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)均可由v=s/t求平均速度，而速度的平均值與平均速度無(wú)直接聯(lián)系，只有在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中兩者才會(huì)相等，且有。(4)平均速度是位移與時(shí)間的比值，是矢量；而平均速率是路程與時(shí)間的比值，是標(biāo)量，一般來(lái)說平均速率大于平均速度。(5)瞬時(shí)速度是某位置點(diǎn)或時(shí)間點(diǎn)的速度大小，是s→0或t→0時(shí)位移與時(shí)間的比值；而瞬時(shí)速率是t→0時(shí)路程與時(shí)間的比值，因t→0時(shí)位移大小與路程大小近似相等，因此瞬時(shí)速度的大小與瞬時(shí)速率的大小近似相等。三、概念的理解不夠循序漸進(jìn)造成的困難有些概念需要在不斷學(xué)習(xí)中或應(yīng)用中進(jìn)行理解或深化，如果師生不注意逐步的理解與提高，就會(huì)使學(xué)生對(duì)概念的理解不能深入、全面與提高，從而造成學(xué)生應(yīng)用概念的困難。如：對(duì)重力概念理解的循序漸進(jìn)過程應(yīng)為：(1)從初中的重量提升到高中的重力。(2)無(wú)理解的記憶重力產(chǎn)生原因（地球的吸引而產(chǎn)生）及方向（豎直向下）。(3)似懂非懂的明白超重與失重中實(shí)際重力與視重的關(guān)系。(4)知道重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力的緣由，理解物體僅受重力與支持面的支持力或懸掛物的拉力且處于平衡時(shí)重力與支持面的支持力或懸掛物的拉力大小相等，這正是通常人們所說的重力的概念。(5)理解若選地心為參考系重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力，而選地球或地面為參考系則萬(wàn)有引力為重力與慣性離心力的合力。(6)理解在天體或衛(wèi)星環(huán)繞運(yùn)動(dòng)中重力就是萬(wàn)有引力是人們牽強(qiáng)的仍保留重力概念的一種意愿，而實(shí)際上此時(shí)的重力與人們通常所說的重力已是另一層面的概念，與人們通常所說的重力并不是同一概念的力了。實(shí)際上在高中物理中像重力這樣需要循序漸進(jìn)的理解與提高的概念或原理還有許多，如：加速度概念、力的作用效果、運(yùn)動(dòng)的描述、功與能的關(guān)系等。四、概念理解的片面性造成的困難物理概念具有豐富的內(nèi)涵與外延，物理概念或物理量與其他學(xué)科的概念有著明顯的不同，尤其是物理量中有許多是矢量，這樣對(duì)物理概念或物理量的理解就應(yīng)從內(nèi)涵、外延、大小、方向等進(jìn)行全面的理解，否則在應(yīng)用概念時(shí)就會(huì)經(jīng)常遇到困難。如：在加速度概念的理解時(shí)就容易將其物理意義割裂成：加速度表示速度的大小和方向變化的快慢，在單方向的直線運(yùn)動(dòng)中或同一勻速率的曲線運(yùn)動(dòng)中這樣理解與應(yīng)用加速度是不成問題的，但是在方向改變的直線運(yùn)動(dòng)或不同的勻速率的曲線運(yùn)動(dòng)與變速率曲線運(yùn)動(dòng)中就會(huì)遇到困難。下面通過三個(gè)實(shí)例來(lái)進(jìn)行分析。例1如圖1，豎直上拋運(yùn)動(dòng)中上升過程（g?。ㄈ缬葾到B）每秒速度大小均減小10m/s，因此加速度的大小為，方向豎直向下；而在上升過程與下降過程的對(duì)稱兩點(diǎn)（如由B到B'）上速度大小的變化為零，方向均變化180°，此時(shí)加速度似乎表示速度方向變化的快慢，由此一來(lái)豎直上拋運(yùn)動(dòng)的加速度表示的是速度大小變化的快慢還是速度方向變化的快慢就產(chǎn)生了矛盾；同時(shí)若取另一對(duì)稱時(shí)段的兩點(diǎn)，其速度大小的變化仍為零，速度方向仍變化仍為180°，但是時(shí)間不同那么加速度就不同，這又產(chǎn)生了另一個(gè)矛盾。例2勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心加速度常常理解為速度方向變化的快慢，實(shí)際上如此嗎？如圖2，兩小球以相同的角速度ω繞O點(diǎn)在光滑的水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，小球A從a到b與小球B從c到d過程速度的方向均改變90°，速度方向改變相同，時(shí)間也相同，因此速度方向改變的快慢應(yīng)相同；但是因?yàn)?，由可知B球的向心加速度大于A球的向心加速度，這樣自然就使學(xué)生產(chǎn)生對(duì)向心加速度意義理解的困難。上述三例中產(chǎn)生的矛盾或存在的問題，其原因就是將加速度的意義割裂成加速度要么表示速度的大小變化的快慢，要么表示速度方向變化的快慢造成的；若將加速度理解成：加速度表示速度矢量變化