高中物理教学如何帮助学生构建物理概念和规律

高中物理教学如何帮助学生构建物理概念和规律宾阳县高级中学陆锡杰物理概念和物理规律在高中物理学习中处于核心地位，对物理概念和规律的理解决定了学生的学习效果，它们是中学物理入门的第一步。如果把中学物理这门科学比作高楼大厦，那么物理概念和物理规律就是构成这座大厦的砖石和钢筋框架。教学实践表明，学生在物理学习上出现的问题大多来源于物理概念不清，由于对概念理解不透、混淆不清，就很难了解各公式、各定律的内在联系和深刻含义，对所学物理知识必然难以收到“举一反三、触类旁通、融会贯通”的成效。那么怎样才能使学生们透彻理解物理概念和规律，并运用到实际中去？下面我谈谈我的感受。一、学生在学习物理概念和规律中存在的不足1．只背公式或只从数学角度理解物理公式，不理解其含义和条件如力学中，速度、平均速度、加速度的定义式，电学中有关电阻定义式R=U/I、这些公式都能计算相对应的物理量，但不能只从数学角度理解这些公式。讲解这些公式，我的看法是可以复习初中的密度公式，因为学生对物体的密度有比较好的感性认识，这时再教物理量的定义方法——比值法，学生就比较好接受。2．只记结论，不注意物理过程现举两道习题说明。例一：乒乓球以15m/s的速度水平飞向球拍，碰到球拍经0.1s后以8m/s的速度沿同一直线反弹回来，求乒乓球在与球拍碰撞过程中的平均加速度。刚进高一的同学在做这题时对0.1s的过程是理解不到位的，有的同学认为末速度为0m/s,有的同学认为末速度为8m/s，而少数知道-8m/s也是糊里糊涂对的。例二：关于物体的加速度，下例说法正确的是A.加速度越大，物体速度变化越快；B.加速度越大，物体速度变化越大；C.加速度越大，物体运动的越快；D.加速度为零时，物体的速度也为零。析：该题正确答案是A。在初学阶段，很容易选错。原因何在？老师引入加速度概念时，一般都要举出几个变速运动的例子，分析比较，最后强调了描述物体速度变化快慢，引入加速度。如果听课时注意这些就能弄清楚；之所以选错是忽略了引入过程。3．只重视物理，不重视用词语直接表达的概念中学物理课本中用语言直接表达的物理概念比物理量还要多，如质点和点电荷、重心、平动、转动、内能、理想气体等。这些概念不仅定义严谨，而且能与其他物理概念形成一个完整的系统。如果模糊不清，不但直接影响解答习题，而且对于学习新知识、对于系统掌握物理知识都造成障碍。比如在讲机械运动的定义时书上是这样说的：一个物体相对另一个物体位置的变化，而我们老师往往都简单带过，而不懂讲清一些问题，如果我们这样向学生设置一个问题：概念中一个物体是指什么？（研究对象）另一个物体又是指什么？（参照物）这样对概念的理解就比较深入。二、针对这些问题，老师在进行物理概念教学时，要从关键环节入手，分析认知概念的心理特点，探讨科学地进行概念教学的方法和途径。1、联系实际生活，创情境引入物理概念。例如：瞬时速度是学生难学的概念之一，按定义引入概念，高一学生感到很抽象。因此，教师在引导学生建立概念之前要善于提供丰富的感性材料，创设一个感知活动的场景，把新概念与学生已有的知识有机结合起来。根据学生已掌握了“时刻”“位置”“速度”“平均速度”等概念，可以设计以下问题让学生思考：一辆汽车上午8点从甲站出发开往乙站，8点半行驶到离甲站15km的丙地时，撞伤了一个骑自行车的人。交警通过测量后，对驾驶员说：“这条公路上汽车的时速限制为60km/h，你违章超速了。”驾驶员辩解说：“我的行驶速度是5.015tsvkm/h=30km/h，我的车没有超速。”这位驾驶员的理由是否正确、充分。大部分学生立刻指出：驾驶员说的是平均速度，汽车在途中行驶有快、有慢，撞自行车的时候就可能超速。教师点拨：由此可见，仅有“平均速度”还不能完全说明物体运动中的实际情况。为了表示物体在运动中某一时刻（或某一位置）的速度，我们需要引入一个新的概念——瞬时速度。这样引入很自然，同时把瞬时速度与平均速度区别了开来。2、用实验引入物理概念。对于一些学生通过感性材料不好理解的概念，利用实验则可以提供精心设计的、经过简化和纯化了的感性材料，它能使学生对物理事实获得明确、具体的认识。有了鲜明的感性材料后，当学生将自己原有的观点与事实进行比较时，必然会产生认知冲突。这是概念有效教学的起点，也是学生建构物理概念的起点。为了让学生主动进行比较、建构，直到揭示概念的本质属性，设计一个好的实验是基础。如“沸腾”烧开水是一种司空见惯的现象，可让同学说出定义很难，所以书上安排了《观察水的沸腾》实验，这节课我先引导学生观察：在整个过程中水温的变化情况，水中气泡的变化情况；沸腾之前水面呈什么形状，沸腾时水面又出现什么情况。由于观察目的明确，所以全部同学集中注意力，聚精会神盯着粗试管中正在吸热的水，时间一分一秒地过去，一个个气泡也跟着出现了，温度计的示数在徐徐上升，气泡上升，再上升，由小变大，到水面破裂，释放出“白气”这时水面翻动着水花，再观察温度计刚好指向100℃，同学松了一口气，水终于“沸腾”了，马上及时引导学生回答问题：沸腾时气泡变化的情况，说明汽化发生在哪些部位?沸腾之前与沸腾之时液面变化情况，说明沸腾这种现象是剧烈还是平和?由此总结得出沸腾的概念，沸腾是同时发生在液体表面和内部的剧烈的汽化现象。可见，在授课时精心设计一些学生在日常生活中常见的物理实验，通过循序渐进的教学活动，变“概念”为“实感”，对概念产生清晰的感知，深刻的理解。在讲授牛顿第一定律时，由于课本只是从理论(牛顿第一定律)上经过逻辑、分析、推理、引出了惯性的定义。学生往往还感到抽象，不好理解。此时，需要教师用饱满的激情，创设“问题情景”充分用文科的语言，加上丰富词汇，抑扬顿挫的语调，随时唤起学生的注意力。下面从实际的物理现象中体会惯性的含义，向学生演示生动、直观、惊险的“鸡蛋落水”实验，把验收放在盖有硬纸片的水杯上，让学生观察鸡蛋的运动状态(静止)，请学生猜一猜：当用手突然弹击硬纸片时，鸡蛋是随着纸片一起“飞”出?(语速慢些)还是“落”入杯中?(狡黠一笑)趁学生议论纷纷之时，说时迟，那时快，喊声“注意!”纸片随着手的弹出，鸡蛋已落入水杯中，学生瞪着眼睛，张着大嘴发出“啊”的惊叫，“哈哈，没想到吧!”难道是老师在变魔术?非也。(语调婉转)“这就是静止的鸡蛋有保持其运动状态不变的性质，即惯性。”3、进行比较与归纳，加强物理概念的教学（1）压力与重力的区别与联系。在讲解压力概念时，为了让学生把压力与重力区分开来，我采用了对比教学法。让学生认识到压力与重力是两种不同性质的力，压力不一定由物体的重力产生的，但将一个物体放在水平支撑面静止时，物体对支撑面的压力大小与物体重力的大小相等，讲解时通过画力的示意图举例说明。如：手用力往墙上按图钉，墙壁受图钉尖的压力，压力方向与墙面垂直。施力者是图钉，受力者是墙壁，与图钉受重力大小无关。还可用列表说明，如：以放置在斜面上的质量为m的木块对斜面产生的压力为例，说明这两个力的区别。施力物体受力物体力的作用点力的方向力的大小力的性质重力地球木块重心竖直向下mg引力压力木块斜面斜面垂直斜面向下弹小于mg力弹力因此，放在水平桌面上的物体，对桌面产生的压力的大小，等于物体本身重量大小的事实，仅说明压力在数值上等于物体的重力，方向相同，不能把它们混为一谈。弄清楚了压力与重力的区别后，在探究压力作用效果与哪些因素有关时，学生就不会猜想压力作用效果与重力有关，而会猜想与压力有关了。这样将物理量通过比较分析，讲深讲透，学生自然就可以突破难点了。（2）压强公式P=ρgh与P=F/S的关系学完了固体、液体、气体的压强之后，学生对于公式P=ρgh与P=F/S的应用经常会混淆，不理解各自的适用范围。所以跟学生分析它们之间的区别与联系，有助于学生对于公式与原理的理解，以便能正确的解决实际问题。①公式P=ρgh中的压强是液体由于自身重力产生的压强，它不包括液体受到的外加压强。因而此公式是液体压强公式。由公式可知，液体的内部压强只与液体的密度、液体的深度有关，而跟液体的体积、液体的质量无关。由于液体有流动性，能够传递压强，因而液体压强规律与固体压强不同，分析问题时必须考虑其各自的特殊入情入理。我们可采用列表对比、类比分析问题的研究方法，分析下面一下问题。引导学生学习对前后知识的联系、分析问题的方法。如将盛一定量液体的容器放置在水平桌面上，容器对桌面产生的压力、压强，与液体对容器底产生的压力、压强是否一定相等（容器重不计）。请看下表：由上表可知，求固体压力和压强时一般先求压力再求压强，而求液体压力和压强时，一般先求压强再求压力。懂得了这个求解顺序，再加上对公式意义的理解，以后碰到此类问题时，出错几率大大降低了。②公式P=ρgh的适用范围这个公式只适用于计算静止液体的压强，不适用于计算固体压强。尽管有时固体产生的压强恰好等于ρgh。例如，将一密度均匀的高为h的长方体或圆柱体铁块放在水平桌面上，桌面受到的压强为P=F/S=ρgV/S=ρghS/S=ρgh，但这只是一种特殊情况，不能由此认为固体由于自身所受策略而产生的对支撑物的压强都可以用p=ρgh来计算。③公式P=ρgh与P=F/S的关系公式P=F/S是压强的定义式，也是压强的决定式。无论是固体、液体或气体，它都是适用，是普遍用的公式。而P=ρgh是结合液体具体情况，利用P=F/S推导出来的，它只适用于计算液体的压强。能否用公式P=ρgh计算大气压强呢？由于液体很难被压缩，液体的体积不易改变，因而容器内的液体自上而下，其密度都是相同的。由于气体是可以被压缩的，气体的体积容易改变，一定质量的气体，当外加压强增大时，它的体积将缩小，气体密度要增大，所以，在大气层内不同高度的地方，空气的密度不一样，靠近地面的空气密度比较大，越高的地方空气的密度越小。由于大气层中空气的密度不均匀，因此不能用p=ρgh计算大气层中某一高度的大气压强。通过以上的分析与比较，学生对于固体、液体、气体的压强就有了深刻的理解，分析问题时就能依原理和公式来解决实际问题，同时也培养了学生学习物理知识的技能和方法。4、作概念图，建构网络根据人的记忆规嗄律，如果把所学的概念纳入一个网络，就不容易遗忘，而且在解决问题时也更容易快速检索出所需的概念。在概念网络中激活任意一个网点，都将引出相关的联想。概念图是表示概念和概念之间相互关系的空间网络结构图。概念图包括概念、分支和层次、概念间的连接线和连接语、例子等几部分。概念图的制作可以用纸和笔，还可用专门的绘图软件（如mindmanager）。虽然概念图的制作没有严格的程序规范，但要制作一个较完整的概念图，一般有以下几个步骤:⑴选取一个熟悉的知识领域，罗列出尽可能多的概念；⑵确定关键概念和概念等级；⑶初步拟定概念图的纵向分层和横向分支；⑷建立概念之间的连接，并在连线上用连接词标明两者之间的关系。学生刚刚接触概念图或者面对比较复杂的知识结构时，由教师制作出模版，学生按照模版完成内容。概念结构较简单的内容，由老师提供编有序号的一系列概念，让学生自己动手，根据自己对知识的理解构造概念图。画图时可以只写序号，基本完成后，再在序号后写上相应的概念。下图就是根据模版制作的一个关于电场的概念图。学生很容易学会概念图制作，也十分愿意接受。首先，它方式新颖，可以提高学生参与的兴趣，调动学生积极思考；其次，操作简单，容易成功，学生有成就感；另外，答案不唯一，学生可以从他人的概念图里发现自己没有想到的东西。通过制作概念图可以促使学生积极动手和思考，使他们能够从整体上掌握基本知识结构和各个知识间的关系；通过制作概念图，可促进新旧概念的整合，形成概念网络；随着知识的积累，网络的编织将更加完整。另外，概念图的形成是学生经历一次头脑风暴的过程。这既是原有思维的呈现，更是创造性思维的激发过程。当用概念图把知识展示出来时，知识结构会变得更加清晰，这时很容易产生新想法。概念图中的交叉连接需要横向思维，是发现和形成概念间新的关系、产生新知识的重要一环。例如上图中“简谐运动”与“匀速圆周运动”之间的联系就是学生在制作过程中产生的灵感。笔者认为课堂教学的重点应当