物理知识的教与学

1、第二章第二章物理知识的物理知识的教与学心理研究教与学心理研究 教育学对知识的定义：“对事物属性与联系的认识。表现为对事物的知觉、表象、概念、法则等心理形式。” 现代认知心理学对知识的定义：“主体与其环境相互作用而获得的信息及其组织，储存于个体内，即为个体知识，储存于个体之外，乃是人类知识”。第一节：中学生物理学习心理第一节：中学生物理学习心理一、初、高中学生物理学习的心理特点一、初、高中学生物理学习的心理特点 1 1、初中学生物理学习的心理特点、初中学生物理学习的心理特点 （1 1）、学习的直接兴趣）、学习的直接兴趣 初中学生学习物理的兴趣主要是直接兴趣。对演示实验呈现较强烈的直接初中学生学习

2、物理的兴趣主要是直接兴趣。对演示实验呈现较强烈的直接兴趣，特别对课堂教学中成功而有趣味的实验表现出较自觉的注意，能有意识地兴趣，特别对课堂教学中成功而有趣味的实验表现出较自觉的注意，能有意识地将注意力聚焦在演示现象上。初中生还具有较强烈的操作欲望，尽管他们的操作将注意力聚焦在演示现象上。初中生还具有较强烈的操作欲望，尽管他们的操作动作还很不协调，五官协同配合能力上待提高，但大多数初中生有跃跃欲试的操动作还很不协调，五官协同配合能力上待提高，但大多数初中生有跃跃欲试的操作欲望。作欲望。 （2 2）、思维的特征）、思维的特征 初中学生的物理思维基本上还处于具体运算阶段和前运算阶段。思维往往初中学生

3、的物理思维基本上还处于具体运算阶段和前运算阶段。思维往往具有片面、肤浅和动摇的特征。具有片面、肤浅和动摇的特征。 片面性：不能全面考虑问题，如片面性：不能全面考虑问题，如在空气中飞行的炮弹受重力和向前的冲力在空气中飞行的炮弹受重力和向前的冲力作用。作用。 肤浅性：由于认知水平的限制，思维往往离不开具体事物的支持。肤浅性：由于认知水平的限制，思维往往离不开具体事物的支持。 动摇性：要注意形象思维特点，特别要注重准备而鲜明的物理表象的建立动摇性：要注意形象思维特点，特别要注重准备而鲜明的物理表象的建立以及物理表象的丰富和储藏，要加强教学的直观性和形象性；要培养正确的学习以及物理表象的丰富和储藏，要

4、加强教学的直观性和形象性；要培养正确的学习习惯，训练他们对演示实验的观察陈述，物理语言的使用力争准确而规范，有意习惯，训练他们对演示实验的观察陈述，物理语言的使用力争准确而规范，有意识地培养他们对实验的口头和书面描述能力；还要注意控制学生的情绪，保持课识地培养他们对实验的口头和书面描述能力；还要注意控制学生的情绪，保持课堂气氛活跃而不混乱。堂气氛活跃而不混乱。2、高中生物理学习的心理特点 （1）学习兴趣与目标联系 学习兴趣更加集中，直接兴趣与间接兴趣同时起作用，其最大特点是兴趣与目标开始有了联系，因而动机、兴趣趋于稳定。 （2）思维特征 从具体运算向形式运算过渡。 高中学生在物理学习中心理上有

5、“失落感”。被心理学家称为“心理断乳期”。 高中学生的思维还具有独立性和批判性。 他们的抽象思维和概念思维能力开始加强，因而教学中不应该只强调直观和形象，而是要多挖掘教学的智力因素。特别是对教学中出现的现象和教师的解释，他们有时会出现自觉的讨论、相互的争论，有时甚至互不相让。对这种思维的独立性和批判性，教师要有意识地加以利用和引导。另外，高中学生中会出现团伙的兴趣小组，对物理问题展开讨论，有利于思维能力的提高。二、国内外中学生物理认知水平的研究 1965年，国外出现了用集体笔试学生运算模式的方法。这种测验要求的不是测验知识，而是测验学生的运算模式。 1975年，罗厄尔（J.A.Rowell）和

6、霍夫曼（P.J.Hoffman）提出了另一种集体测试形式。他们给每个被试者准备一份测试小册子、一套有关的实验仪器设备和实验指导说明。 1978年，美国著名理科教育学安东劳森（Anton.E.Lawson）选择了一套较完整的、能测试各种基本运算模式的测试题，并进行了规模较大的对比实验。劳森将被试者分为三种类型，即形式运算型，过渡（或中间）运算型和具体运算型。他发现，在513名被试者的集体测试中，大多数形式运算型可答对全部15道测试题中的1215题，大多数过渡型可答对611题，而大多数具体运算型只答对15题。 在物理学习中表现有何不同呢？美国理科教育学发现，不同类型的学生在物理学习中的表现有明显的

7、区别，包括：（1）用概念、规律解释现象的能力不同；（2）设计实验的能力不同；（3）简化假设的能力不同；（4）用数学分析物理现象的能力不同。乔际平等在首都师范大学采用知识优先等价排除法，对269名学生进行了能力测试，能力级别分布如图3-1所示。图3-1 能力级别分布北京师范大学的段金梅等人则利用教材对学生思维水平的要求与学生成绩相比较，以教材对学生的要求当做评价的标准，把教材的要求用5个思维等级表示，如图。可以看出，我国中学生的物理思维水平与教材要求相比，是普遍偏低的。三、中学生物理学习中的性别差异1、男、女生在智力因素上的差异 感知觉方面记忆力方面 注意力方面 思维品质方面 操作能力方面 三、

8、中学生物理学习中的性别差异1、男、女生在智力因素上的差异 感知觉方面记忆力方面 注意力方面 思维品质方面 操作能力方面 三、中学生物理学习中的性别差异1、男、女生在智力因素上的差异 感知觉方面记忆力方面 注意力方面 思维品质方面 操作能力方面 女生的感觉性较高，触觉、嗅觉较敏感，听觉能力较强。 男生则视觉能力较强，在接受外来信息时，男性发达的视觉通道大大弥补了其他通道之不足。由于具有较强的视觉空间能力，男生分析物体运动等空间表象能力优于女生。三、中学生物理学习中的性别差异1、男、女生在智力因素上的差异 感知觉方面记忆力方面 注意力方面 思维品质方面 操作能力方面 女生一般偏重于机械记忆和形象记

9、忆，记忆面较广，量较大，短时记忆较优，但因此也影响了长期记忆的效果。她们在复述物理概念、规律时，习惯于用课本的语句逐字逐句背诵，而不甚理解其物理意义。 男生则倾向于理解记忆和抽象记忆，在广度上虽不如女生，但比较深入，记住的信息能保持比较长的时间。三、中学生物理学习中的性别差异1、男、女生在智力因素上的差异 感知觉方面记忆力方面 注意力方面 思维品质方面 操作能力方面 女生的注意力多定向于人，对人际关系很敏感，并在这种关系发生变化时很快地顺应，所以她们听讲时容易受到教师情感的影响，主动与教师配合。 男生的注意力多定向于物，并且喜欢探究物理内部的奥秘，但注意的稳定性稍差，上课时易分心。三、中学生物

10、理学习中的性别差异1、男、女生在智力因素上的差异 感知觉方面记忆力方面 注意力方面 思维品质方面 操作能力方面 两性差异最明显。 女生偏向于形象思维类型，主要依靠表象间的类比和联想，富于想象力，但思维的灵活性不够，理解力较差。 男生偏向于抽象思维类型，主要依靠概念进行判断和推理，有较强的演绎、归纳能力，思维灵活性较好，理解能力较强。 在思维方式方面，女生倾向于模仿，处理问题时注意部分与细节，但对全局与各部分之间的关系把握较差。男生独立思考较多，分析综合能力较优，处理问题时较为重视全局与各部分之间的联系，但对细节注意不够。三、中学生物理学习中的性别差异1、男、女生在智力因素上的差异 感知觉方面记

11、忆力方面 注意力方面 思维品质方面 操作能力方面 男生倾向于“物体定向”，从小爱摆弄物体，男孩的玩具多是车辆、武器、各种工具等，并喜欢对之进行拆卸、安装，以至改建。所以，男生在物理学习中有较强的动手能力，乐于自己设计实验，进行探索，有较高的创造性。 女生由于倾向于“人物定向”，女孩喜欢的玩具多是布娃娃之类，对无生命的物体不大感兴趣，也很少愿意对之进行探究。所以，女生的动手能力较差，在物理实验中，女生较适应规定了步骤地验证性实验。由于女生有较强的感受性，她们在实验中观察较仔细认真，数据记录较准确。 2、男、女生在非智力因素上的差异 （1）、兴趣方面的差异 女孩对一件东西，往往不关心其结构，只根据

12、玩具的原有用途玩。 男孩把玩具出人意料地改作别用，或出于“研究”的兴趣而把玩具拆开。 女生在物理学习的兴趣及兴趣的水平方面不如男生。在兴趣的倾向性方面男生明显爱好科学，喜欢各种科学书报，积极参加课外科技活动。女生则多半对小说、电影、音乐、舞蹈感兴趣。 （2）、性格特征方面的差异 两性形成了不同的社会分工，从而赋予各种不同的性别角色规范。 男、女从幼儿起，社会、家庭就用传统的性别角色规范对其施加影响。 上一代人活动的性别倾向性也直接影响着下一代人。男孩模仿父亲，女孩与母亲接触较多。 女生害羞、胆怯、爱面子，不喜欢讨论争议。 男生则敢想好问，很少考虑“面子”问题，热心于讨论问题，敢于发表自己的见解

13、。 总起来说，女生在纪律性、勤奋、认真、细致、踏实等性格特征方面优于男生；而在坚持性、顽强性、自制力、情绪稳定性、自信心、独立性等性格特征方面不如男生。第二节：物理概念的教与学概念是反映客观事物本质属性的一种抽象。某一物理概念，就是某一类物理事物、现象的本质属性在人的头脑中的反映，它是在大量观察、实验，获得感觉、知觉，形成观念的基础上，通过分析、比较、综合、归纳、想象，区别出个别与一般、现象与本质，把一些事物的本质的、共同的特征集中起来加以概括而建立的，一切概念都有通过词语来表现，定义是对概念内涵（物理含义）的揭示，条件是对概念外延（适用范围）的限制。一、前物理观念的研究1什么是前物理概念学生

14、在接受物理学教育之前，通过自己的体验、体验与思考，对各种物理现象与物理过程的理解和认识，叫做前物理观念。前物理观念有些是正确的，它有助于学生在物理学习中形成概念和掌握规律，是学生进行物理学习的基础。但是，前物理观念毕竟是生活经验，是在观察和思考的基础上自发形成的，没有经过严密的科学分析和实验证明。所以，前物理概念多数是肤浅、很模糊的，带有片面性，有的甚至是错误的。因此，这就形成了前物理观念与掌握物理知识之间的矛盾，而这种矛盾正是学生进行物理学习这一心理活动发展的重要原因。1、先入为主的日常生活经验 2、知识的负迁移 3、旧有概念的局限4、词语带来的曲解 5、进行不当的类比 6、不正确的课外渠道

15、 2物理学习中前概念产生的心理途径 二、物理概念的特点1物理概念是观察、实验与科学思维的产物2物理概念具有量的含义，可以用数学和测量联系起来3物理概念中的物理量，还具有各自的特征（1）物理量按描述对象的功能可分为： A、状态量。B、过程量。C、特性量。（2）物理量按能否参与叠加运算，可分为： A、可加量，又称为广延量。B、不可加量，也称强度量。（3）物理量按描写对象与参照物的关系，可分为： A、相对量。B、绝对量。（4）物理量按国际单位制又可分为： A、基本物理量。B、导出物理量。1.认识领会阶段2.完善巩固阶段3.深化运用阶段三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概念的形成和一条规

16、律的掌握需要有一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。（1）动机激发（2）全面感知（3）思维加工 学生初步形成概念。首先，要求学生知道这些知识本身是什么，记住并能够说出知识的要点、大意，在有关情况下能识别它们。其次，要求学生明确这些知识的物理意义，知道他们的来龙去脉，并能回答出为什么。 1.认识领会阶段2.完善巩固阶段3.深化运用阶段三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概念的形成和一条规律的掌握需要有一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概念的形成和一条规律的掌

17、握需要有一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。1.认识领会阶段2.完善巩固阶段3.深化运用阶段 学生初步形成概念。首先，要求学生知道这些知识本身是什么，记住并能够说出知识的要点、大意，在有关情况下能识别它们。其次，要求学生明确这些知识的物理意义，知道他们的来龙去脉，并能回答出为什么。 （1）动机激发（2）全面感知（3）思维加工三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概念的形成和一条规律的掌握需要有一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。1.认识领会阶段2.完善巩固阶段3.深化运用阶段三、中学生形成物理概念的心理过

18、程 一个完整的物理概念的形成和一条规律的掌握需要有一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。感觉是直接作用于感觉器官的事物的个别属性在人脑中的反映；知觉是直接作用于感觉器官的事物的整体属性在人脑中的反映。感觉和知觉同属于认识过程的感性阶段，是对事物的直接反映，是学生形成概念的基础。三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概念的形成和一条规律的掌握需要有一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。1.认识领会阶段2.完善巩固阶段3.深化运用阶段三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概念的形成和一条规律的掌握需要有

19、一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。1.认识领会阶段2.完善巩固阶段3.深化运用阶段三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概念的形成和一条规律的掌握需要有一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。 学生初步形成概念。首先，要求学生知道这些知识本身是什么，记住并能够说出知识的要点、大意，在有关情况下能识别它们。其次，要求学生明确这些知识的物理意义，知道他们的来龙去脉，并能回答出为什么。 1.认识领会阶段2.完善巩固阶段3.深化运用阶段三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概念的形成和一条规律的掌握需要有

20、一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。（1）动机激发（2）全面感知（3）思维加工 学生初步形成概念。首先，要求学生知道这些知识本身是什么，记住并能够说出知识的要点、大意，在有关情况下能识别它们。其次，要求学生明确这些知识的物理意义，知道他们的来龙去脉，并能回答出为什么。 1.认识领会阶段2.完善巩固阶段3.深化运用阶段三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概念的形成和一条规律的掌握需要有一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。（1）动机激发（2）全面感知（3）思维加工 学生初步形成概念。首先，要求学生知道这些知

21、识本身是什么，记住并能够说出知识的要点、大意，在有关情况下能识别它们。其次，要求学生明确这些知识的物理意义，知道他们的来龙去脉，并能回答出为什么。 1.认识领会阶段2.完善巩固阶段3.深化运用阶段三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概念的形成和一条规律的掌握需要有一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。（1）动机激发（2）全面感知（3）思维加工 学生初步形成概念。首先，要求学生知道这些知识本身是什么，记住并能够说出知识的要点、大意，在有关情况下能识别它们。其次，要求学生明确这些知识的物理意义，知道他们的来龙去脉，并能回答出为什么。 1.认识领会阶

22、段2.完善巩固阶段3.深化运用阶段三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概念的形成和一条规律的掌握需要有一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。 运用比较、分析、综合、判断、推理、想象等方法，抓住事物的本质特征以及事物间的联系和制约关系。在这个加工过程中，常要使用物理学的理想化模型、理想化过程以及等效的方法，使认识达到理性的飞跃。 要揭示事物的本质属性和内在规律，还需要抽象和概括过程，用文字或数学形式将概念和规律加以表述，得出概念的意义的数学表达式。 1.认识领会阶段2.完善巩固阶段3.深化运用阶段三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概

23、念的形成和一条规律的掌握需要有一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。 定义往往是仅从某个主要方面来揭示概念的内涵和外延，除此之外，概念还有其他侧面的表现。只有掌握了概念的各个主要侧面，对概念的认识才比较完善。 完善过程又必须在应用概念和规律去解决具体物理问题的实践中去完成。 选择问题必须典型和灵活。1.认识领会阶段2.完善巩固阶段3.深化运用阶段三、中学生形成物理概念的心理过程 一个完整的物理概念的形成和一条规律的掌握需要有一个过程。是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。 概念不是孤立的，它是由概念的定义、意义、测量、运算等构成

24、的整体，概念与概念之间、概念与规律之间都存在着一定的联系，从而形成一个相互联系的概念结构。 物理概念学习的实质是要在学生头脑中建立正确的物理概念图式。四、中学生物理概念学习的心理障碍 1、感性认识不足 2、思维方法不当 3、思维定势的消极影响 思维定势是人们在思维中普遍存在的一种心理现象，它是指人们按照某种固定的思路和模式去考虑问题，表现为思维的倾向性和专注性。在学习概念的过程中，思维定势既具有积极的意义，又具有消极的影响。积极的思维定势是指人们把自己头脑中已有的思维模式恰当地运用到新的情境中去，用于学习和理解新的知识，解决新的问题。消极的思维定势是指人们把自己头脑中已有的、习惯化了的思维方式

25、不恰当地运用到新的情境中去，不善于变换思考问题的角度。消极的思维定势是学生学习概念的主要障碍之一。 4、相关概念的干扰 相关概念干扰的表现之一：常常不能区分相邻、相近的概念。 相关概念干扰的表现之二：前概念的干扰。五、高中生物理概念的发展研究廖敦利采用调查问卷和测试卷的方法对某重点高中的学生学习物理概念的发展情况进行了研究。1、高中学生物理概念水平发展的总体研究年 级高一高二高三总 分 70.13 72.64 78.97高中学生物理概念水平发展趋势图年级高三高二高一Mean 总分80787674727068高中生物理概念水平随着年级的增长呈上升趋势，且高三相对于高二比高二相对于高一上升得快。通

26、过比较各年级物理概念水平的分布情况发现：高二的离散程度最大，高三的离散程度最小。2高中学生对物理概念理解水平的发展研究测试卷的选择题大部分选自著名的美国的FCI试题和考试的传统题目。 年 级高一高二高三选 择 题 50.96 53.6758.13高中生物理概念选择题得分发展趋势图年级高三高二高一Mean 选择题分605856545250 通过上图可以看出，随着年级的增加，高中学生对力概念的理解越来越好，其发展趋势符合前面的总体发展趋势，只是更接近于线性发展。3 3高中学生物理概念运用能力的发展研究高中学生物理概念运用能力的发展研究考察学生利用力的概念解决一些简单的物理问题。 年 级高一高二高三

27、填 空 题 10.60 10.77 12.67高中生物理概念填空题得分发展趋势图年级高三高二高一Mean 填空题分12.512.011.511.010.5随着年级的增长，高中学生利用物理概念解决一些物理实际问题的能力有所提高，且高三提高得较快。4 4 高中学生受力分析水平的发展研究高中学生受力分析水平的发展研究年 级高一高二高三受力分析8.578.218.57 高中生物理概念受力分析发展趋势图年级高三高二高一Mean 受力分析8.68.58.48.38.28.1高一的学生正在学习力学，对受力分析比较重视，而高二的学生学的是电学，相对来说比较疏忽，高三的学生又复习了力学了，所以分数也比较高。六、

28、物理概念的教学策略1直观引入所谓直观引入原则，就是概念教学中的引入环节的例证，应尽可能利用演示实验中的现象、生活中的前科学概念、教材中已涉及的物理现象、新鲜而准确的个别表象等来唤起学生的回忆和想象。2丰富物理表象的贮藏表象可以加工、改造，也可以调节和操作。（1）物理表象是知觉物理客体的基础，因而丰富物理表象就是增加感知量，也就是增加物理事实的知觉。（2）丰富物理思维的原材料。物理思维可以用概念作为材料，也可以用物理表象作为材料，因而物理表象丰富了思维的原材料。（3）提供想象的素材。物理世界的一部分物理现象往往不能直接感知，只能依靠教师、同学，或教材的口头、文字以及视听描述，产生新的形象即想象性

29、表象。（4）为创造新的物理形象提供了可能。3认知的自觉内化4必须坚持纠正学生头脑中的前科学概念第三节：物理规律的教与学 一、物理规律的定义 物理规律（包括物理定律、定理、原则、法则、公式等）反映了物理现象、物理过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律。它反映了运动变化的各个因素之间的本质联系，揭露了事物本质属性之间的内在联系。在一定意义上说，物理规律反映了在一定条件下某些物理量间存在的、必然的联系。 二、物理规律的特点 1、物理规律与其他规律一样，只能发现，不能创造 （1）、实验归纳法 （2）、理论演绎法 2、物理规律是某些物理概念之间的必然联系 3、物理规律具有近似性和局限性三、学生掌握物

30、理规律的认知过程 学生形成物理概念与掌握物理规律之间存在着不可分割的、辩证的关系。一方面，形成物理概念是掌握物理规律的基础；另一方面，掌握物理规律又可以使学生从物质运动的变化之中，从物理现象的联系之中去进一步理解物理概念。因此。两者是相辅相成、相互促进的关系。 1必要的感性认识是形成概念、掌握规律的基础 在物理学习中，使学生对所学的物理问题获得生动具体的感性认识，是学生形成概念、掌握规律的基础。 首先，感性认识是学生进行思维加工形成概念和掌握规律的原料。 其次，必要的感性认识还可以转化为学生学习概念和掌握规律的动机。 2由感性上升到理性，是形成概念、掌握规律的关键 在形成概念、掌握规律的过程中

31、，正确地进行科学抽象，由感性上升到理性，是一个关键环节。 3明确概念和规律的物理意义，是形成概念、掌握规律的根本 学生对有关物理问题的感性材料进行抽象思维，并得出结论后，一般来说，他们对有关概念和规律的理解往往仍然是表面的、片面的，有时候甚至是错误的。为此，在教学过程中教师要通过多种途径和方法，强化概念和规律，使学生着重理解所学概念和规律的物理意义。形成物理概念的几条主要标准：(1)明白为什么要引入这个概念，它反映了客观事物的哪些属性。(2)能说出这个概念是如何定义的。(3)对于物理量，要记住它的单位，知道该单位是如何规定的，并对单位的大小形成具体的观念。 (4)对于有定义式的物理量，要记住它的定义式。需要特别注意的是，许多定义式并不表示物理量之间的函数关系 (5)要明确概念的适用范围。 (6)要弄清一些容易混淆的物理概念之间的区别和联系。 (7)能运用物理概念解释或解决有关问题。掌握物理规律的几条主要标准：（1）知道物理规律是怎样得来的。（2）记住物理规律的文字叙述及数学表达式。（3）对物理公式，一要明确公式中每个字母所代表的物理量及采用的单位，二要明确整个公式的物理含义。（4）要抓住表述规律的