论文：高中物理概念教学对策

1、高中物理概念教学对策【摘要】当前高中物理概念教学中存在忽视前概念的深远影响，忽视概念转变中渗透科学方法，忽视概念在解决物理问题上的应用。本文借鉴pisa评价理念，根据物理概念转变模型，提出基于认知基础的概念引入、基于科学思维的概念建构和基于问题解决的概念应用的教学对策。【关键词】 pisa评价理念 物理概念 教学对策pisa是学生能力国际评价的英文缩写，pisa测试关于科学概念评估的要求是，学生能理解科学概念，能运用这些概念解释自然现象，解决现实生活中的科学问题。借鉴这种评价理念，物理概念教学应关注学生认知基础，渗透科学方法，注重解决实际问题。一、物理概念教学中存在的问题物理概念教学常存在以下

2、三个问题：一是忽视前概念的深远影响，导致正确的前概念没有得到应有的发展，错误的前概念不能得到有效修正，新知识不能恰当地整入学生认知结构；二是忽视概念转变中渗透科学方法，富有活力的概念内涵被符号所淹没，学生学习中积累大量的零散“碎片”无法有效融合和科学化；三是忽视概念在解决物理问题上的应用，运用科学方法解决问题的能力得不到的效的提升，缺失在解决问题过程中体验知识的价值。二、pisa评价理念下的物理概念转变模型有效实现概念转变的步骤是：一是识别异常情况，二是建构新概念，三是应用新概念1。概念教学中的“问题情景设计”和“学生活动设计”应围绕以下四个方面展开：一是学生必须对现有概念产生不满，即认识到需

3、要发展或需要修正；二是新概念必须是可理解的，即学生能懂得新概念的物理内涵；三是新概念必须是合理的，即新概念与学生的经验、信念和直觉具有一致性；四新概念必须是有效的，即能够解决面临的问题，可以用来解释和预测物理现象2。三、pisa评价理念下的物理概念转变对策有效的概念转变策略应包含三个环节：一是基于认知基础的概念引入，二是基于科学思维的概念建构，三是基于问题解决的概念应用。（一）基于认知基础的概念引入：研究领域在学生前概念存在的普遍性，前概念的顽固性，以及学习和教学都必须以学习者的前概念为出发点等观点上基本达成了共识3。从认知基础的角度，物理概念可分为三类：一是有前概念且前概念基本正确；二是有前

4、概念但前概念基本是错误的；三是基本上没有前概念。1、对于有基本正确的前概念，比如力、质量、速度、静电感应等。教学中可以采用“预测解释发展”的形式促进其发展，教学的核心是利用和发展学生的观点。通过倾听学生预测、解释，了解学生的原认知，再把需要发展的信息以问题情景的方式呈现，让学生认识到原有认知还不足以对问题的解释提供充分的证据，有发展原认知的需求。在“静电感应”的概念教学中，让学生预测带电的玻璃棒靠近验电器，验电器的金属箔片是否会张开。由于学生有“接触带电”和“带电体周围存在电场”的前概念，结论不一。实验证实，金属箔片会张开。引导学生从电场驱动金属导体内的自由电子定向移动对现象进行解释。随后，教

5、师提出“用金属网把验电器罩起来，再用带电玻璃棒靠近验电器，此时金属箔片是否会张开”，学生一致认为金属网有“空隙”无法“遮住”电场进入，金属箔片会张开。演示结果是金属箔片没有张开，这样的问题情景能驱动他们对静电感应的本质属性进一步理解的需求。2、对于前概念是错误的，比如加速度、失重、作用力与反作用力、合力与分力等，教学中可以采用“认知冲突”的形式，让错误认知与问题的情景产生冲突，对原有概念产生不满，驱动其改变4。在进行“力的分解”教学中，学生的前概念中认为“合力”比“分力”大。为此，设置如下课堂活动：一根长绳中间挂一重物，能否将绳子拉直？大多数学生认为重物的质量不大，拉直绳子应该没有问题。让二位

6、同学使劲地往两边拉，结果是不管如何用力，绳子总是拉不直。通过观察学生认识到原本“无需怀疑”的想法受到挑战，产生认知冲突，有重新审视原认知的动力。3、对于没有“前概念”的，比如洛仑兹力、自感、电动势、电磁波等。第一种类型的概念，比如洛仑兹力、自感等，可以通过实验，突显概念所包含的关键属性，为学生提供具体的认知基础。在“自感”教学中，可以利用一节干电池、日光灯的镇流器、电键组成闭合回路，让学生两手分别接触镇流器两端的金属导线，在断电瞬间，学生惊奇地体验到“触电”。第二种类型概念，比如电动势、电磁波等概念，这些概念比较抽象难有定性的认识，可以采用“类比”或“分层整合”的方式为概念提供认知基础。比如电

7、动势，可以用二台抽水机提升水位来类比两个极板附近电势的提升。比如电磁波，可以从具体的水波到抽象的声波再到更抽象的电磁波，分层整合来帮助学生理解。（二）基于科学思维的概念建构学生在通过观察、实验获取必要的认知后，运用比较、分析、综合等科学思维方法对认知进行加工和抽象，实现新概念的建构。1、归纳策略：归纳式教学要求教师呈现可以归纳出本质特征的物理事例，然后通过分析、比较，认识这些事物的特征，再归纳事例的本质特征。 归纳常用求同、差异、共变等方法。求同法，如研究振动时，出示振动的事例，如敲击后的鼓膜、飞行中蜜蜂的翅膀、气垫导轨上的弹簧振子运动等，通过讨论可以归纳出共同的特征，一是存在平衡位置，二是受

8、到指向平衡位置的力的作用。差异法，如在定义电场时，用试探电荷的受力来进行定义；有电场时，试探电荷受电场力，没有电场时试探电荷不受电场力的作用。用试探电荷是否受力研究电场是否存在。共变法，在定性或定量研究两个物理量之间的关系时，运用共变法获得。比如动能、动量、冲量、功、安培力等，这些物理量与多个因素有定量的关系，可以使用控制变量的方法分别研究这种关系。 2、类比策略：类比教学中要对类比目标概念与“源”概念的各种现象、事实、研究方法、表达式、本质属性、适用范围等全面比较，通过展开类比引发思维飞跃和知识迁移，实现对新概念的理解。在教学中，对电场强度、磁感应强度、电容、电阻的概念，通过相互类比构建。考

9、察这几个概念，共同特征是属性由本身所决定，需要选择一个能反映某种性质的检验实体来研究，反映特征属性的两个物理量均可测，两个物理量的比值是一个定值，都用比值定义法写出概念的表达式。当然磁感应强度的教学更多的是用电场强度做类比，因为它们都是反映场的性质，电容概念更多地用电阻类比，它们反映电子器件的本领。3、理想化策略：建立理想模型教学中，要以真实模型为基础，根据实际情况和具体需求，忽略非本质因素的影响，放大本质因素构建理想化模型。比如单摆、自由落体运动等，展示实际模型，细线下端悬挂一个小球，静止释放的物体在稀薄空气中的运动，要忽略次要因素，比如单摆中细线的质量和形变量及小球的体积，自由落体运动中空

10、气阻力的影响，其后再进行抽象演绎构建概念。4、实验探究策略：实验探究式概念教学的基本流程是创设实验情景，引发学生质疑，分析现象隐含的道理，促进概念的建立。比如在“涡流”概念教学中，教师可以设计这样的情景，用细线悬挂小磁铁分别在铜板上方和塑料板上方摆动，学生发现在铜板上方摆动时，小磁铁摆动时间短，较快停下。如果将小磁铁换成普通的铁块，则没有上述现象。通过讨论，学生认为小磁铁在铜板上方摆动时，损失的机械能有一部分转化为电能，由此推断铜板中有电流的存在。教师再演示电磁炉的工作原理，证实学生的猜测，学生能很直观地构建“涡流”这一概念。5、物理学史介绍策略：物理学史介绍的教学流程是旧概念的困难假说的提出

11、假说的验证，教学中要讲清楚困难的原因和假说提出与验证的过程，带领学生遵循物理学史方法建立概念。比如从卢瑟福的原子核式结构模型到玻尔模型，要讲清楚原子核式结构存在困难的原因，即高速运动的核外电子会向外辐射能量，导致电子的轨道半径变小，而且原子发出的光谱是明线光谱而非连续光谱。玻尔基于这方面考虑，提出原子的定态理论、轨道理论、跃迁理论，并成功地解释了氢光谱。（三）基于问题解决的概念应用概念教学不能仅仅满足于学生理解概念的要求，更要达到能够应用新概念解决学生面临的问题，还可以用来解释和预测其他现象的目标，体现新概念的实效性和价值。实际生活问题的解决过程包含这样的流程：从实际问题中提取信息、排除次要因

12、素，确立理想化的研究对象和物理场景，应用所学的物理知识，寻找物理对象在变化过程中满足的定量和定性的规律，直至解决问题。比如在学习“合运动”和“分运动”概念后，教师可以设计这样的问题解决情景：小船渡河，水流速度为v1，船在静水中的速度v2，河宽为d，在以下四种情景中研究船的运动情况：一是要使渡河时间最短；二是v1 v2，船的航程最短；四是v1 v2，避开渡口下游一定距离的瀑布。要解决这些问题，先要从题目中提取相关的信息，明确已知的信息和需要解决的问题，接着把船当成理想化的质点，画出运动的情景图，应用运动的合成与分解、分运动的独立性原理等物理知识寻找定量的关系，辅助运用三角函数、矢量三角形等知识解决问题。pisa测试让物理概念教学有了国际视野。借鉴pisa评价理念，立足于认知基础的概念引入，要针对学生的认知对概念进行分类，有针对性地修正或发展前概念；基于科学思维的概念建构中，归纳策略能从事例中抽象出物理概念的本质，类比策略可以建立物理概念与学生已有经验、方法的联系，理想化策略能放大概念的本质因素，实验探究策略能凸显物理概念所包含的关键属性，物理学史介绍策略能呈现物理学家理性追求的历程；基于问题解决的概念应用，让学生在运用物理概念解决实际问题中，体验概念的合理性和价值。本文对概念教学的研究，旨在为形成学生科学素养打下坚实基础。参考文献1理查德迈耶教育心理学