在“实验数据处理”中建构初中物理概念

刘苹

物理作为一门具有逻辑体系的学科，它的主体是由一系列规则构成的，从规则出发可以推得概念群。概念的理解和掌握是学好物理的关键，也是初中生的困难所在。学生概念掌握困难的原因，一是没有相应的经验基础，不会知识迁移，缺乏情景和知识的融合理解，对概念采用死记硬背的方式;二是概念教学的设计没有遵循概念形成的原理和规律，教师没有考虑初中学生的认知特点，直接从物理知识的逻辑体系出发来设计概念教学。

概念的形成是感性到理性的认识发展过程，需要借助形象、直观的实验情景来建构抽象的物理概念。对实验中获取的数据进行一定的方法处理，不仅能丰富学生的认知体验，还能帮助学生更好地建构物理概念。

一、数据运算中建构物理概念

1.“速度”概念的建立

对初中生而言，用得较多的规则方法是比较，在学习“速度”“比热容”等概念时，就是用一般意义的比较方法来定义的。学生在学习“速度”概念之前，所认识的“质量”“时间”“长度”等概念，是对事物的概括而形成的一种基本概念，与之匹配的是物理学上所对应的七个国际基本单位。“速度”可谓是初中生所接触的第一个对数据进行规则处理而获得的概念。

速度的定义源于需求——比较物体运动的快慢。生活中的情景：百米赛跑、走路的快慢是基于某个相同量进行比较。前者 “通过相同的路程，所花时间越少，则跑得越快”;后者“同时出发的两人运动时间相同，通过路程越长，则走得更快”。但是更多的实际运动情景中，路程和时间均不相同。为了解决这个问题，教师要渗透科学方法的指导，从控制变量的角度引导学生处理数据，得到符合实际生活的快慢比较方法。师生一起对实验数据进行处理之前，需要明确：不同单位的物理量不能加减运算，可以乘除（对初中生而言）。通过进一步分析“路程/时间”的物理意义——单位时间通过的路程，再次回到已有的知识体系中，加深对速度概念的理解。笔者在教学中发现，基于在“速度”概念教学中的教学、学法指导，学生在学习“功率”“比热容”“压强”等概念时，能更好地理解新概念的定义和内涵。

2.“功”概念的建立

除了比較的方法定义概念外，还可以通过对数据相乘的处理方式定义物理概念，如“功”。沪教版初二物理（下）配套所用活动卡中，关于两个和尚谁的贡献大，师生也是从数据分析、方法处理中引出新概念的定义。由于该知识点的学习是在“速度”概念之后，学生已有的物理基础，让他们面对问题“两个和尚谁的贡献大”，首先采取了对数据进行比较相除的方法。教师引导学生进一步推理：是不是物块重力越大，提升高度越小，甚至几乎不提升，贡献反而最大？学生在思辨和分析中发现了自相矛盾之处，从而思考用其他方式对这两个不同的物理量进行数据处理。遵循不同物理量不能加减的原则，学生自然而然地想到对数据进行乘法处理，并建立新概念——功。

笔者以自己任教班级进行实验教学对比发现，当学生通过自己探究（数据分析处理）获得与前人研究相同的结果时，内心的获得感有助于学生更好地认同、理解新概念的定义，未来更加主动地进行科学探究。

二、数形结合中建构物理概念

在物理教学中，通过数形结合的方式进行教学，不仅可以进一步培养学生的思维能力，还能有效提高学生对物理知识的运用能力。物理中的数形结合，“数”指的是物理量，“形”可以是物理状态或过程的图形、图像。物理很多时候都是研究物体在某个过程中的发展变化，有限的实验数据和现有的物理知识水平决定了初中生在建构某些物理概念时，无法运用“加减乘除”的数据处理方式获得，比如电阻的概念。

初中物理教学中，学生对电阻概念的理解极大地影响了整个电学单元的学习。学生模仿科学家对不同材料、粗细、长度的导体在相同温度下进行实验获得的数据，无法直接运用前面所提的数据处理办法得到电阻的概念。而数形结合可以把抽象复杂的物理过程、现象、规律具体表示出来，简单明了、启发思维，使学生能够全面动态地把握物理过程，抓住物理本质。教学中，笔者指导学生迁移运用s-t图像对速度概念的表达，利用图像拟合的办法对“探究导体中电流与电压的关系”实验数据进行处理，通过分析同一导体的U-I图像建构电阻的概念。s-t图像和U-I图像是一个数学正比例函数，教师要指导学生理解函数图象的物理意义，这是用图像来建构物理概念的基础。

最后，教师在“促进思维发展的探究激情，解决问题的内在欲望，趣味问题的思维体验，思考过程的欣赏激励”的课堂活动中，引导学生水到渠成地归纳出物理概念的文字表达。

三、在物理概念教学中培养核心素养

物理概念不仅是物理基础知识的重要组成部分，也是构成物理规律、建立物理公式和完善物理理论的基础和前提。物理概念教学是学生掌握物理知识的关键，是培养学生能力的主要途径。物理概念的建构过程，本质上是对学生进行科学方法的训练过程，对学生科学思维的培养过程。新课改越发注重“思维过程的呈现”，这就要求学生要深刻理解物理概念，用物理概念来解释自然现象，用物理方法来解决实际问题。

参考文献：

[1]曹宝龙.概念的形成原理与教学建议：以物理概念为例[J].物理教学，2016（4）.

[2]杨坤文.如何进行物理概念的形成教学[J].物理通报，2008（12）.