高中物理概念教学策略与实例研究

吴耀方

概念是物理知识大厦的基石，我们学习物理知识必须注重概念教学，那么如何提高概念教学的实际效果呢？笔者认为首先必须搞清楚物理概念的特征，要善于甄别物理概念与我们日常生活经验、数学的区别，然后再设置科学化的情境，才能促进概念教学更为有效.

1 物理概念的特征分析

纵观高中物理教材中的各个物理概念，虽然不同的概念在物理学科中的地位及作用各不相同，但是大致可以归为如下几类特征.

1.1 固有属性

我们在学习高中物理概念时，会遇到一部分物理概念，他们反映的是物质（或物体）本身固有的属性，必然质量、惯性，只要物体客观存在，就具有质量、具有惯性，不随其他因素而变化.

1.2 方向性

高中物理与初中物理相比，学生在理解有些物理概念方面有难度，难在哪里？一些物理量和初中的表述不一样了，要考虑方向了，例如速度，初中只涉及到匀速直线运动，所以速度、平均速度、速率的区别对于学生来说不做要求，而到了高中，则要求学生对速度有一个新的认知，速度是矢量，既有大小又有方向，而且研究的运动不仅有直线运动，还有曲线运动，在曲线运动中速度的方向如何表示？速度大小如何求解？在考虑大小和方向的同时还融入了物理思想方法.而这些方法是贯穿于整个高中物理学习过程中的.

1.3 状态与过程特征

在定义物理量时，有些物理量与某一个状态相联系，如选修3-3热学中的温度、体积和压强这三个物理量用来描述气体的状态；再例如必修1中的位置、瞬时速度，必修2中的动能，选修3-5中的动量描述的是机械运动状态.除了与状态相联系的物理量，高中物理还有些概念是用来描述过程的，具有过程特征，如必修1中的位移，必修2中的功，选修3-3中的热量等等.

1.4 相对性

学生进入高中后会发现很多物理量在描述物理现象和规律时，是具有相对性的，例如必修1中的位移、速度等等在描述机械运动时，都是相对参考系而言的.再例如，高度、电势、重力势能、电势能都是相对的，在描述时，也有正负，这时正负是表示大小，而不是表示方向的.

2 基于概念特征的概念教学策略

2.1 引导学生思考本质属性

每个概念在描述上都有其本质属性，我们在和学生建立概念时，不一定要全盘照抄教材，可以自己有所创新，重点在于思考概念的内涵与外延，确保能够准确地表述物理现象.

例如匀速直线运动，在概念描述上为：“速度始终不变的运动”就够了，因为，速度是矢量，速度不变包含了大小和方向不变，方向不变则必定是直线运动.但是，定义匀变速直线运动，就不能用“加速度不变的运动”或“速度均匀变化的运动”，因为通过后面的学习学生能够知道加速度不变的运动还有匀变速曲线运动，如平抛、抛体、类抛体运动.

2.2 引导学生对事物、现象进行一定程度的抽象

概念具有高度概括性，都很抽象，為了促进学生对概念的理解，我们在平时的概念教学过程中，就应该引导学生从对生活中的现象进行分析，提取物理模型，概括和抽象本质的特征.

例如，在和学生学习电磁感应现象时，完全可以放手让学生从生活出发，例举“电磁感应现象”，学生的思维迅速发散，能够联系到电能从何而来，想到“发电机”，想到“变压器”，想到，“耳机的发声过程”，那么这些有什么本质的联系呢？学生急于寻找的归宿是同一个，那就是电磁感应.

当然，在一些具有一定联系又具有延伸性的概念上，可以通过实验来引导学生对现象进行抽象，继而掌握概念的内涵.例如，做曲线运动的条件，笔者在教学过程中通过对比性实验引导学生自己发现现象并抽象为物理语言（如表1所示）.

表1

事例运动结果条件（受力情况）

1曲线运动小球所受到的重力和细线的拉力的合力方向与小球运动的方向不在一条直线上.

2直线运动小球所受的重力、弹力和摩擦力的合力与小球的运动方向在同一条直线上.

2.3 找概念间的关系

（1）交叉关系

高中物理概念间大多是交叉关系，即往往一个概念与另一个（或另外几个）概念的部分外延有重合相交的区域，如两个概念交叉、三个概念交叉可以用下图1、图2来表示.

在力学里面的交叉关系，如“摩擦力”与“阻力”之间就是一种典型的交叉关系，摩擦力可以是阻力也可以是动力，阻力的来源可以是摩擦力也可以是其他力.

（2）全异关系

在高中物理概念中，有些物理量之间是完全没有交集的，我们把概念间的这种关系叫做全异关系，如图3所示，两者不相容，如重力与温度，匀速直线运动与等温变化等等，这些概念完全不相容.

（3）属种关系与种属关系

高中物理概念具有较强的系统性，属种关系与种属关系在概念间关系中普遍存在，前者又称真包含关系，后者又称为真包含于关系.

例如，“拉力”和“弹力”、“弹力”和“力”就是种属关系，而“力”和“弹力”、“弹力”和“拉力”就是属种关系；其中，力和弹力两个概念，“力”是属概念（上位概念），“弹力”是种概念（下位概念）.

2.4 通过训练深化对概念的理解

概念教学在认识物理现象抽象并提炼为概念后，概念只是停留在记忆表层，要进一步深化理解并内化融入到自己的知识结构，需要习题训练，训练的过程是概念的运用阶段，是学生学习物理概念教学不可缺少的环节.但要注意，练习的目的在于巩固和深化概念，形成技能，培养分析问题、解决问题的能力.因此，选题要典型、灵活多样，对题目的挖掘、探讨要力求深入.将做习题与概念教学分离，甚至相对立，搞题海战术的做法，不 仅浪费时间、浪费精力，还容易使学生形成呆板、机械、生搬硬套的思维习惯，不利于深化、活化概念，也不利于分析问题能力的提高.

例如，“功”这个概念，是力学里重要概念，用W=Fscosθ计算功是有条件的，必须是恒力，这一个概念对于初学者往往掌握的不是太好.为此，我们可以设置如下一个问题.

习题 如图5所示，有一长为l的绳子下面挂一质量为m的小球，处于静止状态，现用一恒力将小球拉到与竖直方向成α角，求拉力F做了多少功？重力做了多少功？

设计意图 通过情境的设置，让学生运用公式求解恒力F和重力做功，抓住力及力方向的位移这两个要素.为了进一步理解概念对应公式适用条件，可以进一步追问.

追问 习题情境中如果不是永恒力，而是改用水平力F缓慢将小球拉到图示位置，求拉力做功.

让学生意识到缓慢移动，小球始终处于动平衡，水平力F是变力，那如何求解呢？用W=Fscosθ求解对么？留下悬念，为动能定理做足铺垫.