物理概念教学

物理概念教学

一、物理概念教学的重要性

（一）物理概念教学是掌握物理知识的关键

任何一门学科，都有其所需揭示的内容。物理学科也不例外，而要揭示物理对象的存在、运动、相互作用，就必须先建立物理概念，以概念为思维的细胞、为认识的基本形式，进一步形成物理学的体系与结构。任何一门学科，如果没有一些概念作为分析综合、判断、推理等逻辑思维的出发点，就不可能揭示这门学科的内容，，也就失去了这门学科的存在价值。

物理概念不仅是物理基础知识重要组成部分，而且是构成物理规律、建立物理公式和完善物理理论的基础和前提。由于物理规律揭示了物理概念之间的相互联系和制约关系，如果对物理概念没有理解，就谈不上对物理规律的理解和运用。中学生感到物理难学，其主要原因之一就是物理概念没弄明白。死记公式、题海战术不是学习物理的方法，而弄清概念的建立过程、内涵和外延，才是学好物理的基本途径，所以物理概念的教学是掌握物理知识的关键。

例如：如果学生对力、质量和加速度这几个概念搞不清楚，那就无法掌握牛顿第二定律，更谈不到正确应用了；如果没有对电路、电流、电压、电阻等概念的理解，也就不能学好电学的一系列知识。

（二）物理概念教学是学生学习、运用科学方法、发展能力的主要途径

物理概念是经过一系列观察、分析、抽象等思维过程才建立的，概念建立以后，要用概念解决实际问题，也要用一系列科学方法。在概念的建立与应用过程中，学生运用科学方法，直接对所观察的现象进行比较、分析、综合、抽象、概括等思维活动，对发展学生的能力起着十分重要的作用。有些概念还要用数学知识和数学方法来表达，反映出概念之间的因果关系，学习这些概念可以培养逻辑思维能力。学习物理的过程要发展能力，而发展能力的根本途径是掌握方法，所以学习概念过程是学生学习、运用科学方法的过程，是提高能力的过程。新课程标准把“过程与方法”作为三维目标的一项内容，是非常有意义的。

二、物理概念的形成过程

（一）物理概念

１．物理概念的定义

物理概念是表示研究对象具有的物理属性的一种思维形式。能够区分不同物理概念的判断，称为物理概念的定义。物理概念的表达方式必须符合学生的认知水平。所以在教学过程中，学生建立的概念只能随着教学层次的提高而深化，学习的不同阶段，建立的概念允许有不同程度的片面性，含糊性和表面性，但必须是科学的。如电压的概念，初中只能叙述为电路中要有电流，两端就要有电压；而高中则定义为电势差。

一般情况下，物理概念的定义并不能代表概念的全部内涵和外延。由于物理概念的发展性，其定义不是唯一的。如质量的概念，初中定义为物体含物质的多少，高中定义为物体所受外力与其获得的加速度之比等等。一般情况下，物理概念的定义并不能代表概念的全部内涵和外延。

物理概念分定性和定量两种。定量的物理概念称物理量，它按描述对象是状态还是过程分为状态量与过程量。状态量是描述状态的物理量。研究对像的状态一定，它就有确定的量值，如速度、加速度、动量、能量、压强等。过程量是描述过程的物理量。力学中的位移、功、冲量，热学中的热量等都是过程量。

定性的物理概念是用来揭示某概念区别于其他概念的物理本质特征或用来表示该概念的基本类别、归属或性质的物理概念。例如机械运动、平衡、电磁振荡等。２．物理概念的物理意义

物理概念的物理意义与物理概念的定义不同，它是指物理学引入和建立某一物理概念的原因，即为什么要揭示某一研究对象的物理属性，它对物理学本身的发展或生产实践有什么意义。如，电阻率的物理意义是，引入电阻率是为了区分不同材料导电性能的强弱，所以，它是描述材料导电性能的物理量。再如，密度概念的意义是，引入密度是为了区分、鉴别不同的物质，每种物质的密度是一定的，它是描述物质本身含量的物理量。电场强度的物理意义是，引入电场强度是为了反映电场的性质，电场强度是描述电场力的性质的物理量。

３．物理概念的内涵与外延

物理概念的内涵是反映在概念中的物理现象、物理过程的本质属性，是该事物区别于其他事物的本质特征，通常由概念的定义来表示。例如，速度v ＝s/t, 反映了物体运动的快慢；频率是每秒钟振动的次数，描述物体振动的快慢；力是物体之间的相互作用。类似的还有ρ =m/v、p =f/s 等等。这些定义是从质和量两方面反映了物理量的内涵。

物理概念的外延即通常所说的概念的运用条件和范围。例如，库仑定律确定的力，只适用于静电场，对迅变电场、涡旋电场不适用；电势的概念只适用于静电场，不能用于交变电磁场；在惯性系f=ma ，适用于宏观低速。关于概念的适用范围，例如重力、弹力、摩擦力、安培力、洛仑兹力等等都属于力这个概念的外延。通过对物理概念外延的学习，能使学生逐步深化和扩展对概念的理解。掌握物理概念的外延就能理解概念的适用条件，定义式的应用范围和式中各个物理符号的具体物理意义。

（二）物理概念的形成过程

物理概念的形成包括两种层次：其一，是科学家们创立物理概念的过程；其二，是学生建立物理概念的过程。从认识论的角度看，两种层次的物理概念形成过程是一致的，都是以感觉、知觉和表象为基础，通过分析、综合、抽象、概括等思维活动，从个别到一般，从具体到抽象，从知识应用到逐步把握物理现象和物理过程的本质的认识过程。

下面从认识论的角度阐述物理概念的形成过程及其方法。

１．物理概念的形成基础

物理概念是对物理现象，物理过程的抽象而建立的。必须通过日常的感知活动或观察实验等一系列的实践活动，或者根据已有的经验事实，才能获得研究物理问题的感性材料，这是物理概念的形成基础。

（ 1 ）日常的感知活动是指学生在日常生活中获得感性材料的过程。比如关于运动的认识、关于力的认识、关于电的认识，这种感知活动获得的感性知识是形成概念的巨大财富。但由于学生认识的局限性，学生获得的观点、认识可能存在误解、错误、形成隐概念，前概念和初概念，比如摩擦力，学生可能由于生活经验只注意到摩擦力阻碍物体运动，于是形成摩擦力都是阻力的错误认识，那么在教学中就应该引导学生分析一些生活中摩擦力充当动力的例子，最后总结出摩擦力的概念。

（ 2 ）观察实验是在物理概念的形成过程中，有计划、有目的地为物理概念的建立提供科学的感性认识的过程。它是学生由感性认识上升到理性认识的基础。实验可以是演示实验或学生实验。如在建立弹力概念时，可采用一系列演示实验：弹簧受力形变、泡沫受力形变而产生了弹力。对于形变不明显的实验，例如玻璃瓶受力形变，可以在瓶内部装满水，瓶口塞上连有细玻璃管的塞子，采取放大的方法，观察细玻璃管液柱高度变化显示固体受力形变，然后归纳总结出弹力的概念，及适用范围。

（ 3 ）经验事实是指前人在研究物理问题或从事生产实践中的典型的物理现象和物理实验。这些经验事实，对物理概念形成具有突出现象、本质的特点，但是学生又不很熟悉，课堂上无法进行实验观察。在教学中可以充分利用教材，教育软件和教师的讲授，阐述经验事实，使学生获得感性材料。例如，介绍“核能”时要模拟原子核的链式反应。我们可以摆火柴进行模拟，但不形象、不生动。如果通过计算机辅助教学模拟，动态地展现出链式反应的过程，效果就好得多。２．物理概念的形成过程

物理概念的形成要经过在物理事实的基础上进行抽象思维的过程。此过程可以概括为感性具体—思维抽象—思维具体。

（ 1 ）感性具体

人们在提出物理问题之后，就通过观察和实验或经验事实，搜集物理思维的材料，获得对物理事物的感性认识。感性认识是关于物理事物的表面、片面、外部联系的认识，但这并非是一个纯粹的感性过程，而是在理性指导下的有目的、有意识、有选择的感性活动过程。

通过感性认识，形成对物理事物的外部联系和外部特征的整体表象以及有关资料与数据，此即感性具体，它是物理抽象思维从感性具体到思维抽象的逻辑起点。•思维抽象

思维抽象是对物理事物的感性具体，运用思维方法，形成关于事物的本质属性，建立物理理论的过程。在这个过程中，物理抽象思维对各种感性材料的活动主要表现为如下的形式。

１）分析与综合。物理思维对各种感性材料进行分析，把它们分解成不同的方面、部分、或层次，把完整的表象和有关材料与数据分解成不同的规定，然后在此基础上进行综合，形成关于物理事物的本质认识。

２）分类与比较。物理思维对各种感性材料进行分类和比较，寻找同一种事物或不同事物之间的共同性和差异性，抓住同类物理事物的共同本质属性，找到不同物理事物和相同物理事物内部以及事物之间的内在联系。通过比较，物理思维可以获得关于某种规定的一般认识。

３）抽象和概括。物理思维舍弃感性具体中的非本质属性和特征，抽出本质属性和特征，形成抽象规定，再把这些抽象规定概括起来，形成关于物理事物的一般认识。在这个过程中，物理思维往往从不同的现象中概括出共同的东西，形成同类物理事物的共同规定性，达到某种抽象的、一般的认识，即建立物理概念。例如，建立力的概念，首先向学生提供他们所熟悉的力的现象的经验事实：人提桶；马拉车；书压桌，这就是感性具体。然后对这三类物理事物进行思维抽象，通过分析、比较、分类，我们发现“人、马、书”是同类事物，可以抽象为“物体”；“桶、车、桌”也是同类事物，也可以抽象为“物体”；“提、拉、压”则是另一类事物，它们的本质属性可以抽象为“动作”或“作用”，于是，我们可以给“力”下定义：力是物体对物体的作用。在此基础上，还要把力的概念推广到所有的同类事物中（即概括过程），从而达到对力的一般认识。

在定义概念后，还要讨论概念的内涵和外延，用途和适用范围，定义式和量度式的区别，从不同角度对概念进行深化和扩展。如力的概念，它是矢量，是改变物体运动状态，或使物体发生形变的原因。力的外延是，按力的性质不同，力可以分为重力、弹力、摩擦力、电磁力等；按力的作用效果不同，力可以分为压力、张力、向心力等。

（ 3 ）思维具体

物理认识从感性具体到思维抽象，是物理抽象思维过程的第一个阶段，这一阶段的结果获得了对物理事物本质的抽象规定，建立了物理概念。物理抽象思维过程的第二个阶段是从思维抽象到思维具体的过程，这是一个具体化的过程，所谓具体化，就是人脑把经过抽象、概括后的概念同某一具体事物联系起来的过程。