論文：高中物理概念教學(xué)對策

1、高中物理概念教學(xué)對策【摘要】當(dāng)前高中物理概念教學(xué)中存在忽視前概念的深遠(yuǎn)影響，忽視概念轉(zhuǎn)變中滲透科學(xué)方法，忽視概念在解決物理問題上的應(yīng)用。本文借鑒pisa評價理念，根據(jù)物理概念轉(zhuǎn)變模型，提出基于認(rèn)知基礎(chǔ)的概念引入、基于科學(xué)思維的概念建構(gòu)和基于問題解決的概念應(yīng)用的教學(xué)對策?！娟P(guān)鍵詞】 pisa評價理念 物理概念 教學(xué)對策pisa是學(xué)生能力國際評價的英文縮寫，pisa測試關(guān)于科學(xué)概念評估的要求是，學(xué)生能理解科學(xué)概念，能運(yùn)用這些概念解釋自然現(xiàn)象，解決現(xiàn)實(shí)生活中的科學(xué)問題。借鑒這種評價理念，物理概念教學(xué)應(yīng)關(guān)注學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)，滲透科學(xué)方法，注重解決實(shí)際問題。一、物理概念教學(xué)中存在的問題物理概念教學(xué)常存在以下

2、三個問題：一是忽視前概念的深遠(yuǎn)影響，導(dǎo)致正確的前概念沒有得到應(yīng)有的發(fā)展，錯誤的前概念不能得到有效修正，新知識不能恰當(dāng)?shù)卣雽W(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)；二是忽視概念轉(zhuǎn)變中滲透科學(xué)方法，富有活力的概念內(nèi)涵被符號所淹沒，學(xué)生學(xué)習(xí)中積累大量的零散“碎片”無法有效融合和科學(xué)化；三是忽視概念在解決物理問題上的應(yīng)用，運(yùn)用科學(xué)方法解決問題的能力得不到的效的提升，缺失在解決問題過程中體驗(yàn)知識的價值。二、pisa評價理念下的物理概念轉(zhuǎn)變模型有效實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變的步驟是：一是識別異常情況，二是建構(gòu)新概念，三是應(yīng)用新概念1。概念教學(xué)中的“問題情景設(shè)計”和“學(xué)生活動設(shè)計”應(yīng)圍繞以下四個方面展開：一是學(xué)生必須對現(xiàn)有概念產(chǎn)生不滿，即認(rèn)識到需

3、要發(fā)展或需要修正；二是新概念必須是可理解的，即學(xué)生能懂得新概念的物理內(nèi)涵；三是新概念必須是合理的，即新概念與學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)、信念和直覺具有一致性；四新概念必須是有效的，即能夠解決面臨的問題，可以用來解釋和預(yù)測物理現(xiàn)象2。三、pisa評價理念下的物理概念轉(zhuǎn)變對策有效的概念轉(zhuǎn)變策略應(yīng)包含三個環(huán)節(jié)：一是基于認(rèn)知基礎(chǔ)的概念引入，二是基于科學(xué)思維的概念建構(gòu)，三是基于問題解決的概念應(yīng)用。（一）基于認(rèn)知基礎(chǔ)的概念引入：研究領(lǐng)域在學(xué)生前概念存在的普遍性，前概念的頑固性，以及學(xué)習(xí)和教學(xué)都必須以學(xué)習(xí)者的前概念為出發(fā)點(diǎn)等觀點(diǎn)上基本達(dá)成了共識3。從認(rèn)知基礎(chǔ)的角度，物理概念可分為三類：一是有前概念且前概念基本正確；二是有前

4、概念但前概念基本是錯誤的；三是基本上沒有前概念。1、對于有基本正確的前概念，比如力、質(zhì)量、速度、靜電感應(yīng)等。教學(xué)中可以采用“預(yù)測解釋發(fā)展”的形式促進(jìn)其發(fā)展，教學(xué)的核心是利用和發(fā)展學(xué)生的觀點(diǎn)。通過傾聽學(xué)生預(yù)測、解釋，了解學(xué)生的原認(rèn)知，再把需要發(fā)展的信息以問題情景的方式呈現(xiàn)，讓學(xué)生認(rèn)識到原有認(rèn)知還不足以對問題的解釋提供充分的證據(jù)，有發(fā)展原認(rèn)知的需求。在“靜電感應(yīng)”的概念教學(xué)中，讓學(xué)生預(yù)測帶電的玻璃棒靠近驗(yàn)電器，驗(yàn)電器的金屬箔片是否會張開。由于學(xué)生有“接觸帶電”和“帶電體周圍存在電場”的前概念，結(jié)論不一。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，金屬箔片會張開。引導(dǎo)學(xué)生從電場驅(qū)動金屬導(dǎo)體內(nèi)的自由電子定向移動對現(xiàn)象進(jìn)行解釋。隨后，教

5、師提出“用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來，再用帶電玻璃棒靠近驗(yàn)電器，此時金屬箔片是否會張開”，學(xué)生一致認(rèn)為金屬網(wǎng)有“空隙”無法“遮住”電場進(jìn)入，金屬箔片會張開。演示結(jié)果是金屬箔片沒有張開，這樣的問題情景能驅(qū)動他們對靜電感應(yīng)的本質(zhì)屬性進(jìn)一步理解的需求。2、對于前概念是錯誤的，比如加速度、失重、作用力與反作用力、合力與分力等，教學(xué)中可以采用“認(rèn)知沖突”的形式，讓錯誤認(rèn)知與問題的情景產(chǎn)生沖突，對原有概念產(chǎn)生不滿，驅(qū)動其改變4。在進(jìn)行“力的分解”教學(xué)中，學(xué)生的前概念中認(rèn)為“合力”比“分力”大。為此，設(shè)置如下課堂活動：一根長繩中間掛一重物，能否將繩子拉直？大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為重物的質(zhì)量不大，拉直繩子應(yīng)該沒有問題。讓二位

6、同學(xué)使勁地往兩邊拉，結(jié)果是不管如何用力，繩子總是拉不直。通過觀察學(xué)生認(rèn)識到原本“無需懷疑”的想法受到挑戰(zhàn)，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，有重新審視原認(rèn)知的動力。3、對于沒有“前概念”的，比如洛侖茲力、自感、電動勢、電磁波等。第一種類型的概念，比如洛侖茲力、自感等，可以通過實(shí)驗(yàn)，突顯概念所包含的關(guān)鍵屬性，為學(xué)生提供具體的認(rèn)知基礎(chǔ)。在“自感”教學(xué)中，可以利用一節(jié)干電池、日光燈的鎮(zhèn)流器、電鍵組成閉合回路，讓學(xué)生兩手分別接觸鎮(zhèn)流器兩端的金屬導(dǎo)線，在斷電瞬間，學(xué)生驚奇地體驗(yàn)到“觸電”。第二種類型概念，比如電動勢、電磁波等概念，這些概念比較抽象難有定性的認(rèn)識，可以采用“類比”或“分層整合”的方式為概念提供認(rèn)知基礎(chǔ)。比如電

7、動勢，可以用二臺抽水機(jī)提升水位來類比兩個極板附近電勢的提升。比如電磁波，可以從具體的水波到抽象的聲波再到更抽象的電磁波，分層整合來幫助學(xué)生理解。（二）基于科學(xué)思維的概念建構(gòu)學(xué)生在通過觀察、實(shí)驗(yàn)獲取必要的認(rèn)知后，運(yùn)用比較、分析、綜合等科學(xué)思維方法對認(rèn)知進(jìn)行加工和抽象，實(shí)現(xiàn)新概念的建構(gòu)。1、歸納策略：歸納式教學(xué)要求教師呈現(xiàn)可以歸納出本質(zhì)特征的物理事例，然后通過分析、比較，認(rèn)識這些事物的特征，再歸納事例的本質(zhì)特征。 歸納常用求同、差異、共變等方法。求同法，如研究振動時，出示振動的事例，如敲擊后的鼓膜、飛行中蜜蜂的翅膀、氣墊導(dǎo)軌上的彈簧振子運(yùn)動等，通過討論可以歸納出共同的特征，一是存在平衡位置，二是受

8、到指向平衡位置的力的作用。差異法，如在定義電場時，用試探電荷的受力來進(jìn)行定義；有電場時，試探電荷受電場力，沒有電場時試探電荷不受電場力的作用。用試探電荷是否受力研究電場是否存在。共變法，在定性或定量研究兩個物理量之間的關(guān)系時，運(yùn)用共變法獲得。比如動能、動量、沖量、功、安培力等，這些物理量與多個因素有定量的關(guān)系，可以使用控制變量的方法分別研究這種關(guān)系。 2、類比策略：類比教學(xué)中要對類比目標(biāo)概念與“源”概念的各種現(xiàn)象、事實(shí)、研究方法、表達(dá)式、本質(zhì)屬性、適用范圍等全面比較，通過展開類比引發(fā)思維飛躍和知識遷移，實(shí)現(xiàn)對新概念的理解。在教學(xué)中，對電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、電容、電阻的概念，通過相互類比構(gòu)建。考

9、察這幾個概念，共同特征是屬性由本身所決定，需要選擇一個能反映某種性質(zhì)的檢驗(yàn)實(shí)體來研究，反映特征屬性的兩個物理量均可測，兩個物理量的比值是一個定值，都用比值定義法寫出概念的表達(dá)式。當(dāng)然磁感應(yīng)強(qiáng)度的教學(xué)更多的是用電場強(qiáng)度做類比，因?yàn)樗鼈兌际欠从硤龅男再|(zhì)，電容概念更多地用電阻類比，它們反映電子器件的本領(lǐng)。3、理想化策略：建立理想模型教學(xué)中，要以真實(shí)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際情況和具體需求，忽略非本質(zhì)因素的影響，放大本質(zhì)因素構(gòu)建理想化模型。比如單擺、自由落體運(yùn)動等，展示實(shí)際模型，細(xì)線下端懸掛一個小球，靜止釋放的物體在稀薄空氣中的運(yùn)動，要忽略次要因素，比如單擺中細(xì)線的質(zhì)量和形變量及小球的體積，自由落體運(yùn)動中空

10、氣阻力的影響，其后再進(jìn)行抽象演繹構(gòu)建概念。4、實(shí)驗(yàn)探究策略：實(shí)驗(yàn)探究式概念教學(xué)的基本流程是創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情景，引發(fā)學(xué)生質(zhì)疑，分析現(xiàn)象隱含的道理，促進(jìn)概念的建立。比如在“渦流”概念教學(xué)中，教師可以設(shè)計這樣的情景，用細(xì)線懸掛小磁鐵分別在銅板上方和塑料板上方擺動，學(xué)生發(fā)現(xiàn)在銅板上方擺動時，小磁鐵擺動時間短，較快停下。如果將小磁鐵換成普通的鐵塊，則沒有上述現(xiàn)象。通過討論，學(xué)生認(rèn)為小磁鐵在銅板上方擺動時，損失的機(jī)械能有一部分轉(zhuǎn)化為電能，由此推斷銅板中有電流的存在。教師再演示電磁爐的工作原理，證實(shí)學(xué)生的猜測，學(xué)生能很直觀地構(gòu)建“渦流”這一概念。5、物理學(xué)史介紹策略：物理學(xué)史介紹的教學(xué)流程是舊概念的困難假說的提出

11、假說的驗(yàn)證，教學(xué)中要講清楚困難的原因和假說提出與驗(yàn)證的過程，帶領(lǐng)學(xué)生遵循物理學(xué)史方法建立概念。比如從盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型到玻爾模型，要講清楚原子核式結(jié)構(gòu)存在困難的原因，即高速運(yùn)動的核外電子會向外輻射能量，導(dǎo)致電子的軌道半徑變小，而且原子發(fā)出的光譜是明線光譜而非連續(xù)光譜。玻爾基于這方面考慮，提出原子的定態(tài)理論、軌道理論、躍遷理論，并成功地解釋了氫光譜。（三）基于問題解決的概念應(yīng)用概念教學(xué)不能僅僅滿足于學(xué)生理解概念的要求，更要達(dá)到能夠應(yīng)用新概念解決學(xué)生面臨的問題，還可以用來解釋和預(yù)測其他現(xiàn)象的目標(biāo)，體現(xiàn)新概念的實(shí)效性和價值。實(shí)際生活問題的解決過程包含這樣的流程：從實(shí)際問題中提取信息、排除次要因

12、素，確立理想化的研究對象和物理場景，應(yīng)用所學(xué)的物理知識，尋找物理對象在變化過程中滿足的定量和定性的規(guī)律，直至解決問題。比如在學(xué)習(xí)“合運(yùn)動”和“分運(yùn)動”概念后，教師可以設(shè)計這樣的問題解決情景：小船渡河，水流速度為v1，船在靜水中的速度v2，河寬為d，在以下四種情景中研究船的運(yùn)動情況：一是要使渡河時間最短；二是v1 v2，船的航程最短；四是v1 v2，避開渡口下游一定距離的瀑布。要解決這些問題，先要從題目中提取相關(guān)的信息，明確已知的信息和需要解決的問題，接著把船當(dāng)成理想化的質(zhì)點(diǎn)，畫出運(yùn)動的情景圖，應(yīng)用運(yùn)動的合成與分解、分運(yùn)動的獨(dú)立性原理等物理知識尋找定量的關(guān)系，輔助運(yùn)用三角函數(shù)、矢量三角形等知識解決問題。pisa測試讓物理概念教學(xué)有了國際視野。借鑒pisa評價理念，立足于認(rèn)知基礎(chǔ)的概念引入，要針對學(xué)生的認(rèn)知對概念進(jìn)行分類，有針對性地修正或發(fā)展前概念；基于科學(xué)思維的概念建構(gòu)中，歸納策略能從事例中抽象出物理概念的本質(zhì)，類比策略可以建立物理概念與學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)、方法的聯(lián)系，理想化策略能放大概念的本質(zhì)因素，實(shí)驗(yàn)探究策略能凸顯物理概念所包含的關(guān)鍵屬性，物理學(xué)史介紹策略能呈現(xiàn)物理學(xué)家理性追求的歷程；基于問題解決的概念應(yīng)用，讓學(xué)生在運(yùn)用物理概念解決實(shí)際問題中，體驗(yàn)概念的合理性和價值。本文對概念教學(xué)的研究，旨在為形成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)打下堅實(shí)基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1理查德邁耶教育心理學(xué)