浅谈在物理教学过程中帮助学生树立科学概念的建议

赵硕

摘 要：如今，部分中学生认为中学物理所学的知识已经很多，感觉没有再学下去的必要，便对物理的学习丧失了兴趣，殊不知他们现阶段对一些科学概念的理解是不准确的，有的甚至是错误的。虽说物理的主干知识（如：力学、热学、光学、电磁学、原子物理学）在中学物理中都有涉及但是涉及的内容并不深，大部分学生对一些概念的理解并不是十分准确。研究物理教学从物质结构和经典物理与近代物理的时空观这两个方面入手，可以帮助学生树立正确的科学观念，对学生学习物理有重要意义。

关键词：物质结构；时空观；教学手段

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2017）19-0039-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.19.021

一、引言

（一）现存问题

在中学物理的学习中，有些学生感觉自己掌握的物理知识已经足够多，认为物理就是由这些知识（包括：力学、热学、光学、电磁学、原子物理学）构成，且在中学期间都已经学习过，也认为自己已经掌握，便对物理的学习丧失了兴趣，甚至还有人認为自己已经掌握了所有的物理知识，以后没有学习物理的必要。虽说在中学物理的课程当中，构成物理主要内容的力学、热学、光学、电磁学、原子物理学，学生都已经学习过，可是程度并不深，学生对这些内容的理解也很有限、对有些概念的理解也并不准确，这些现象均可说明他们对物理的了解欠深入，更不能说明他们已经掌握了所有的物理知识。

（二）研究意义

在中学物理教学中，通过相关教学手段的运用，教师帮助学生树立科学的概念来学习物理让学生自发的意识到在中学期间所学习的物理知识只是“冰山一角”甚至认为自己原先的一些时空观念是错误的，是本文的研究意义。

二、物质的结构

（一）中学生对物质结构的理解

从中学化学的角度来看物质结构，如：高中化学《物质与结构》一书，该书主要讲原子结构与性质，分子结构与性质，晶体结构与性质等。原子结构，化学键，分子结构，晶体的类型和性质及其关系这些知识与大学《结构化学》中的量子力学基础，原子结构，现代化学键理论，分子对称性，晶体学理论密切相关[1]。从此书的内容当中我们不难发现从化学角度出发研究的物质结构，它研究物质的最小单元就是原子，最大单元也只是晶体！那么比原子更小的物质单元还有吗？比晶体更大的物质单元存在吗？这就是我们物理所要研究的内容。

在中学物理的原子物理部分当中，讲了两章关于原子物理的内容。第一章，我们了解到19世纪末，科学家发现到原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。20世纪初卢瑟福让我们知道了原子的核式结构，在之后的几年，我们又发现氢原子光谱，以及之后波尔理论的提出让我们知道电子环绕原子核运动时，只有满足一定条件时，运动才是稳定的，这个稳定性条件为量子化条件，它告诉我们电子围绕原子核运动时角动量只能取约化普朗克常量的整数倍，阐明了氢原子模型理论，可是波尔的理论只能适用于氢原子。第二章，我们知道原子核是由质子和中子组成的，了解到原子核可以裂变和聚变同时放出大量能量。从物理和化学的角度上看，我们中学生对物质结构的了解仅此而已。

（二）微观世界中的物质结构

上一节我们了解到中学生从中学物理和化学的角度上对物质结构有了一些认识，基于中学生的心理特征有些同学感觉自己知道的已经很多，而且原子物理是高三最后一本物理书所提到的内容，标志着中学物理课程的结束，这或许更加加深了他们这样的想法，殊不知这只是万丈高楼的一部分，他们对微观世界的认识还远远不够。如：电子是靠什么作用绕原子核旋转？是不是每种微观粒子的结合，都是通过某种相互作用来实现的？这些相互作用都有什么特点和性质？质子和中子是不可再分的粒子吗？还存在哪些微观粒子？这些粒子是如何分类的等问题都是我们中学物理没有向学生介绍的，是大多部分学生不了解的，那么如何让学生知道他们自己现掌握的知识只是“冰山一角”，帮助他们树立科学的微粒观具有重要意义。

（三）树立正确的微粒观

我认为用讲授法以及给学生播放一些相关视频，培养学生的物质微粒观，可以让学生自己了解到对于微观世界的认识还有哪些需要探索的地方。山西师范大学梁永平教授提出了物质微粒性的四个要点，分别是物质的微粒性要点包括：（1） 物质是由肉眼看不见的微粒构成的； （2） 微粒总是在不断地运动的； （3）微粒间有一定的间隔； （4） 微粒间存在着相互作用。梁永平在《化学教育》2003 年第 6 期《微粒作用观的科学学习价值及其科学建构》一文中，在对微粒观内容阐述的基础上提出了微粒作用观，他认为，物质的微粒性认识和微观角度的核心是理解微粒作用观。其基本要义是： （1） 不同层次的微粒本身是有结构的，微粒结构就是内部微粒间作用的结果；（2） 微粒之间存在着作用；（3） 物质变化是“强”作用代替“弱”作用[2]。我认为从物理的角度上说，中学阶段微粒作用观的发展阶梯及理解要点分为了四个层次，我们要引导学生从这四个层次出发帮助学生树立自己的微粒观。（1）让学生知道在熟悉的事物当中还存在不熟悉的一面；不熟悉的事物也存在着学生熟悉的一面。（2）微观世界的一些特殊性质。（3）原子的结构。（4）原子核的了解。这四个层次体现了学生对物质的认识由低到高的发展路径，也体现了微粒观水平由低到高的发展过程。让学生树立好这种观念，认识到物质结构的学习是从这四个层次出发，不同学习阶段，对每一层知识的介绍和理解不同，所包含的内容的深度也不同，从而把这几个层次作为对物质结构学习的框架，建立科学的微粒观。

三、时空观

（一）经典物理学的时空观和局限性

经典力学总结了低速物体的运动规律，它反映了牛顿的绝对时空观。绝对时空观认为时间和空间是两个独立的观念，彼此之间没有联系，分别具有绝对性。绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参照系的运动状态无关，同一物体在不同惯性参照系中观察到的运动学量（如坐标、速度）可通过伽利略变换而互相联系。这就是力学相对性原理。但随着科技的发展人们发现有些情况和经典物理相所说的理论相矛盾。如：19世纪末，以麦克斯韦方程组为核心的经典电磁理论的正确性已被大量实验所证实，但麦克斯韦方程组在经典力学的伽利略变换下不具有协变性。而经典力学中的相对性原理则要求一切物理规律在伽利略变换下都具有协变性等事例。人们开始对经典物理产生怀疑。

（二）狭义相对论的引入及它的时空观

为了克服经典物理学无法解释某些物理现象的困难，爱因斯坦提出了两条基本假设：（1）相对性原理。（2）真空光速恒定。基于这两条假设，爱因斯坦创立了狭义相对论。狭义相对论的时空观认为：空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。狭义相对论将真空中光速为常数作为基本假设，结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛仑兹变换。

（三）树立正确的时空观

我们不难发现上述两种时空观是不同的，相对论起初只是为了解释经典物理当时不能解决的问题而提出的，可是在之后几年的发展中，相对论却从根本上否定了经典物理。如 ：它认为经典物理时空观是错误的。经典物理只是相对论在宏观低速的情况下的“特殊形式”，进而又提出了一些有趣的思想和实验。那么如何让学生自发地意识到自己所掌握的知识还很有限，甚至是错误的是我们这节讨论的重点。中学生主要是学习经典物理的时空观上建立起来的物理概念以及概念之间所构成的物理关系。那么概念的树立是学好物理的关键所在，所以我们教育工作者要从科学概念树立的角度入手来做工作并做到以下几点（1）由于中学物理主要以经典物理为主要内容，且书本对相对论的介绍也有限，所以大部分学生对于它并不是很了解，首要我们要教授给学生相对论时空觀，让他们有一个感性的认识并产生好奇心理。（2）为了拓展他们的思维，我们要在相对论时空观的基础上对学生以前熟悉的部分物理概念进行修正。（3）利用“引导—发现”式教学，让学生利用相对论的时空观来理解以前学过的物理概念他们会发现什么，并把一些相对论的典型实验和结果告知学生或给学生看相关的科普视频帮助他们认识相对论。（4）好奇的学生会对刚才的实验结果产生疑问并向老师询问，这时我们老师要用学生能理解的知识向学生解释学生的疑问，并保留些“神秘色彩”。遵循这四点要求从而达到让学生树立科学的时空观且还可以让学生自发地意识到知识还有很多拓展的空间。

四、结语

树立科学的概念在中学物理教学中起着至关重要的作用，引导学生从根本上了解曾经学习过的物理知识，建立起新知识与旧知识，新观念与旧观念的桥梁，帮助他们树立科学观念是我们教育工作者要重视的问题。

参考文献：

[1] 周志波，吴革.中学化学《物质结构与性质》教学设计的分析[J].广州化工，2014（1）：164-166.

[2] 张伟.《物质结构与性质》教学中学生微粒观的培养研究[D].济南：山东师范大学，2014.