例谈高中物理教学中物理概念的4种引入方法

杨海英　谭敏　徐晓梅

[摘   要]物理概念學习是形成物理观念的起点，物理概念教学是物理教学的重要组成部分，而物理概念的引入是学生学习物理概念的先导。文章结合实例介绍了以下4种常用的引入物理概念方法：运用演示实验引入物理概念;联系实际生活引入物理概念;设置认知冲突引入物理概念;运用类比法引入物理概念。运用这些方法可以丰富和促进物理概念教学。

[关键词]高中物理;物理概念;引入

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）02-0035-03

一、前言

物理概念是物理现象和物理过程本质属性的概括，也是物理学的研究成果。我国《普通高中物理课程标准（2017年版）》（后文简称《新课标》）中明确指出：在教学过程中，通过对物理概念的逐步学习、系统地反思和迁移应用，可以不断发展学生的物质观念、运动与相互作用观念以及能量观念，并使学生学会用这些观念解释自然现象，解决生活生产中的一些实际问题。《新课标》还指出：创设体现物理概念本质特征的情境是概念教学的关键，它可以发展学生的科学思维。学生在学习物理概念之前，需以大量经验性常识为基础建构物理概念，完成从经验性常识向物理概念转变的过程。

高中物理概念的呈现大多以抽象思维为主，如质点、点电荷、万有引力、电场、磁场等概念，高中生在学习物理概念的过程中，如果基础知识的缺失或不足，或是前概念的负迁移，或受思维定式的影响，均会导致学生对物理概念的学习与理解产生一定的困难。高中物理概念的教学要根据课程标准的要求、物理概念的特点以及学生的认知规律来展开，其教学过程大致包括三个环节：创设物理情境，引入物理概念;运用科学思维方法，引导学生建立物理概念;选择具体问题建立物理概念。

在物理概念教学中重视物理情境的创设是《新课标》的要求，也是物理概念教学的特点和学生认知发展的要求。当物理概念比较抽象时，如果能创设直观、形象的物理概念教学情境，学生就容易获取更多的表象，在直观的基础上抽象，从感性认识上升到理性认识，进而形成物理概念，为学生理解物理概念减轻了难度。文章将结合《新课标》的要求、物理概念教学的规律以及高中生的认知特点，结合实例介绍4种常用的引入物理概念的方法，意在丰富和扩展高中物理概念教学的引入方法。

二、高中物理教学中物理概念的4种引入方法

1.运用演示实验引入物理概念

物理现象是一种真实的、鲜活的、生动的自然现象，演示实验能够使学生在特定的时间和空间区域仔细观察，正确认识现象的关键特征，获得正确的表象[1]。《新课标》中明确指出：演示实验是教师与学生共同探究物理问题的学习方式，是体验性较强的学习方式，教师要积极利用各种器材开展创新实验，尽可能多地开发高质量的、能引起学生浓厚兴趣的演示实验。运用演示实验创设教学情境引入物理概念能给学生一个清晰直观的认识。学生在观察演示实验时，可以获得大量感性信息，同时也会通过思考，提出一系列的问题，进一步为思维加工提供良好的基础。下面以人教版高中物理必修1第四章第七节中“超重和失重”概念教学为例。

（1）教学背景

学生在学习超重和失重概念之前，已经学习了牛顿运动定律，初步理解牛顿运动定律的内容，会利用牛顿运动定律解决一些简单问题，具备探究学习“超重和失重”的知识和能力。《新课标》中明确指出教师要通过实验引导学生认识超重和失重现象，因此，运用演示实验来引入概念能使学生加深对概念的理解。

（2）教学片段设计

情境一：以纸带和一重物为实验器材进行演示实验，纸带中间部位剪一个小缺口，一端挂重物，用手提起另一端向上匀速运动，纸带没有断;向下匀速运动，纸带依然没有断;提着重物快速向下运动，突然停止，纸带断裂。

提出问题：纸带为什么会断裂，是在什么时候断裂的？

情境二：取一装有水的纸杯，在纸杯靠近底部的部位戳两个小孔，水从孔中喷出。教师将水杯从某一位置自由下落，水没有从小孔中喷出。

提出问题：水杯中的水在下落过程中为什么没有从孔中喷出？

通过设计简单而巧妙的演示实验，让学生初步体验超重、失重现象，从而开始超重与失重概念的学习。演示实验需要的仪器少，在实验过程中比较节省操作时间，这也就使得演示实验成为教师在物理概念教学情境创设中的优先选择。

2.联系实际生活引入物理概念

学生最为熟悉的环境来源于生活，日常生活中的所见所闻很多都与物理有关，由于学生有经验，有体验，一旦将这些熟知的场景同所学的物理概念联系起来，就能使学生有一种身临其境的感受，为理解物理概念提供了感性认识。当学生再次遇到类似的生活情境时，习得的物理概念将重复出现，也使相关的物理概念得到巩固，从而加深了学生对物理概念的理解。下面以人教版高中物理必修1第一章第一节“质点”概念教学为例。

（1）教学背景

质点在高中物理学习中是一个重要的物理概念，在教学过程中教师有必要一开始就让学生对它有一个感性的认识——没有大小和形状，但聚集了物体全部的质量。《新课标》明确要求教师在教学过程中要引导学生经历质点模型的构建过程，了解质点的含义。质点是一种理想化模型，理想化模型的建立使人们对物体运动的描述成为可能，而且更加深刻地把握住了事物的本质。因此，在教学过程中，教师应根据学生的实际情况，结合学生从生活情境中逐步抽象出的质点模型，引出质点的概念。

（2）教学片段设计

教师：生活中我们随处都能看到物体的运动：汽车在公路上行驶，鸟儿在飞翔，树叶在摇动……连我们脚下的地球也在不停地转动。这些都是我们生活中常见的运动现象，下面就请4位同学以涂鸦的方式描绘出一幅风中摇摆的树叶画;一幅百米赛跑中运动员从起点跑到终点的画;一幅学生从家骑行1km到学校的画;一幅某人乘坐高铁从昆明去上海的画。其他同学对这些画进行点评，看看哪幅画更符合题意。

在绘画的过程中学生会把注意力集中在树叶、人画得像不像上，通过教师引导以及学生的点评得出问题的关键：第一幅画需要把树叶画清楚;第二幅画不需要把注意力放在运动员本身画得像不像上，主要体现运动员的赛跑路线就好了;第三幅画跟第二幅画一样主要体现骑行路线，自行车可以看成一个“点”;第四幅画不需要把注意力放在人的身上，此时人可以看成为一个“点”。

教师再让学生思考一个问题：若要研究物体的运动，什么时候可以不考虑细节，也就是类似它的形状、大小、体积、颜色等因素？（逐步建立质点模型）

结合生活中常见的运动现象，选择一些学生喜欢或者熟悉的画面，让学生根据要求以他们喜欢的涂鸦方式描绘情境，在轻松的氛围中开始了质点概念的学习。结合生活实例引入物理概念，可以培养学生应用所学的物理知识处理实际问题的能力，培养学生理论联系实际的能力，对促进学生的全面发展有着重要的作用。

3.设置认知冲突引入物理概念

设置认知冲突引入物理概念，是将新旧知识的矛盾尖锐地摆在学生的面前，使他们带着要解决问题的迫切心情投入物理概念的学习，激起学生的学习兴趣和求知欲望。在教学过程中只有不断地打破学生原有的认知结构，使他们的思维远离平衡状态，才能有效地调动学生学习新概念的积极性。下面以人教版高中物理必修1第三章第一节中“重心”概念教学为例。

（1）教学背景

重心是物理学中重力这一知识点里的重要概念，在初中，学生已经初步学习了重心的概念，但只停留在表象认知水平。就课程内容以及学生现有接受能力而言，学生对重心概念的理解以及确定不规则物体的重心位置是教学难点。

（2）教学片段设计

教师可以用一个圆形盒子（如图1所示），一块石头，一块长木板来做实验（实验过程如图2）。课前教师先用胶带将石头粘在盒子内部，课堂上教师利用长木板搭成一个斜面，将盒子竖直放置在斜面上，用手按住顶部（学生事先不知道盒子里面装了石头）。

提出问题：按在盒子顶部的手松开后，盒子在斜面上会如何运动？

学生提出猜想：沿斜面往下滚。

教师第一次松手后，盒子沿斜面往上滚;第二次从同一位置松手后，盒子沿斜面往下滚;第三次松手后，盒子静止在斜面上。

教师：为什么同一个盒子在同一位置松手，却出现了不同的结果呢？

在学生的认知中，手松开，盒子会沿斜面往下滚，然而在课堂上观察到的现象与认知发生了冲突，学生将注意力集中在盒子上，这时教师将盒子打开，盒子里面的石头出现在学生眼前，学生开始思考石头为什么能使盒子出现这三种现象，从而进入了重心概念的学习。

最终会得出结论：当盒子放置的位置如图2（a）时，重心位置下移，盒子往上滚;当盒子放置的位置如图2（b）时，重心位置往下移，盒子往下滚;当盒子放置位置如图2（c）时，重心位置最低，盒子将静止在斜面上。

教师先通过实验——“神奇的盒子”给学生一种与他们认为不一样的现象，与学生的认知矛盾，这时学生带着问题进入“重心”概念的学习。引发认知冲突在概念转变过程中有重要作用，因為只有体验了认知冲突，学生才能够感受已有概念的不足，认识到替换或调整已有概念的必要性[2]。设置认知冲突引入物理概念能提高学生学习物理概念的兴趣，使学生在分析物理现象时得出物理概念，优化学生的物理认知结构。

4. 运用类比法引入物理概念

类比法是科学探究中常用的方法，物理学科中的许多概念、定理就是用该方法得出的，借用类比方法，可以方便学生从形象思维过渡到抽象思维，这对新概念、新定理的理解和接受有积极的作用[3]。从学生学习的角度来看，运用类比法引入物理概念必须具备以下两个前提条件：一是学生对类比的对象要有充分的认知，这是学生认知的知识基础;二是学生能够发现类比的对象和被类比对象之间的某些共性，这是学生做出类比推理的基础。以学生现有观念为基础运用类比法引入物理概念，能促使学生从现有观念向科学观念发展。下面以人教版高中物理选修3-1第一章第四节中“电势能”概念教学为例。

（1）教学背景

《电势能和电势》这一节的内容是高中物理概念教学中的重点和难点，它上承电场强度，下启电势差，是静电场部分的核心内容。《新课标》明确要求要知道静电场中的电荷具有电势能，了解电势能的含义。因此，电势能的学习非常重要。高中物理人教版教材中把这一节的内容分为四个部分：静电力做功的特点、电势能、电势和等势面。教材中涉及电场力做功与电势能变化的关系以及两个重点概念（电势能和电势），这两个概念较抽象、综合性较强，学生理解起来比较困难，通过类比重力势能来引入电势能概念可以降低学生学习的难度，对学生顺应和同化概念有很大帮助。

（2）教学片段设计

教师：在重力场中，物体会自动从高处落到低处，水会自动从高处流到低处。一个苹果从树上自由落下，是什么原因使它落下的呢？

学生：受到向下的重力作用。

教师：苹果在下落的过程中什么能转化为动能？什么力做功实现了能量转化？

学生：下落过程中重力做功，使重力势能转化为动能。

教师：如图3所示，在匀强电场中将试探电荷+q分别从A点与B点由静止释放，从前面所学的电场力做功的特点来看，它运动到C点的速度有什么不同吗？通过跟重力场类比，同样的试探电荷+q在A点与B点有什么不同吗？

通过类比，引导学生分析电势能与重力势能的相似之处，为后续学习电势能的相对性以及电势能概念做好铺垫。运用类比法引入物理概念的例子还有很多，例如：类比速度引入加速度;类比电场引入磁场;类比光波引入物质波;类比等高线引入等势面等。类比法是一种从已知到未知，探求新领域的方法，教师在教学过程中应适当引导学生运用类比法引入物理概念，抓住物理概念系统中同类要素的联系，按照概念本身的结构规律通过类比迁移获得新概念。

三、结束语

物理概念的引入是物理概念教学的开端，也是首要环节，合理的开头不仅可以激发学生的学习兴趣、引起学生的认知冲突、调动学生的积极性，还能为学生形成物理概念做好准备。物理概念教学中，概念的引入方法有很多种，除以上4种以外还有运用新旧知识的联系引入物理概念，运用物理学史引入物理概念，运用现代信息技术引入物理概念，等等。其中，随着现代信息技术的快速发展，以多媒体技术为核心的现代信息技术在高中物理教学中得到了广泛的应用。现代信息技术在高中物理概念课的课堂导入环节中有着重要的作用，引入物理概念时可以通过图片、图像创设教学情境;通过动画创设教学情境;利用影像视频创设教学情境;利用生产、生活场景创设教学情境;利用实验视频创设教学情境，等等。在教学过程中，当某些物理现象很难真实呈现在学生眼前时，利用信息技术向学生展示相关现象就可以牢牢吸引学生的注意力，激发学生学习的兴趣。当然，现代信息技术不仅可以用于创设教学情境引入物理概念，还可用于促进学生的学习方式、教师的教学方式、师生的互动方式以及教学内容的呈现方式的变革，为学生创造多样化的学习环境，进而提高学习效率。

很多时候在物理概念引入的实际教学过程中往往需要将几种方法结合起来运用。究竟选用什么方法，或者多种方法结合起来引入某一物理概念是需要教师在教学过程中根据课程标准的要求、概念教学的特点、学生认知发展规律以及教学条件来选出最佳方式进行教学的。

[   参   考   文   献   ]

[1]  胡韩荣.高中物理教学中演示实验的作用 [J].物理教师，2010（4）：26-28.

[2]  季渴.物理教学中认知冲突策略研究[D].大连：辽宁师范大学，2011.

[3]  黄海标.高中物理概念教学策略[J].高中数理化，2013（6）：38-39.

（责任编辑 易志毅）