初中物理概念建立中科学方法教育的显化研究①

熊小青 邢红军

(首都师范大学物理系,北京 100048)

1 研究现状

物理概念是物理学最重要的基础,是物理知识教学的重要内容.在物理教学中,使学生正确、牢固地形成物理概念,具有非常重要的意义.

《中学物理教学概论》提出重点物理概念的教学要求中包含“明确建立概念的事实依据和研究方法”[1].之所以要在物理概念教学中明确研究方法(科学方法),是因为科学方法作为物理认识活动的中介,是连接物理现象与物理知识的纽带.在物理概念教学中则表现为科学方法是连接物理现象与物理概念的纽带.根据物理学知能结构图,如图1[2]所示.

物理概念的获得过程为:物理现象→科学方法→物理概念.按照此路径,学生只有掌握了科学方法,才能更快捷地获取物理概念,深刻地理解物理概念.因此,必须在物理概念教学中显化建立概念的科学方法.

2 初中物理概念建立中重要科学方法教育内容的确定

在初中物理概念教学中显化科学方法,必须明确科学方法的内容.《中学物理教学概论》提出建立物理概念常用的方法有:(1)分析概括一类事物共同本质特征(本质属性);(2)把物质、运动的某种属性隔离出来,得到表征物质或运动的某种性质的物理量,如密度、速度比热容等;(3)用理想化方法进行科学抽象.[1]该书提出的建立物理概念的科学方法不够清晰.表现在两方面:第一,提出的科学方法只有思维方法,没有物理方法.如(1)其实是分析和概括的思维方法,(3)其实是抽象的思维方法.第二,提出的科学方法较模糊.如(2)不能明确指出具体的思维方法.新近研究提出了初中物理涉及的主要科学方法及其出现的频次.如表1所示.[3]

分析表1可知,初中物理中建立概念的重要科学方法有:直接定义法、比值定义法和乘积定义法,在初中物理概念教学中,应着重显化这些科学方法.

表1

初中物理中一些基本物理概念(如长度、时间、质量等共25个)是用直接定义法定义的.一般,利用直接定义法建立的物理概念是形成一般物理概念的前提和基础.

比值定义法是运用两个或多个物理量的比值定义一个新的物理量.如密度、速度、压强、功率、电阻等概念均由比值定义法定义.

乘积定义法是用两个或几个物理量的乘积来反映物理世界某一新属性的物理量.如功、电功、焦耳热等概念均由乘积定义法定义.

教师应在物理概念教学中恰当显化这些科学方法,促进学生对物理概念的理解,提高学生获取物理概念的能力.

3 初中物理概念教学中显化科学方法的教学建议

3.1 明确直接定义法的分类,根据分类确定物理概念教学中科学方法的重点

一般认为,直接定义法分为操作定义法和人为规定法.

操作定义法:当给一个物理量规定了一套测量程序,并给它规定一种标准单位,我们就说定义了该物理量.利用操作定义法定义的物理概念有:长度、时间、质量、温度等.利用操作定义法定义的物理概念教学中,应强调学生熟练的掌握单位换算,掌握仪器的正确使用方法和测量的具体操作方法.

人为规定法:在经验事实或观察实验的基础上,人们根据需要确定概念的方法.这种确定要符合实际,要能自洽于某一理论体系,同时要尽量简单,在可能的情况下,还要照顾人们的习惯.利用人为规定法定义的物理概念有:弹力、摩擦力、电荷、机械运动等.利用人为规定法定义的物理概念教学中,应多利用演示实验和学生积累的生活经验丰富学生对物理概念的感性认识,从众多司空见惯的事物和熟悉的经验中抽象概括出正确的物理概念.

3.2 显化比值定义法的本质,按照比值定义法的逻辑组织安排教学进程

通常,人们在研究物理问题时,会遇见这样的情况,某两个或几个量在一定条件下成正比,其比值是一个常量,这个常量正好反应了事物的某种属性,因此,就用这个比值可以定义出描写事物本质属性的一类概念.这种观点忽视了比值定义法运用中的关键问题即比值定义法的本质——为什么要用两个(或几个)物理量的相比定义一个新的物理量.在不明确这个关键问题的情况下,引导学生直接求比值,这样的物理教学缺乏其内在逻辑性.因此,必须在利用比值定义法建立的物理概念教学中,揭示这个关键性问题,并且按照比值定义法的逻辑,组织安排教学进程.

比值定义法的本质就是比较,而比较的关键是选取相同的标准.利用两个或几个物理量相比,就是在选取相同标准,使比较的结果有意义.例如密度可设计为:首先,类比生活中的例子,提出并强调比较要选取相同的标准;其次,引导学生探究不同质量的同一物质,选取相同的标准(体积)时会如何.引导学生得出结论,然后运用比值定义法定义密度的概念;最后,让学生练习测量不同物质的密度,比较各种物质密度的大小,深化学生理解密度的内涵与外延.

3.3 显化乘积定义法的内涵,促进学生对物理概念的理解

功是物理学最重要的物理概念,功概念的形成是一个逐步深化的过程,鉴于初中生知识储备有限,初中物理没有也不可能给出功的确切定义(功是能量转换的量度).只能通过乘积定义法利用功的计算式定义功——在物理学中,把力和在力的方向上移动的距离的乘积叫做功.因此,教师应在初中功概念教学中,显化乘积定义法的本质,促进学生对功概念的理解.

乘积定义法的本质是累积,累积要求相乘的两个或几个因素缺一不可,否则累积量为零.例如,功就是力在力方向移动距离上的累积,两者缺一不可,否则没有做功.因此,在功概念教学中必须强调:物理学中的做功,必须要满足两个必要条件:一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上通过一段距离.只有满足这两个条件,我们才说力对物体做功.

1 阎金铎,田世昆.中学物理教学概论.北京:高等教育出版社,2003.97-98

2 邢红军.论中学物理教学中的科学方法教育.中国教育学刊,2005,(8):34

3 付洪艳,邢红军.初中物理科学方法教育教学研究.大学物理(教育专刊),2010(2):62