福建南平教材教法物理學(xué)科從概念的定義談概念教學(xué)

1、2013年福建南平教師招聘面試：教材教法：物理學(xué)科從概念的定義談概念教學(xué) 1 概念的心理構(gòu)成概念的構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，即為概念的結(jié)構(gòu)。關(guān)于概念的結(jié)構(gòu)，在心理學(xué)上有特征論和原型論兩種較有影響的學(xué)說(shuō)。特征論認(rèn)為，概念是由定義特征和概念規(guī)則構(gòu)成的，所謂定義特征是指概念的正例所具有的共同特征。概念的規(guī)則是指一些定義特征之間的關(guān)系或整合這些定義特征的規(guī)則，如肯定、否定、合取、析取等。根據(jù)概念的規(guī)則可以把概念分為肯定概念、否定概念、析取概念等。特征論能夠解釋具有明確定義特征的概念，而許多概念卻沒(méi)有明確的定義特征，如"工作"，很難給它下一個(gè)精確的定義，可是誰(shuí)都明白工作是什么，這是因 為

2、我們的大腦中有工作的原型。原型論認(rèn)為，概念是由原型和類別成員代表性的程度這兩個(gè)因素構(gòu)成的。原型是某一概念的最佳代表性實(shí)例，它使我們以最簡(jiǎn)潔的方 式迅速理解概念。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)人們聽(tīng)到一個(gè)概念時(shí)，在他們頭腦里出現(xiàn)的不是該范疇所有成員都具有的共同的特征，而是該范疇的原型或最佳實(shí)例。例如當(dāng)我們談 到"能"這個(gè)概念時(shí)，我們往往想到的是運(yùn)動(dòng)汽車的動(dòng)能，空中物體具有的勢(shì)能，而很少想到光能和風(fēng)能，顯然，原型以表象來(lái)編碼。所謂類別成員代表性程度，即 概念原型之外的其它成員被允許偏離原型的程度。如 "動(dòng)能"、"勢(shì)能"是"能"的原型，而

3、光能和風(fēng)能是代表性較少的偏遠(yuǎn)實(shí)例。此外，肯定"動(dòng)能"比肯定"風(fēng)能"的時(shí)間短。原型論認(rèn)為：兒童對(duì)概念的獲得就是 由成人為之提供的原型實(shí)現(xiàn)的。2 物理概念的定義方法根據(jù)概念的心理構(gòu)成，中學(xué)物理對(duì)概念的定義一般采用了兩種辦法：特征定義法和原型定義方法。2.1 特征定義法所謂特征定義法，就是應(yīng)用演繹法來(lái)定義概念，即應(yīng)用類概念加以本質(zhì)特征的限定來(lái)定義屬概念。中學(xué)物理中，不少概念的定義屬于這一類。在應(yīng)用演繹法定 義概念時(shí)，用來(lái)限定屬概念的本質(zhì)特征應(yīng)必要且充分。即既不要列舉所有本質(zhì)特征，也不可列入非本質(zhì)特征，因?yàn)橛行└拍畹谋举|(zhì)特征是數(shù)量眾多的。這就要求對(duì)概 念的定義是

4、一種高度的抽象。比如在力的內(nèi)涵中，有力的瞬時(shí)效應(yīng)、積累效應(yīng)還有其它豐富的內(nèi)容，因此把力抽象為"物體之間的相互作用"?？傊?，特征定義概念 中的本質(zhì)特征只要必要且充分即可，不必要，也不可能列出概念的全部?jī)?nèi)涵。2.2 原型定義法所謂原型定義法，就是利用原型來(lái)描述概念內(nèi)涵的定義方法，即應(yīng)用歸納描述本質(zhì)屬性的方法來(lái)定義概念，也可稱為歸納法。中學(xué)物理中，大部分的概念屬于 這一類。在歸納法定義中用限定概念的本質(zhì)特征的描述通常并不遵從必要且充分的準(zhǔn)則，而是列舉盡可能多的主要的本質(zhì)特征，但不可混入非本質(zhì)特征。比如：質(zhì)量 虧損的概念，教材采用的方法是舉出中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)，氘核的質(zhì)量比中子

5、和質(zhì)子之和要小這一事例來(lái)定義?？梢宰鳛楦拍钤偷膶?duì)象一般有兩種：一種是歸屬概念本身，是反映 概念本質(zhì)特征的具體范例。另一種是相近概念的原型，但它能借以說(shuō)明新概念的定義特征，比如電勢(shì)能概念，借助重力場(chǎng)中的重力勢(shì)能來(lái)類比定義。這兩類定義方法中，第一種定義是比較成熟和穩(wěn)定的。第二種是可以不斷加工和完善的。其中，原型定義的概念在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐和學(xué)術(shù)界的爭(zhēng)議、加工和完善 后，概念的必要且充分的本質(zhì)特征有可能相對(duì)集中并穩(wěn)定下來(lái)，并取得共識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)向特征定義轉(zhuǎn)變。這兩種定義都有各自的定義特征，但要注意的是，同一概念 的兩種定義的定義特征并不一定相同。3 物理概念的有效教學(xué)策略3.1 提供概念范例，豐富學(xué)生表

6、象原型論認(rèn)為，當(dāng)人們聽(tīng)到一個(gè)概念時(shí)，在他們頭腦里出現(xiàn)的不是該范疇所有成員都具有的共同特征，而是該范疇的原型或最佳實(shí)例。由此可見(jiàn)，提供范例，豐 富學(xué)生的表象是概念教學(xué)的第一步。范例與表象都是學(xué)生獲取概念的重要條件和基礎(chǔ)。范例從外部提供反饋信息，有助于學(xué)生掌握概念的定義特征；表象具有直觀性 與概括性的特征，是從具體感知到概念教學(xué)形成的過(guò)渡和橋梁。不管概念多復(fù)雜，進(jìn)行概念教學(xué)的關(guān)鍵就是提供一組范例。概念是由原型和類別成員代表性的程度這 兩個(gè)因素構(gòu)成的。所以，范例的定義特征越明顯，學(xué)習(xí)越容易，無(wú)關(guān)特征越多，越明顯，學(xué)習(xí)就越困難，因此在概念教學(xué)中，提供的范例應(yīng)突出概念的定義特征。最 好的范例就是那些定義

7、特征很明顯且學(xué)生最熟悉的原型。比如，"機(jī)械振動(dòng)"概念教學(xué)，先通過(guò)實(shí)驗(yàn)或課件向?qū)W生展示振動(dòng)的原型：樹(shù)梢被風(fēng)吹后而擺動(dòng)；水平彈簧 振子的振動(dòng)；擺鐘的擺動(dòng)等等。通過(guò)觀察、歸納得出機(jī)械振動(dòng)的兩個(gè)定義特征：平衡位置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)。3.2 正例和反例的綜合運(yùn)用概念教學(xué)時(shí)通過(guò)范例歸納是必不可少的，尤其在教那些對(duì)學(xué)生而言是比較難的概念時(shí)，需要運(yùn)用較多的范例。正例傳遞的信息最有利于概括，為了便于學(xué)生從 例子中概括出共同的特征，需要同時(shí)呈現(xiàn)若干正例。反例傳遞的信息則最有利于辨別，適當(dāng)運(yùn)用，有助于加深對(duì)概念本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。比如， "機(jī)械振動(dòng)"概念教學(xué)中，在歸納出定義后，應(yīng)馬上向?qū)W生呈

8、現(xiàn)反例。知問(wèn)：乒乓球在球桌上的跳動(dòng)是不是機(jī)械振動(dòng)？這時(shí)可向?qū)W生說(shuō)明，由于這一運(yùn)動(dòng)缺少"平衡 位置"這一定義特征，所以并不是機(jī)械振動(dòng)。應(yīng)注意的是，在運(yùn)用范例說(shuō)明概念時(shí)，需符合三條原則：按由易到難的順序呈現(xiàn)范例；選擇彼此各不相同的例子；比較正例和反例。3.3 明確概念的兩種定義，正確區(qū)分定義式和決定式物理概念的定量描述是通過(guò)數(shù)學(xué)公式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于同一概念的不同定義法，其公式一般是不同的。一般地講，特征定義是概念的本質(zhì)，具有一般性。比如電 場(chǎng)強(qiáng)度概念的特征定義為：描述電場(chǎng)力學(xué)特征的物理量，可用公式E=F/q來(lái)定義，結(jié)果與放入的試探電荷q無(wú)關(guān)。而公式E=k/Qr2只是點(diǎn)電荷Q這一電

9、場(chǎng) 原型的電場(chǎng)強(qiáng)度公式，可以說(shuō)明電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與試探電荷q無(wú)關(guān)。同樣地，電阻原型定義公式R=(l/S)能說(shuō)明其特征定義。而公式R=U /I則說(shuō)明對(duì)某電阻R與U、I無(wú)決定關(guān)系的一個(gè)范例。 3.4 講清概念的物理意義，有機(jī)結(jié)合兩種定義學(xué)生掌握物理概念的過(guò)程，大致可分為領(lǐng)會(huì)、運(yùn)用、完善、擴(kuò)展四個(gè)階段。因此，概念的教學(xué)應(yīng)注意階段性。在領(lǐng)會(huì)階段，概念宜通過(guò)原型進(jìn)行教學(xué)，到后階 段為使學(xué)生掌握概念的本質(zhì)，又應(yīng)明確概念的特征定義。由于原型定義概念對(duì)本質(zhì)特征的描述通常并不遵從必要且充分的準(zhǔn)則，可能存在一定的不足。因此，在運(yùn)用 原型定義進(jìn)行概念教學(xué)時(shí)，一定要揭示概念的本質(zhì)特征，以使學(xué)生對(duì)概念更深入的

10、理解。又由于原型對(duì)表象的依賴，對(duì)于真正建立概念有消極作用，學(xué)生只有真正掌 握理解了概念的特征定義，才能擺脫表象的依賴。這就是我們常要求學(xué)生掌握概念的物理意義。對(duì)"功"這一概念，教材是利用力拉物塊運(yùn)動(dòng)這一原型得出功的定義：W=Fscos。由于原型中力作用點(diǎn)的位移和質(zhì)點(diǎn)（物塊）位移的一致性，不存在 問(wèn)題。但遇到兩者不一致時(shí)，s的物理含義就指代不清：s是指質(zhì)點(diǎn)的位移還是力作用點(diǎn)的位移。在長(zhǎng)期的爭(zhēng)論中，似乎都不能圓滿解決，這正是原型定義概念的缺 陷。若教學(xué)中，在運(yùn)用原型進(jìn)行概念教學(xué)過(guò)程中注意概念的物理意義，那么，學(xué)生就會(huì)明白：功的本質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化的量度，做不做功關(guān)鍵是看有無(wú)能量的轉(zhuǎn)化

11、，且轉(zhuǎn) 化過(guò)程中能量守恒。對(duì)此，我們來(lái)看一下2006年高考全國(guó)卷第20題：一位質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)員從下蹲狀態(tài)向上起跳，經(jīng)t時(shí)間，身體伸直并剛好離開(kāi)地面，速度為v。在此過(guò)程中，A.地面對(duì)他的沖量為mv+mgt,地面對(duì)他做的功為1/2mv2。B.地面對(duì)他的沖量為mv+mgt,地面對(duì)他做的功為零。C.地面對(duì)他的沖量為mv，地面對(duì)他做的功為1/2mv2。D.地面對(duì)他的沖量為mv-mgt,地面對(duì)他做的功為零。如果從功的原型定義考慮，很難判斷地面是否對(duì)人做功：若將s看做是力作用點(diǎn)的位移，地面沒(méi)有對(duì)人做功，但把s看做是受力對(duì)象-人的位移，人的重心 上升，地面對(duì)人做了功。但是，從功的特征定義考慮：地面對(duì)人沒(méi)有做功

12、。因?yàn)槿说臋C(jī)械能雖然增加，但地面與人之間并末發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化，人的機(jī)械能增加是本身 生物能轉(zhuǎn)化而來(lái)的。3.5 利用兩種定義，消除錯(cuò)誤概念在概念學(xué)習(xí)中，學(xué)生很容易由日常生活經(jīng)驗(yàn)而形成不科學(xué)的錯(cuò)誤概念，而這種概念一旦形成，又難以消除或改變。比如，"工作"與"功"。有這樣一個(gè)例 子：人提著水桶不動(dòng)，人有沒(méi)有做功？對(duì)于這一類問(wèn)題，可以采用的教學(xué)策略就是強(qiáng)調(diào)概念的定義特征，直接指出學(xué)生的錯(cuò)誤所在，讓學(xué)生直接面對(duì)錯(cuò)誤，重建知識(shí) 結(jié)構(gòu)，賦予概念新的意義。從功的原型定義來(lái)講，由于提著水桶不動(dòng)，人對(duì)桶有力的作用，但在力的方向上沒(méi)有位移，故不做功。從功的特征定義來(lái)講，人雖然消耗 了能量（感覺(jué)到"累"），但水桶并未增加能量，故也不做功。3.6 利用概念間的關(guān)系進(jìn)行教學(xué)運(yùn)用此策略的第一種方法是利用概念間的層級(jí)關(guān)系，概念系統(tǒng)最典型的等級(jí)表現(xiàn)是具有三個(gè)層次：上位概念、基本概念、下位概念。相對(duì)應(yīng)的概念學(xué)習(xí)也有三 種：下位學(xué)習(xí)、上位學(xué)習(xí)、