浅谈物理概念学习的障碍与教学策略 (2).doc

浅谈物理概念学习的障碍与教学策略-以“加速度” 概念教学设计为例朱晓兵(江苏省白蒲高级中学 江苏 南通 226511)摘 要：物理教学包括概念教学、规律教学、实验教学等，不少教师在教学中不重视物理概念的引入、形成。笔者分析了物理概念的特征，分析了影响物理概念学习的障碍，并以“加速度”概念教学设计为例，从四个角度提出了优化物理概念教学的教学策略。关键词：物理概念 加速度 教学策略研究表明，概念是事物的本质属性的抽象和反映。物理概念，是通过观察自然现象，创设科学实验，运用科学方法加以分析、推理、演绎、归纳，经历思维加工后从感性转化为理性，进而抽象概括出来的某一现象、过程的的本质属性。物理概念既具备一般概念的特征，又具备物理学的学科特征：（1）客观性-物理概念起源于物理现象、物理过程，离不开观察和科学实验。（2）抽象性-物理概念经历了由现象到本质、由感性到理性的升华，是事物本质属性的概括反映，超越于具体的现象和过程。（3）可测性-物理概念有其严格的定义，有的可以用数学公式来描述，不仅有其丰富的内涵，而且可以计算、可以测量。（4）发展性-物理概念随着科技的进步、人类认识水平的提高，随着物理问题研究的深入，而不断丰富发展，如人们对“质量”这一概念的认知过程。形成正确的物理概念，不仅是运用物理知识分析解决物理问题的基础，而且对学生学习物理的兴趣、解决问题的思维方式都有着潜移默化的影响。不少教师在教学中不重视物理概念的引入、形成。那么，影响物理概念学习的障碍有哪些？我们应该采取什么样的教学策略？本文试以“加速度”概念教学设计为例与大家一同探讨。一、影响物理概念学习的障碍1、 感性材料积累不足 物理概念来自于自然现象和过程，想要正确理解概念的内涵，必须积累丰富的感性材料。然而，由于应试教育的需要，学生大量的宝贵的时间都花在了补课和解题上了，缺乏应用的交往和活动，缺乏应有的生活经验和观察。加之有些抽象的概念在生活中少有接触，如加速度、电场强度等，在缺乏感性知识的基础上难以上升到理性认识，对概念的内涵只是机械地背诵，容易被一些干扰信息所迷惑，从而无法正确地分析物理过程。2、学生认知能力的局限性进入青春期以后，学生已经能够有目的地进行观察，而且能够合理分配注意力。也不再像小时候那样死记硬背，有的学生已经掌握了理解记忆。但多数学生抽象逻辑思维能力还比较薄弱，他们习惯于根据日常经验下结论，不习惯运用数学工具推理、判断、解释。他们的思维具备一定的批判性，但有时候喜欢钻牛角尖，有时候浮于表面。他们的认知属于“经验型”。3、经验事实中的前概念“前概念”是怎么产生的？心理学研究认为：途径一-日常生活经验，如学生学习“重力”概念时常常与生活中的“重量”混淆；途径二-知识的负迁移，如高一学生学习“速度”概念时，往往会受到初中时“平均速率”的干扰；途径三-语词带来的误解，如不少同学认为“匀变速圆周运动”就是“匀变速运动”；途径四-不当的类比，有些同学类比了“电场强度”和“磁感应强度”后，认为既然电场强度的方向与正电荷的受力方向一致，那么磁感应强度的方向也和电流元的受力方向一致。4、教师教学理念的偏差过去我们常常采用讲授法授课，这样能利用有限的资源让更多的学生学习到更多的知识。其缺点也显而易见，缺少了学生的主动参与，忽略了过程与方法、忽略了人文精神的培养。不少教师不重视概念的形成过程，讲授物理概念往往直接给出定义，不注意探究概念的内涵，不注意丰富概念的外延，致使学生解题过于模式化、公式化、简单化。还有些教师对科技前沿知识关注不够，不注意物理概念的发展性，不注意将物理概念和科技发展联系起来，不注意学生学习兴趣的培养。二、物理概念的教学策略实践表明，要形成正确的物理概念，一般要经历三个阶段：概念引入阶段、概念形成阶段、概念深化阶段。那么，在这三个阶段中如何优化教学策略，完善学生认知结构、培养学生能力呢？笔者试以“加速度”概念教学设计为例，谈一谈物理概念的教学策略。1、策略一 -创设情境，探究“加速度”概念的内涵 生活中运动的物体司空见惯，人们也常常用速度来比较运动的快慢。然而，虽然学生们也经常看到汽车的启动、加速、刹车等现象，但他们从来没有思考过“速度变化的快慢”问题。如果没有丰富的感性材料，没有科学的方法分析比较，学生是难以抽象概括出“加速度”概念的内涵和定义的。加之高一的学生还习惯于根据经验下结论，比较害怕抽象的、理论性强的知识。基于加速度概念的客观性、抽象性、学生认知的局限性，我们创设了这样一个情境：问题1：观看2004年奥运会上刘翔110米栏比赛录像，你有什么发现？问题2：为了提高比赛成绩，教练组对刘翔的训练过程进行了深入研究，测得了如下数据：初始速度v0（m/s）经过时间t（s）末速度v（m/s）速度的变化量v（m/s）起跑阶段0.003.8616.59途中跑阶段16.595.428.44冲刺阶段8.443.639.33（1）参考以上数据，刘翔在哪一时刻运动最快？（2）哪个阶段速度变化量最大？（3）哪个阶段速度变化最快？如何比较速度变化的快慢？这样，通过观看刘翔的比赛录像，激发了学生的爱国热情，激发了学生的学习兴趣。然后从比较运动的快慢过渡到比较速度变化量的大小，最后自然过渡到比较“速度变化快慢”的问题。通过创设情境，层层设疑，通过鲜活的事例，具体的数据，学生从感性到理性，逐渐感悟出“不仅运动有快有慢，速度的变化也有快有慢，有必要引入一个物理量来描述速度变化的快慢”。接下来，通过引导学生类比比较位移变化快慢的方法，学生很自然的就理解了加速度的内涵-反映运动物体速度变化快慢的物理量，加速度的定义也水到渠成。2、策略二-拓展提升，丰富“加速度”概念的外延物理概念不仅有其深刻的内涵，还有其丰富的外延，一般包括概念的适用范围、概念的分类等。通过前面的探究，学生们知道了加速度反映了一段时间内速度变化的快慢。为了更准确地描述物体在某一时刻的运动情况，运用极限思想，我们有必要在“平均加速度”的基础上引入“瞬时加速度”的概念。然而，极限思想又再次向学生的抽象逻辑思维提出了挑战，如何优化这一过程呢？我们设计了这样一道题：问题3：一质点沿某一直线运动，它离开原点的速度V随时间的变化关系为vt2+t（m/s）：(1)在t=1s至t=1.1s内，质点的加速度的大小为多少？(2)在t=1s至t=1.01s内，质点的加速度的大小为多少？(3)在t=1s至t=1.001s内，质点的加速度的大小为多少？(4)比较（1）（2）（3）的计算结果，你有什么发现吗? 教师创设问题情境，学生通过自主计算，小组讨论交流，对极限思想有了感性认识，这时教师因势利导归纳总结，类比瞬时速度得出“瞬时加速度”的概念，丰富了加速度概念的外延，学生对加速度概念的理解逐渐变得深刻、丰富。当然，随着学习的深入，我们还会碰到“重力加速度”“向心加速度”，教师在讲课时应注意到适时丰富概念的外延。3、策略三-区分“加速度”和“速度”，构建知识网络学习加速度时有个问题学生一直难以弄清：一个质点作直线运动，速度为零时，加速度可能并不为零。究其原因，是速度这个前概念对加速度概念产生了干扰。如果教师只强调“加速度反映了速度变化的快慢，与速度的大小没有必然的联系”，这样讲解太抽象，学生依然迷惑不解，此时我们进行了这样的设计：问题4：如图所示为一物体做匀变速直线运动的速度图像，则： （1）物体在第2秒时的速度是多大？ （2）物体在第2秒至第3秒内的加速度是多大？（3）物体在第2秒至第2.01秒内的加速度是多大？（4）物体在第2秒时的加速度是多大？（5）速度为零时，加速度一定为零吗？教师引导学生区分速度与加速度的异同：速度反映的是位置变化的快慢，其快慢由位移和时间共同决定；加速度反映的是速度增加或减小的快慢程度，其快慢由速度的变化量和时间共同决定，与速度的大小、速度变化量的大小没有必然的联系。并将加速度与V-T图像的斜率统一起来，通过图像进一步区分速度和加速度的不同，从不同角度丰富了学生的感知。通过分析比较，不仅消除了前概念的负迁移，还将速度、速度的变化量、加速度构成了知识网络，再次巩固了加速度概念的内涵。4、策略四-测量“加速度”，深化“加速度”概念学生形成加速度概念之后，对概念的内涵、外延的理解往往并不透彻、并不深刻、并不全面，需要在实际运用中进一步巩固、深化。在引导学生经历了从具体到抽象之后，还有必要引导学生再经历从抽象到具体，也就是运用加速度概念分析解决实际问题，才能进一步深化对加速度概念的理解。实验是物理学分析问题、解决问题的基本方法和途径，它不仅有助于学生探究物理规律，对概念的形成、概念的巩固也有特殊的意义。实验不仅是为了培养学生的操作能力，还要让学生经历过程，学习方法，体验成功。在“加速度”概念的巩固环节，我们设计了一组实验：分组实验：给你下列器材：打点计时器、纸带、铁夹、小铁球、铁架台、棉线等，思考： （1）你能利用这些器材设计出一种加速的运动模型吗？ （2）你能利用打点计时器测量这一运动模型中某一时刻的瞬时速度吗？ （3）你能利用这些器材测量出这一运动模型过程中某一段时间内的加速度吗？学生积极动脑动手，积极讨论交流，积极推理、探究，课堂学习气氛浓厚。通过实验，丰富了学生的的创造力，激发了学生的学习兴趣，更重要的是巩固深化了加速度的概念。形成正确的物理概念，是进一步探究物理规律，是深入分析问题、解决问题的基础。所以物理概念教学是广大物理教师肩负的重要使命，它直接左右着学生学习物理的兴趣、分析解决问题的方法和思维方式、运用物理知识解决实际问题的能力。多年来，不少物理教师致力于物理概念教学的探