小议物理概念追根溯源式教学

朱泽舟

（浙江省诸暨市湄池中学）

摘 要：掌握一个概念，要求教师能对概念实施追根溯源式的教学，使学生对已有的概念与新概念之间形成联系，以达到掌握物理概念之教学。

关键词：概念实验化；概念问题化；概念生成化

学生形成物理概念，首先依赖于正确而鲜明的物理表象，表

象是感知向概念过渡的中间环节，这就是溯源。但是，物理表象和物理规律的本质属性、关键特征并不能为我们直接认识，往往需要依靠大量的感性经验和表象，从许多具体的属性和特征中抽取本质的、关键的属性和特征，这就是追根。在物理概念教学中注重追根溯源式的教学，可以更好地理解与掌握物理概念，符合新高考的教学理念。

一、物理概念教学的追根溯源之一：概念实验化

概念实验化就是用常见的、典型的物理实验阐述物理概念，

不断变更现象类型的操作。也就是说，每引入一个物理概念，应充分利用实验或学生生活积累的已有知识与经验，把物理概念建立在充实的实验意识基础上。

因此，教师要科学地设计一些多样化的实验活动，根据学生现有的知识体系，设计一些情境或者活动实验方案，通过学生的主动参与、积极参与、积极实践，引导学生“做中学”“用中学”，帮助学生构建起新的物理概念。

例如，有关“力的分解”概念的建立，为了让学生不断体验“一个已知力究竟应该怎样分解，要根据实际情况确定”，笔者设置了四个分组实验，引导学生进行“一个已知力究竟可以产生哪些作用效果”的分析以及应用力的分解知识怎样分解力，下面列举的是我在教学过程中所设计的其中两个实验。

[实验一]自制斜面。器材：一端带空的长方形铁皮一块、一辆小车、一根橡皮条。操作：长方形铁皮作为斜面，小车放在斜面上，橡皮条一端固定在小车上，另一端固定在长方形铁皮的小空中。

观察：斜面与橡皮条发生了形变。思考与讨论：小车在重力作用下，一方面有垂直压斜面的效果，另一方面有沿斜面下滑的效果。结论：在此的重力能产生两个力的作用效果。这就是“做中学”的教学效果。

[实验二]自制断线器。器材：一根纸条、一只钩码、两块带钩的磁铁（黑板是磁性的）。操作：黑板上方吸上两块带钩的磁铁，带钩处系上一根纸条的两头，纸条的下方挂上一只钩码，水平慢慢地移动一块带钩的磁铁。观察：突然，纸条断了（学生很有兴趣）。思考与讨论：纸条在钩码的拉力作用下，钩码两侧的纸条被拉紧最终断裂。结论：在此钩码的拉力能产生两个力的作用效果。这就是“用中学”的教学效果。

其实，本堂课我还设置了另外两个实验，分别让学生体验“做中学”与“用中学”，充分利用实验启智物理概念，这种效果是无法用语言替代的，实验是学物理的敲门砖，能激发学生学习物理的兴趣，更能让学生体验“实践是检验真理的唯一标准”的科学思想。教学实践表明：“概念实验化”教学得到了同行与学生的极大好评。

二、物理概念教学的追根溯源之二：概念问题化

概念问题化就是让学生在纷繁复杂的事物面前能够理出头绪，根据已有的知识体系，检索到相应的知识经验，并在条理化的基础上进行有目的的创造活动。教师巧妙的情境问题设置，常常会产生“一石激起千层浪”的效果，问题设计要做到三贴近“贴近学生、贴近生活、贴近实际”。

例如功的概念，为了使学生掌握它，笔者在教学中采用了学生对已有功的概念认知，让他们去感知与高中物理中功的概念之间形成的联系。

[原题]一个重量为10 N的物体置于倾角为30°的光滑斜面上静止开始下滑4 m，问下滑过程中重力做了多少功？

[分析]根据初中对功的概念的认知，功是由力和力的方向上的距离的乘积决定的。高中物理强调的是功由力和力的方向上的位移的乘积决定的，但要注重力与位移的矢量性。该题中，重力做的功由物体在竖直方向上的位移分量和重力的乘积来计算。即：

WG=G×sin30°×s=10×0.5×4 J=20 J

为了使学生对功的概念更好地理解和掌握，可再设置以下问题：

[问题一]一个重量为10 N的物体置于倾角为30°的粗糙斜面上静止开始下滑4 m，物体和斜面间的动摩擦因数μ=0.2，问

下滑过程中重力做了多少功？

[分析]此题将原题的光滑斜面改为粗糙斜面，增加了摩擦力，有一部分学生会对摩擦力在重力做的功的计算中起什么作用感到迷惑，对该题的分析可以使学生进一步理解功的概念。这里，对于重力做的功来说，和物体对斜面的正压力一样，摩擦力是一个无关因素。一个力做的功只跟这个力和这个力方向上的位移有关，而和其他力的存在无关。答案仍为20 J。

[问题二]一个重量为10 N的物体置于倾角为30°的粗糙斜面上，物体和斜面间的动摩擦因数μ=0.2，物体的初速度v0=2 m/s，从斜面顶端下滑4 m，问下滑过程中重力做了多少功？

[分析]答案仍为20 J。一部分学生可能对“物体有初速度，但仍不影响重力做的功”觉得不易理解。在这个变式中，正压力、摩擦力、初速度对于重力做的功来说都是无关因素。一个力对物体做的功，和物体的运动状态（匀速、加速、减速）无关。这就进一步突出了力和力的方向上的位移这两个有关因素，即功的概念的两个本质特征。

[问题三]一个重量为10 N的物体置于倾角为30°的粗糙斜面上，物体和斜面间的动摩擦因数μ=0.2，物体又受到一个水平的指向斜面的推力F=2 N，以初速度v0=2 m/s向下滑4 m，问下滑过程中重力做了多少功？

[分析]本题由于水平推力的作用，正压力和摩擦力都发生了变化。会不会影响重力做的功？如果对功的概念理解和掌握得较好，学生不难看出水平推力F不影响重力做功。学生可以很快判断答案仍是20 J。

通过以上答案相同的四个题目的溯源，学生可以体会到计算一个力做的功和其他力的大小以及存在与否是无关的，追根到功的概念，應该是由一个具体的力和力的方向上的位移的乘积决定的。另外，在四个小题中，重物下滑4 m所花的时间是不相等的，但不影响功的计算。可见，一个力做的功和它的运动状态并无直接关系。

这四个题目中，重力和位移这两个本质特征没有变化，而外力、正压力、摩擦力、初速度等四个非本质特征在各题中是变化的。通过这样的概念问题化的分析和讨论，学生对一个力做的功的概念会进一步加深理解与掌握。

三、物理概念教学的追根溯源之三：概念生成化

概念生成化就是从新概念形成的角度出发，要求教师在创设科学的、真实的情境中借助于大胆地提出猜想和解决问题的方

案，能够在解决问题的过程中整合新旧知识，让学生经历物理概念的建构过程。这也是一种追根溯源的教学手段。

例如，讲授“电场强度”概念时，笔者以学生的元认知为参考，创设了一个可以让学生与学生、教师与学生互动的平台或情境来建构物理概念的形成过程，从而达到概念的生成。

[教学片段]

师：万有引力这种作用力是通过什么起作用的？（多媒体展示万有引力情境）

生：物体与物体之间相互吸引而产生的。

师：物体间没有接触，凭什么产生呢？（让学生查阅教材，并展开讨论）

生：疑惑。（超距作用的观点，多数科学家难以接受）

师：库仑的平方反比定律好像表明，静电力像万有引力一样，也是一种超距力，这个力又是通过什么起作用的？（让学生查阅教材，并展开讨论）

有同学提出：电荷之间通过电场相互作用。

师：介绍法拉第提出的电场观点，后来近代物理学的理论和实验证实并且发展了法拉第的观点。并继续提出“物理学是怎样研究电场的？”（让学生查阅教材，并展开讨论）

生：电场明显的特征之一是对场中其他电荷具有作用力，因此在研究电场的性质时，可以从静电力入手。

师：如何研究源电荷某一点的电场？（让学生查阅教材，并展开讨论）

师：让学生分析教材的猜想和假设（但它的正确性有待实验的检验）。

生：源电荷某一点的电场是一个不变的量，F=Eq式中E是比例常数，与试探电荷q无关。

师：式中E是比例常数，物理学中叫它为什么？

生：电场强度。

师：当今有没有被实验证实？

生：有，但教材中没有具体阐述。

评析：电场强度是一个非常抽象的概念，学生对电场强度E的认识也是相当陌生的，尤其它的存在是看不见摸不着的。通过片段教学，引导学生从真实的历史情境出发，沿着电场强度这一概念构建的足迹去探究，经历了“提出问题、发现问题、分析问题、猜想问题、解决问题、检验问题、建立概念”的构建过程，从而使学生从疑惑到思考，从思考到研究，从研究到检验，从检验到建立，符合以核心素养为导向的教学。让学生感知、体验物理研究的科学方法，建立概念的纵横联系，有效地生成物理概念。这样就化抽象为具体，有助于学生分析归纳能力的提高，使学生更好地了解所要学习的概念，启发学生的思维，加深对学习概念的认知，更有利于学生创造性思维的调动。

因此，教师适时地应用概念生成化教学，使学生认识到概念的联系性，不但起到了后续理解并掌握物理概念的作用，而且还利用合理的科学方法认识了自然界的真谛，对学生以后自主探索自然科学有相当大的指导作用。

在教学过程中，学生往往会感到概念这部分内容的学习枯

燥、抽象、分散，对这部分内容的内涵难以掌握，难以形成一条清晰的思路。实际教学表明，物理概念追根溯源式的教学，是学习、教学和科学研究的重要方法之一，教师如能借助追根溯源式方法的讲解，则可以使枯燥的概念生动化、零乱的知识系统化、复杂的公式简洁化，使教学难点得以有效突破，达到举一反三、触类旁通的目的。

参考文献：

[1]薛义荣.创设 迁移 辨析：物理概念教学的有效策略[J].教学理论与实践，2012（17）：57.

[2]彭前程.积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理（高中版），2016：2.

[3]汪明.淺谈物理实验教学的实施策略[J].中学物理教学参考，2016（3）.

编辑 任 壮