物理概念和规律的学习

场合 1 2
结果 灯泡较暗—— 说明电阻较大 灯泡较亮—— 说明电阻较小
条件 导线A接入 导线 较长 导线B接入 导线 较短
所以，导电物质的电阻大小跟导线长度有关。
共变策略是物理教学中最常使用的归纳方法，研究a与F、a与m的关系；研究P与V、P与T、V与T 的关系；研究F向与v、F向与r的关系；研究压强P与压力F、受力面积的关系、研究影响蒸发快慢 的因素等等。共变策略是物理研究方法中控制变量法的逻辑基础。
2．物理规律 物理规律是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变 化的必然趋势及其本质联系的反映。 物理规律通常分为物理定律、物理定理、物理原理等。 物理现象和过程存在各种联系，在这些联系中，有的是本 质的、必然的联系；有些是非本质的、偶然的联系。 例如，一个物体只要受到一个不为零的合外力的作用，它 就具有加速度，这就是物体有无加速度和合外力间存在的 本质联系，但是从现象看来，一个物体是否具有不为零的 加速度（指有无而不讨论大小），却又与这个物体的大小、 轻重、质料、形状、所在地点及环境、单个外力的大小等 等都有联系，实际上这些因素对一个物体是否具有不为零 的加速度来说，只是分别起着片面的、不稳定的或者偶然 的作用，因此统统是非本质的联系。
（三）物理概念和规律学习的阶段 第一阶段：物理概念和规律意义的学习。学习后学生可以用 自己的语言陈述内容并举出符合概念和规律的实例-外显表 现为“能说”。 进行的学习是意义学习，学习后的外显行为是能用自己的语 言陈述，并举例。 第二阶段：物理概念和规律的“运用”。学习后学生能需要 的场合正确运用该概念或规律解决问题。 比如，通常我们说学生习得了“牛顿第二定理”，学生 的外显行为有两方面：学生能够用自己的语言陈述“牛顿第 二定理”的内容，并举出符合牛顿第二定理的实例；学生能 够运用牛顿第二定理解决简单的问题（即主要运用该定理就 可以解决的问题），出现的用牛顿第二定律解决问题的行为 （内部思维活动），这一行为是受定理本身支配的，加涅称 为这种行为为规则支配行为。
第一步，确定单摆小球做振动，所需推理为演绎推理，如下
如果物体在某一中心位置两侧做往复运动，则 物体做机械运动 单摆小球做往复运动 所以，单摆小球是做振动
第三步，确定单摆小球回复力方向
如果是振动物体受到的回复力，则该力与物体位 移同线、方向相反，使物体返回平衡位置 单摆小球做沿圆弧运动 所以，单摆小球的回复力应沿圆弧，并指向平衡 位置O-即沿圆弧切线方向
物理学中的概念绝大多数是通过下定义方式、 用命题清晰界定的，实际也是通过与其他物 理概念间的关系来界定的。物理概念和规律 的学习，就是学生通过自己的思维活动建立 相关物理概念间的联系。
二、概念和规律学习的阶段
（一）奥苏贝尔学习理论对概念和规律学习的描述 奥苏贝尔有意义学习理论把概念和规律学习划分为两个类别： 其一、概念、命题学习。概念和命题的学习在奥苏贝尔学习理论中属 于有意义学习，实质是新知识和原有认知结构已有适当观念形成联系， 这种联系是非人为的、实质性的。 奥苏贝尔依据习得意义与否将学习分为：有意义学习和机械学习两类。 机械学习的心理机制是联想，所以重复练习是影响机械学习和保持的 主要因素；有意义学习的心理机制是同化，原有认知结构变量是影响 新的学习与保持的主要因素。奥苏贝尔认为有意义学习就是通过自己 的努力，将以语言、文字为载体所承载的人类意义转化为自己心理意 义的过程。有意义学习的实质，就是符号代表的新知识与学习者认知 结构中已有的适当观念建立非人为和实质性的联系。有意义学习后的 心理结构上的变化是－新知识和原有认知结构已有适当观念形成联系， 这种联系是非人为的、实质性的。 其二，概念和命题的运用：概念和命题的意义一旦习得，便可以在随 后的学习和解决问题中运用。

（二）差异策略的教学结构 依据差异法的逻辑结构（差异法的逻辑结构见第四章第一节相关内容），可知， 如果学习者能够使用差异策略，必然需要学习者能够 1． 从两个场合中的一个场合中识别出被研究现象（结果），而另一个场合中结 果不出现。 2． 从结果出现的场合中识别出一个因素，而该因素在结果不出现的场合中也不 存在。 如果是使用差异策略获得的物理结论，教师在教学中必然应包含如下教学环节： (1) 帮助学生从教学实例中识别出其中一个场合中存在被研究现象（结果），而 另一个场合中结果不出现； (2) 帮助学生从上述教学实例中，在结果出现的场合中识别出一个因素，而该因 素在结果不出现的场合中也不存在； (3) 帮助学生形成结论结论。
场合 1 2 3 先行情况 被研究现象 A1、B、C a1 A2、B、C a2 A3、B、C a3 所以，A与a有关

4 ．剩余法：如果某一复合现象是由另一复合原因所引起的，那么把其中确认有因果联系的部分减 去，则剩下的部分也必然有因果联系。 剩余法可用下述公式来表示： 已知复合现象F(A、B、C)是被研究现象K(a、b、c)的原因 已知，B是b的原因 C是c的原因 所以，A是a的原因(或部分原因) 5 ． 求同求异并用法：考察两组事例，一组是由被研究现象出现的若干场合组成的，称为正事例组； 一组是由被研究现象不出现的若干场合组成的，称为负事例组。如果在正事例组的各场合中只有一 个共同的情况并且它在负事例组的各场合中又都不存在，那么，这个情况就是被研究现象的原因。
（三）共变策略和相应的教学结构 依据共变法的逻辑结构，可知如果学习者能够使用共变策略，必然需要 学习者能够 1． 从场合中识别出被研究现象（结果）发生程度变化； 2． 从场合中识别出有许多因素没有发生变化，但有一个因素也发生程 度上的变化。 如果是使用共变策略获得的物理结论，教师在教学中必然应包含如下教 学环节： (1) 帮助学生从教学实例的场合中识别出被研究现象（结果）发生程度上 的变化； (2) 帮助学生从上述场合中识别出有许多因素没有发生变化，但有一个因 素也发生程度上的变化； (3) 帮助学生形成结论结论。
合 1 列车速度增大（有加 速度） 受牵引力

2
3
列车速度减少（有加 速度）
炮弹运动速度的方向 不断发生变化（有加 速度）
受阻力
受重力
所以，力是物体产生加速度的原因。

2.差异法 案例二，获得的结论是：物体发出声音与物体振动有关。 获得结构如图，
场合 1 2 跳动——说 明音叉没有振动
学生在获得“单摆小球做简谐振动”这一结论时，需要完成一系列的演 绎推理。 实际教学中，物理概念和规律的获得一般需要运用多个推理才能完成， 相关案例可看教材
四、物理概念和规律的教学
一、归纳推理与相应的教学结构 1.求同法相应的教学过程和结构 如果学习者能够使用求同策略，必然需要学习者能够 1.1 从若干场合中识别出被研究现象（结果） 1.2 从上述场合中识别出其中有很多变化因素，但是存在一个共同因素。 如果是使用求同策略获得的物理结论，教师在教学中必然应包含如下教 学环节 (1) 帮助学生从若干教学实例中识别出被研究现象（结果）； (2) 帮助学生从上述教学实例中识别出其中有很多变化因素，但是存在一 个共同因素； (3) 帮助学生形成结论结论。
进一步分析，在获得F = - (mg/l) x，需要依次完成以下基本步骤 1．确定小球是做振动；2．确定小球平衡位置；3．确定单摆小球回复力方向； 4．确定小球所受力；5．确定小球的回复力-分解小球所受力分解出切向力，并 计算；6．确定单摆小球偏离竖直方向的角度与小球偏离平衡位置的距离x、单 摆长l间的关系；7．确定小球做简谐振动。
物理概念和规律的学习 与教学
一、 物理概念、规律的界定与学习 二、 物理概念和规律习得阶段 三、 物理概念和规律意义习得的方式 四、物理概念和规律的教学 五、物理教学的启发式和逻辑性 六、小结
一、物理概念和规律的界定
1．物理概念的界定 物理概念是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映， 是物理事物的抽象。 物理概念都是通过下定义方式、通过与其他概念间的关系来界定的； 例如，在相等时间内，速度变化量相等的直线运动，叫做匀变速直线运 动。 可见，匀变速直线运动这一概念通过直线运动、速度、时间、变化量等 概念间的关系来界定的。 又如，力对物体所做的功，等于力的大小、位移大小、力和位移方向夹 角的余弦三者的乘积。 可见功这一概念是通过力、位移（大小方向）、夹角、乘积等概念间的 关系来界定的。
三、物理概念和规律意义的习得方式
（一）探索因果联系的归纳法
1．求同策略：是通过考察被破究现象出现的若干场合确定在各个场合 先行情况中是否只有另外一个情况是共同的，如果是，那么这个共同情 况与被研究的现象之间有因果联系。
场合 1 2 3 先行情况 被研究现象 A、B、C a A、D、E a A、F、G a 所以，A是a有关
（二）案例分析
物理概念和规律是通过物理概念间本质必然联系界定。学生学习物理 概念和规律，第一步就是学生通过自己的思维活动形成上述概念间的 联系。学生主要运用逻辑推理方式形成联系，主要的逻辑推理有归纳 推理中的穆勒五法、演绎推理中的假言推理。 1.求同法 案例一要得出的结论：力是产生加速度的原因。 推理结构 结果 条件 场

3．物理概念与规律的联系 物理规律反映有关物理概念之间的必然联系。 例如牛顿第二定律就是由质点、力、质量、加速度 等概念组成的。研究对象是质点。它表明研究对象 （质点）的加速度与研究对象的质量和它所受力之 间的定量的因果联系。动能定理将功（过程量）与 动能（状态量）联系起来；动量定理将冲量（过程 量）与动量（状态量）联系起来；热力学第一定律 把热量（过程量）、功（过程量）与内能（状态量） 联系起来等。
4.演绎推理 案例四需要得出的结论是：单摆的振动是简谐振动 推理结构（运用演绎策略中的肯定前件式而获得的）
如果振子受到的回复力满足F = - k x，则振子做简 谐振动 单摆振动回复力F = - (mg/l) x，(mg/l)可用常数k表 示 所以，单摆的振动(<5o)是简谐振动