新课程理念下的中学物理概念教学

葛德成

新课改倡导自主、合作、探究的学习方式,本文从教育心理学角度并结合新课程理念,对物理概念教学进行理性的思考,从五个教学视角对物理概念教学进行了论述.

一、提出物理概念

问题与疑问是探究的起点,也是探究教学的一个基本特征. 开展物理探究教学,必须创设物理问题情境,让学生在物理情境中不断发现问题.

1. 创设情境,提出概念

创设问题情境,提供一定的刺激模式,能拨动学生的心弦,拨正思维歧途,师生进入“积极思维的王国”,为学生自主探究学习营造环境. 在创设问题情境的过程中,要注意考虑所创设问题的适时性、针对性和启发性,同时要兼顾问题本身的性质和学生的接受能力、思维特点,并适时启发、点拨. 例如,在“自感”一节课的引入时,我们设计一个“触电”实验,用4~6伏直流电源与自感线圈(日光灯镇流器中的线圈)串联,电路中留一个缺口,缺口两端削去绝缘体,裸露金属体. 演示时,让一位学生上讲台,当用两手握住裸体导线的两端时,学生因“触电”而全身抖动一下,引起全班同学兴趣. 这个实验虽然简单,演示却非常成功,完全吸引了学生. 接着,教师围绕实验提出系列问题,让学生探究和讨论:(1)高压是哪里产生的?(2)高压何时产生?(3)为何会产生高压?(4)何处电流发生变化?在热烈愉快的讨论中提出自感的课题. 这样可以起到课亦始趣亦生的效果. 通过感知熟悉的物理现象而提出问题,可以激发学生的思维,使学生带着浓厚的求知欲望学习新知识,这样既创设了良好的课堂气氛,又为新概念学习打下良好的基础.

2. 打破平衡,提出概念

当学生求知心理达到平衡时,往往需要教师创设探究情境去打破学生的心里平衡,从而激发思维,其过程是:创设不协调→探究→发现→解决问题(达到第二次平衡). 从认识论的角度来看,只有不断地打破学生原有的认识结构,使他们的思维远离平衡状态,才能有效地调动起学习新课题的积极性. 为此,我们可以运用实验手段,将新旧知识的矛盾,尖锐地摆在学生面前,使他们的思维处在激烈的不平衡状态之中,从而带着要解决问题的迫切心情投入学习. 例如,用伏安法测电阻,学生在初中就学习过原理,也做过实验,然而高中对此课题的教学要求已经提高,要讨论安培表内接和外接时两种电路的误差情况. 但是,面对这两种电路,学生开始的反应是淡漠的,因为他们原有的认识图式中,这两种电路是等价的,所以他们的思维处于平衡状态之中. 为了能使学习引向深入,我们可以通过演示实验来激化矛盾,打破平衡,采用大型示教电表,分别以两种电路去测量同一只大电阻的阻值,两次测出的数据是5.2千欧和2.0千欧;然后又去测量同一只小电阻,测出的数据是5.0欧和2.0欧. 悬殊的测量结果,造成了一种外来的强刺激,学生的思维被迅速地激发起来,从而促使他们积极主动地参与新课题的学习.

二、揭示先验概念

学生从自身的实践中形成了对各种事物的看法,并养成了独有的思维方法,用以理解与解释日常生活中的各种现象,学生的这些想法与思维方式称为先验概念. 如学生通过对众多日常现象的观察思考,把力和速度联系在一起,他们认为物体受力才有速度,不受力就没有速度,这种错误的观念就是先验概念. 实践发现,由于先验概念由来已久,根深蒂固,因此,在概念教学时,我们要让学生自行探究,搜集事实,参加实战,亲自观察实验与操作,揭示先验概念,确立科学观点.

1. 显性先验概念

所谓显性先验概念指教师凭自己学习过程的回忆、物理学史的学习、教学信息反馈和教学经验的积累,可以判断学生头脑中存在的先验概念. 如力是物体运动的原因、自由下落物体重力大的物体落得快等,都可以认为是显性先验概念.

针对这类先验概念,教师在备课中要有的放矢地设计实验或案例,要求学生进行探究,从而使学生清楚地了解到他们的想法的缺陷与不足之处,或者根据学生的先验概念,因势利导,借题发挥,将错误引向绝路,以达到借错求正的目的,这称为概念冲突. 现以“自由落体运动”一节教学为例. 我们知道与本节知识有关的先验概念是“物体下落快慢是由它们的重力决定的,物体越重,下落越快. ”针对学生的错误观点,我们可以从理论和实验两方面让学生展开探究.

先进行理论探究,若将轻物与重物缚在一起,让其下落,那么与原物相比,是下落得更快些还是慢些?学生进行探究后产生两种观点:一种认为因重物被轻物拖住了,所以缚在一起比原重物慢些;另一种认为应比原重物快些,因两物连在一起比原重物更重了. 显然两者针锋相对,通过讨论认识到“重物比轻物下落得快”是错误的. 但学生的疑惑可能仍未消去,因为生活中的确看到铁块比羽毛下落得快,那么可进一步用实验进行探究.

【探究1】取外形相同的两只球,一只是钢球,另一只是铝球,让铝球超前钢球0.5米、0.25米……重复实验,通过探究学生得出,欲使两球同时落地,两球必须从同一高度同时释放.

【探究2】取两张完全相同的纸,其中的一张捏成团,从同一高度同时释放,探究发现等重的两张纸,并不是同时落地,探究讨论后学生自然明白,这是空气阻力的影响,这从反面作了论证.

【探究3】用毛细管实验探究,进一步说明在管中空气被抽去后,重力不同的物体下落的快慢相同.自由落体运动的错误观点,从亚里士多德到伽利略持续了近2000年,学生在一堂课内解决是一件不容易的事,只有从多侧面进行探究,才能消除原来的先验概念,确立科学观点.

2. 隐性先验概念

先验概念的形成的原因很多,可能来自直觉或生活经验,也可能来自各种传播媒介(电影、电视、书籍). 因此,教师在备课中,很难全面把握学生可能存在的先验概念. 像这种教师预先不能把握而学生头脑中确实存在的先验概念,我们称为隐性先验概念.

由于这类先验概念是隐蔽的,教师必须善于创造一种课堂气氛,使学生积极参与教学活动,让学生的思维得到充分暴露,即把问题揭示出来,与科学知识形成鲜明对照,加以清除. 例如“大气压”教学,可设计如下探究过程来揭示先验概念.

【探究1】取废弃易拉罐,装上少许水,在酒精灯或电炉上缓慢加热至沸腾,随后迅速倒置在预先准备好的一只装水的玻璃器皿里,瞬间易拉罐“咔嚓”一声压瘪了,声形俱全,揭示了大气压的威力,让学生展开探究讨论. 有学生认为是水的压力造成的,对于这个明显的错误,该如何处理呢?我们先给予肯定:“有一定道理,水对浸在它里面的物体确实有压强.” 那么,我们看到的现象是水的压强产生的吗?还是让我们通过实验探究来回答问题吧!

【探究2】重做实验,但是水未经加热,学生观察到易拉罐并未变瘪,从而排除了水的压强导致易拉罐变瘪的可能性,指出水在其中仅起媒介作用. 采取上述教法的用意在于:其一,充分揭示学生头脑里的先验概念;其二,通过学生亲自探究把先验概念转变成科学观点;其三,在实现转变过程中,情感是一个十分重要的因素.

三、注重表象活动

从生动的直观到抽象的思维,并从抽象思维到实践,是教学基本的认识过程. 从感知过渡到思维的中间环节是表象,教学的目的之一,就是要引导学生自觉地进行表象活动,以促成形象思维向抽象思维的顺利转化.

表象活动是物理教学认识过程中的一个重要环节. 常见的教学过程大都是按照这样的程序进行:感知—抽象—概念—应用. 这里明显地缺乏自觉表象活动的安排,这是传统教学方法重视知识本身而忽视获取知识过程的一种表现. 如果我们在教学过程中划分出表象活动阶段,即按照这样的程序:感知—表象—抽象—概念—应用. 现以“机械波”教学为例,其概念形成的心理过程如下。

四、控制操作程序

在概念教学过程中,不仅要使学生掌握概念本身,而且要形成良好的认识技能和策略. 我们可以用控制操作程序的方法,来培养学生掌握概念的操作技能,使学生掌握学习物理概念的方法. 现以功的概念教学为例.

我们知道,物理学中做功有两个必要因素:一是施力物体;二是物体在力的方向上发生的位移. 为了有利于学生掌握功的概念,可以设计如下归入概念的动作程序:(1)认清第一个标志——施力物体;(2)确定对象中有无第一个标志;(3)记录获得的结果;(4)检查结果的正确性.依次用同样的方法检验有没有第二个标志,物体在力的方向上发生位移.

归入概念的逻辑规则是:(1)如果对象中所有的必要标志都具备,就可以把它归入概念;(2)如果缺少某个标志就不能归入概念;(3)如果对象中有一个标志不清楚,其他标志都具备,不能归入概念.

学生按照规定的动作程序进行分析,把每一步的动作结果均记在纸上,再把记录结果与逻辑规则相比较,作出是否可以纳入概念的结论,学生边说边操作.

通过对典型实际问题的分析,熟悉了归入概念的步骤,即从哪里下手,通过怎样的动作,怎样检查正误,能否归入概念;通过操作,对概念本身的内涵从各个侧面加以理解和认识,不仅记住了概念的文字叙述,而且对概念有比较形象而具体的印象,这些印象可以成为思维的依据.

控制操作程序法的优点在于:

(1)古人云:“授人以鱼,供一饭之需,教人以渔,则终身受用无穷. ”由于教给学生一定的操作程序和逻辑规则,加速了掌握的速度,并能有效地迁移到不同领域概念的学习中去.

(2)提高了动作的合理性和掌握的自觉性,使学生对自己的认知活动产生正确的认识,进行有效的监控和有步骤的检验.

(3)加里培林认为,动作有实物的、出声言语和内部言语的三种水平,逾越任一阶段都会给掌握过程带来困难. 概念的控制程序法符合人的认识过程的心理规律,因此,它能够提高认知技能.

五、构建立体结构

物理概念的教学单凭反复强调效果不佳. 如果安排一个适应学生心理规律的动态教学结构,就能较好地突破这个难点. 以电动势为例. 我们在电动势观念建立后设计如下两个动态层次,来构建电动势的立体结构.

【层次1】设计横向联系探究. 其探究过程是:(1)引导学生对E=U内+U外的探究,若方程两边同乘q,可以得到qE=qU内+qU外,该表达式左边是电源提供的能量,右边反应了内外电路消耗的能量. 因此,E=U内+U外实质上是电路中的能量守恒表达式,这样,学生从能的转化的角度去理解电动势的内涵;(2)电动势又是与电势、电势差有关的量,它必然是电势、电势差教学循环动态结构中的一环;(3)电动势作为电路里维持电流的条件,是一个与电路问题有关的量.因此,把它作为电路教学这一循环动态结构中的一个重要环节,从电路的角度去理解其内涵和外延. 电动势的概念是三个循环结构的交点,这样,使学生从多个侧面去探讨电动势概念的内涵和外延,有助于全面、深刻地理解概念,同时,也深化了与之相关概念的理解,一举多得.

【层次2】 通过实验探究,让学生们在操作中分析、理解和应用电动势的概念. (1)测电源的电动势和内阻,通过具体测出一个电源的电动势的数值,增加具体形象的感受,在实际的连电路、测数据的过程中,加深对全电路的认识,加深对电动势与路端电压的联系与区别; (2)改装伏特表的实验,通过用半偏法测电表内阻的过程,使学生对电动势在电路问题中的灵活运用得到了强化; (3)测电源的输出功率,可以强化从能的角度对电动势的理解和运用.

学生在这样的立体结构学习过程中,从多个侧面,不同的层次,在分析具体的物理过程中探讨电动势概念的意义和作用.构建的物理概念不再是孤立的死概念,而是整体物理结构中多个网络系统的交汇点. ■