运用思维可视突破初中物理概念的建构问题

张杰

摘   要：物理学科核心素养的第一条就是物理观念，要求学生具备物质观、运动和相互作用观以及能量观，而这些观念很多都是通过概念教学渗透进学生的必备品质和关键能力中。借助思维可视手段，以电功率的概念建构为例，紧扣课程标准，从核心素养的四个方面阐述如何突破初中物理的概念建构问题，从而寻求概念建构课的普遍模式。

关键词：核心素养;思维可视;概念建构

1  从课程标准看概念课

初中物理部分重要概念在课程标准的内容描述以及目标行为动词的界定[ 1 ]如表1所示。

从表中不难发现很多概念都处在认知性目标行为的最高级——理解层次，要求很高。而其他一些重要概念例如弹力、摩擦力、功、功率、机械效率虽然属于认知性目标行为中的认识或者了解范畴，但是这些概念在高中知识体系中占据举足轻重的作用，起着衔接初高中知识与思维的重要作用。所以初中物理概念课的重要性不言而喻。突破这些物理概念的抓手无疑就是两点：一是为什么要引入新概念，它的意义是什么？二是如何定义新概念，它的表达式是什么？

2  以“电功率”的概念建构为例

2.1  引入新概念

电功率的概念属于二级概念的范畴，所谓二级概念指的是跟它的前概念联系紧密，是前概念的进一步延伸，初中物理课程中的速度、功率、密度、压强等概念均属于此范畴。速度因为与生活实际密切相关，应用广泛，受前概念路程的影响较小，所以学生学习时障碍较小;而机械功率也是可以通过一些常见机械进行感知，电功率的概念是学生无法直接认识的，因此通过转换的思想认识它的存在以及研究的价值，是帮助学生掌握概念的首要前提。它是前概念电功的延伸，因此受电功的影响巨大，因此在引入时一定要从前概念电功入手，课标中也强调要“结合实例”理解电功和电功率，就是让教师从生活和生产实例出发，突破学生的认知障碍，让学生真切地感受电流做功和电功率的问题。所以教师可以从煎蛋问题、烧水问题出发，让学生谈感受和困惑，很多问题例如电流通过做功将电能转化为内能，导致蛋熟了、水开了，这些都跟电功有关，但是有些例如不同档位所花的时间又是不同的，而这个又是电功无法解释的。所以通过可视化手段[ 2 ]将看不见的现象看得见，看不见的思维显现化，使关键的物理概念和易错点受到深入分析、参与精细的联想和表象，从而产生较强的记忆痕迹，并可持续较长的时间，降低错误率;也促使学生通过发现学习的路径发现思维盲区和潜意识里的模糊概念[ 3 ]，引起学生深度学习的注意，真正提高学生的物理素养，并将这种思维模型迁移运用到学习和生活中去。

这时候教师就可以将这种定性的生活实例或实验抽象成更加严谨的定性甚至定量物理实验，借助家庭电路中不同功率灯泡的发光发热情况，配合电能表的示数让学生眼看、手摸、体会能量的转化。灯泡的温度越高，电能转化的内能越多，电流做功就越多，搭建学生的能量观念。另外，相同时间电流做功不同，这个现象除了物理量电功，还涉及到物理量时间，引出不同时间做相同的功的问题，所以，对于电流做功，除了数量问题，还有快慢问题！结合电表的度数，相同时间电流做功越多电表的圈数越多，说明做功越快，顺理成章地引入一个新的定义：电流做功的快慢——电功率，将基于生活经验形成的“费电省时”的口头概念用科学的思维方式对所观察的现象进行重新加工完成从日常概念向物理概念的转变。这就是一个从定性到定量、从感性到理性的认知过程，也是研究很多未知问题时用到的方法。经过深入的论证挖掘，学生这是有规律的，并且具有可预测性，更是给电流做功的快慢计算提供一种普适性的方法，有利于培养学生的证据意识。

整个过程中，学生受到教师的激发，进行发现学习[ 3 ]的线索如图1。

2.2  定义式的得出

初中阶段速度、压强、功率、密度这些二次概念的定义式都是通过比值定义法消除掉时间、面积、体积等物理量对路程、压力、功、质量的累积效果，取得单位时间、单位面积、单位体积上的数值，进行一个单位的物理量比对;所以从物理性质上看，这些定义式只能用来计算，被累积量和累积量并不能决定此物理量的大小。从电功率的定义不难看出，它就是表示电流做功的快慢，因此也可以运用比值法，求电功与时间之比，消除掉时间的累积影响，归纳总结，然后演绎出电功率的定义式，充分培养学生科学思维的内化迁移能力[ 4 ]。

思维可视图解如图2。

2.3  概念的理解及升华

生活中用电器的待机现象一直是被人们忽视的能源浪费问题，学完了电功率的概念和公式，可以通过计算求得浪费的电能，回归社会，引发学生的社会责任意识和担当。 假如家里的用电器每天的待机时间是20 h，待机功率如表2所示。

可以计算得出一天的耗电量

W=Pt=（0.66 W+1.05 W+0.6 W+0.6 W+1.2 W）×3600 s×20=295920 J=0.0822 kw·h

那么一年的耗电量大约为30 kw·h，而日常用电器远不止这些，试想全国浪费的电量又有多少呢？通过这种切实的计算，学生能够更深刻的感受能源浪费的可怕，进而呼吁随手拔掉电器的插头，节能减排，低碳生活。

3  从核心素养的几个方面谈电功率的概念建构

首先从物理观念上看，电功率主要涉及到能量观问题，引导孩子从能量转换的角度去看待电流做功、电功率这个概念，培养科学精神。

从科学思维上看主要涉及模型建构问题，通过实验引出前概念电功，发挥前概念的关联降阶作用，并且将新概念与前概念加以对比区分，电功表示电流做功的多少问题，而电功率则表示电流做功的快慢问题，是两个不同的概念范畴，加深概念的理解;运用类比法，通过对速度、密度、压强、机械功率的归纳，总结出比值定义法，类比发现电功率的问题也属于此类问题，因此可以得到电功率的计算式，充分发挥学科方法的关联渗透作用。

从科学探究上看践行了课程标准的理念：从生活走向物理，先从生活入手引出问题，然后设计科学实验论证归纳得出引入新概念的必要性，即电功率的意义。

最终落实到科学态度与社会责任问题，即从物理走向社会，增强学生的节电节能以及环保意识！理解科学、技术、社会、环境（STSE）四者的关系，真正让核心素养在课堂上落地开花！

初中物理概念的建构过程是切实提高学生核心素养的关键环节，是真正落实课程标准的必要步骤，在帮助学生建立完整的知识体系、引发学生物理的学习兴趣中起着举足轻重的作用，并且能够引导学生将物理思维品质贯彻到终身学习以及自主发展中，做适应社会发展需要的有更高追求的人。

参考文献：

[1] 王甦，汪安圣.认知心理学[M].北京：北京大学出版社，1992（2006.8重排）.

[2] 陈宗成.思维地图与初中物理概念生成的可视化表征[J].中学物理教与学，2015（3）.

[3] 施良方.学习论 [M].北京：人民教育出版社，2001.

[4] 陳宗成.初中物理概念建构思维可视化策略-以浮力概念的建构为例[J].教学与管理，2019（11）.