紧扣概念“种”“属”特性 突破概念教学瓶颈——以“弹力”教学为例

(1. 江苏省盐城市盐都区教师发展中心，江苏 盐城 224001；2. 江苏省盐城市第一中学，江苏 盐城 224005)

物理概念教学需首先通过实验、视频、实例列举等方法提供足够且典型的表象材料，引导学生对这些表象材料进行对比分析，从中抽取出共同的、本质性的东西，然后用精炼的物理语言描述，建构出物理概念，这是概念教学的前一部分程序，本文阐述的是概念教学中的其他关键点。

高中生在认知发展还处于具体运算阶段，思维更多需要依托具体形象和表象进行，而从众多的典型表象中逐级抽取共同的本质属性对学生来说并不容易。但不少物理概念从逻辑和句法构成上具有“种”“属”特性，如果物理教师能引导学生按照“种”“属”两条线将概念有机剖析，则能完成对本质属性的首次抽取这一关键步骤。[1]

1 将概念按照“种”“属”拆分，找出概念的特点

对于高中电学中电场一章，学生普遍反映抽象难学，其实电场概念从逻辑上看就是由“电”和“场”组成，场是大概念，有引力场、电场、磁场等形式，是传递不接触物体间特定作用的媒介，在逻辑上叫“属”；“电”规定了这种场的特有属性，以区别于其他类别的场，在逻辑上叫“种”。再如电势能的概念，能是“属”，讲解此概念时学生很难形成这种能的印象，教师可列举不计重力的粒子在电场力作用下加速和减速运动情况，引导学生思考动能变化必定是和其他能发生了转化，这种能与位置及电场有关，故称电势能，这是电势能的“种”性差异。

在教学过程中教师要引导学生按照“种”“属”两性拆分物理概念，先弄清这个概念的“种”性特点，围绕它提供和组织典型的表象和实例材料，进行对比分析，异中求同，从中抽象出此概念的本质属性。如在弹力概念的教学中，“种”性特点是弹性，做了弹簧形变实验，用视频展示了射箭、撑竿跳实例后，启发学生进行对比分析，归纳出现象背后的共同点，后续教学活动如下。

设问一:上述例子中的弹簧、弓箭、撑杆形状有没有发生变化？

讨论:这些物体的形状都发生了改变，叫形变；形变分为弹性形变和永久形变(也有学生答范性形变)。

教师重做压缩弹簧的实验，引导学生关注弹簧对手的作用。

讨论:发生压缩形变的弹簧“不服气”，它还要恢复原长。弹簧要恢复原长就会向外推手，对手产生力的作用。

设问二:同学们能否从射箭、撑竿跳的运动项目中也能找到这种“不服气”的物体？

归纳和总结:弓箭和撑杆也发生了弹性形变，它们也“不服气”，也要恢复原状，对箭和运动员施加了力的作用。这种力是由于物体发生弹性形变产生的，叫做弹力。

学生对弹力有初步的认识后，教师要进一步启发学生思考这种力产生的条件，进而得出弹力的定义，这种定义可由学生用自己的语言叙述，精炼性不必过于强求。

2 根据“属”性特征在核心内涵的外周拓展物理概念

学生通过对概念表象的逐级抽取，从“种”差角度初步理解了所学物理概念特有的本质属性，清楚了概念本身的内涵，但对物理概念的思维加工还未结束，教师须引导学生再认物理概念，在核心内涵的外周进一步拓展物理概念(如图1)。

图1

学生对弹力“弹”的本质有所认识后，教师须引导学生转入“力”的教学，这就是“属”特性在物理概念中的延伸。力的三要素有大小、方向和作用点，对弹力概念的掌握主要是抓住前两要素。教学中以力学中常见的压力、支持力和绳的拉力为例，讲清三种力的产生机理，是由于物体发生形变，而对跟它接触的物体施加了力的作用；在此基础上教师要把教学的着力点放在弹力方向和大小的教学上，进一步充实物理概念的内涵，对其他力的教学也是如此，本单元教学活动如下。

设问一:力是矢量，包含哪三个要素？

讨论:力的三要素为大小、方向和作用点，弹力是力的一种，也有三要素。在力学中常见的弹力有压力、支持力和绳的拉力。

教师演示木块放在桌面上，桌子被挤压，发生了微小形变，引导学生思考桌面要向哪个方向恢复原状。

设问二:说桌面要向上恢复原状是否具体到位，这个方向跟接触面有什么关系？

概括:弹力方向总是和接触面垂直，支持力方向垂直于接触面指向被支持物体。

师：电灯被电线悬挂于天花板上，绳子被拉伸，要向哪个方向恢复原状？

观察思考:绳对电灯的拉力方向沿着绳、并指向绳收缩的方向。

归纳总结:上述三种力的方向又有什么共同点？

请同学回到弹力概念的起点，即弹力产生的原因——形变，引导学生概括：弹力的方向跟形变的方向相反。

弹力的方向分析结束后，再分析弹力的大小，特别是弹簧弹力遵循的规律——胡克定律。至于弹力的作用点要让学生知道是在接触面处、并作用于被压物体、被支持物体、被拉物体上。

按照弹力的“种”“属”特性，概念本质部分的教学内容如图2所示。

图2

3 根据概念“种”特性进行变式训练，根据“属”特性进行比较分析

在概念形成的过程中，教师要抓住物理概念“种”特性的本质，给出直观材料和实例进行变式训练，使学生理解这些材料和实例的本质特性。通过变式训练，学生能准确把握概念的内涵，防止形成错误的概念。如在弹力概念的形成过程中，针对弹力的产生条件可呈现以下实例，让学生理解弹力产生的两个条件缺一不可。

例1:在图3中,物体a、b均处于静止状态，它们间一定有弹力的是( )。

图3

解析:本题中除了B图物体a、b间既接触又发生了压缩形变外，其他图中物体a、b都属于“虚接触”，物体间无挤压，故无弹力产生。

在概念教学过程中还要按照概念类属将相同类型的概念进行比较，比较这些概念共同的属性和本质的差异。只有通过比较才能对其共有的特点加以综合和概括，从而准确把握概念的内涵和外延，加深对概念整体的理解；[2]运用综合贯通策略，通过新旧知识的相互作用，加强概念间的横向联系，消除学生认识中表面的或实际存在的不一致之处。如弹力属于力的一种，其他力还有重力、摩擦力、电场力、磁场力等，这些力从类属角度来看都属于力的范畴，但其产生、大小、方向、作用点的情况都有所不同，通过比较可加深对这些概念本质的理解。

4 按照“种”“属”特性将物理概念纳入概念体系，并运用于具体实际

物理概念的形成并不是概念教学的终点，教师还必须按照“种”“属”特性将物理概念纳入概念体系，帮助学生建立完整的知识结构。一个个孤立、分散的概念不利于利用概念间的有机联系去理解新的概念，教育心理学家布鲁纳说过：不论我们选教什么学科，务必使学生理解各门学科的基本结构。这是在运用知识方面的最低要求，它有助于解决学生在课外所遇到的问题和事件，或者在日后训练中所遇到的问题。

学生形成弹力的概念后，教师需引导他们按照力的“属”的特性整理知识体系，将弹力这个新的力纳入到力的知识结构中,这个知识结构中还包括重力、摩擦力、电场力、磁场力等。这些概念都属于力这个包摄性更高广的概念体系，其内容都包含大小、方向、作用点，但“种”性特质各异。将一个个相关概念按照逻辑特征整理后就形成一个知识板块，学生识记的有效容量增加了，而识记的难度却降低了。如果采用下位学习的方式不能将某概念纳入知识体系，则要通过顺应的方法修改和扩充原有知识体系。

学生的认知结构形成后还需强化和固化，否则一方面容易遗忘，另一方面也无法在需要提取的时候有效地检索。这就需要将概念应用于具体实际，解决实际问题。解决实际问题的思维程序和概括概念不同，概念的形成是根据大量表象进行概括，从中总结共同的本质特征；而解决实际问题时课题的本质特征是隐含的，需学生进行课题的类化，在知识结构(包括概念、原理和方法)中检索可用的模型，逐步缩小问题起点和终点的差异，最终获得问题的解决。教师围绕知识体系设置问题和编制练习，学生通过概念训练，弥补了概念学习过程中的缺陷，强化和固化了知识结构，活化了物理概念，概念学习达到了新的境界。