高中物理力学核心概念学习进阶研究

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概念教学一直是理科教学的主体和中心,学生对于学科知识的把握与运用取决于是否掌握了该学科内容的主题思想和精髓,而这一部分内容多体现在学科中的高度抽象和具有代表意义的概念性知识。核心概念作为串联整个学科或者学科分支对象的关键概念,其研究已成为国际上理科教育的一个重要领域,我国部分中学课程标准也提出要帮助学生深入理解学科的核心概念。学习是一个循序渐进的过程,需要连贯性、由浅入深、由简单到复杂,概念学习特别是核心概念的学习更应遵循这样的原则。学习进阶是学生关于某一核心知识及其相关方法、技能、实践活动在一段时间内进步发展的历程,揭示了学生学习的认知过程和发展模式。本研究以我国高中物理力学部分为载体,通过分析比较美中两国课程标准,梳理归纳人教版高中物理教材和参考调查一线教师意见,共检索到核心概念五个:力、运动、牛顿第一定律、牛顿第二定律和牛顿第三定律。以石家庄市地区省,市,县三级学校共计280名学生为研究对象,依托“力的概念测试”制定学习进阶测试量表,就上述五个概念做进阶水平量化研究。经统计比较相应题组中各题的正确率---集中度二维类型初步确定有关概念的进阶情况,最后通过分析各题组的测试结果确定了进阶水平。结论如下:(1)核心概念“力”的学习进阶表述水平1:物体静止或者物体运动方向与受力方向一致,且物体做匀速直线运动,那么物体所受合外力为零,属平衡状态,如果物体仅受两个力的作用,这两个力大小相等,方向相反。受力分析时不考虑大气压力的作用。水平2:做圆周运动的物体受到向心力的作用,方向始终指向圆心。向心力不是物体实际受到的力,它是物体所受各个力的合力或分力。作圆周运动的物体在运动方向上不受力。水平3:做匀变速直线运动的物体,加速运动,受力方向与运动方向相同;减速运动,受力方向与运动方向相反。竖直上抛运动中,不计阻力,物体先减速上升是由于竖直向下的重力作用,再加速下落也是由于竖直向下的重力作用。水平4:物体受力如何与运动方向无关,力是改变物体运动状态的原因不是维持运动的原因。在物体运动方向上不一定存在相同方向上的力。如果在物体受力方向与运动方向垂直,且物体作匀速直线运动,那么物体不受运动方向上的力,只受到与运动方向垂直的平衡力作用。(2)核心概念“运动”的学习进阶表述水平1:物体沿水平方向上做匀速直线运动,只受到重力的作用,以地面为参考系,物体运行轨迹为抛物线。水平2:自由下落的物体,下落过程中受到重力和空气阻力,在不计阻力下,物体做自由落体运动,物体下落的速度越来越快,与物体轻重无关;物体下落的时间由下落的高度决定,与物体质量无关。物体做平抛运动,如果水平方向速度相同,其落地点距计时点的水平距离与其下落的高度有关,与质量无关。水平3:匀速直线运动在相等的时间间隔内位移相等,速度恒定,加速度为零。如果在相等的时间间隔内物体位移越大,速度越大。匀变速直线运动中某一位置的瞬时速度等于相邻相等时间间隔内的平均速度。做匀速直线运动物体总有一时刻与初速度为零的匀加速直线运动的物体速率相同。水平4:平抛运动的轨迹是抛物线,抛物线的凹面总指向物体所受恒力的方向,而且抛物线的始端总在物体只受这个恒力作用时对应的位置。平抛运动可分解为水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的匀加速直线运动,两个分运动具有等时性。(3)核心概念“牛顿第一定律”的学习进阶表述水平1:具有初速度的物体,无外力作用后,运动轨迹为直线,运动速度保持不变。水平2:距地面一定高度上的某一水平面内圆周运动物体,无外力作用后,物体运动轨迹依然为直线,物体运动速度保持不变。水平3:具有初速度的物体,受瞬时作用力后,物体运动速度依然保持恒定。水平4:平抛运动物体在某一点时失去外力后,物体运动轨迹为直线。(4)核心概念“牛顿第二定律”的学习进阶表述水平1:如果静止在粗糙水平面上的物体受到一水平恒定外力作用后以恒定速度沿水平方向运动,那么该物体所受合外力不变仍为零,加速度为零,水平方向上外力与阻力是一对平衡力。水平2:物体在外力作用下做匀加速直线运动,突然撤去外力,物体将会在阻力的作用下,产生一个与运动方向相反的加速度使物体立即减速运动直至停止。水平3:物体在水平地面上做匀速直线运动,施加恒定外力作用,那么在力的方向上就会产生恒定加速度。如果恒力的方向与物体运动方向相同或是夹锐角,物体将会一直加速运动;如果相反或是夹钝角,物体将会先减速,然后再反向加速。水平4:瞬时冲击力只产生瞬时加速度。(5)核心概念“牛顿第三定律”的学习进阶表述水平1:静止的两个物体,当一个物体对另一个物体施加了力,另一物体同时也会对这个物体施加力的作用,力的大小跟物体的质量无关,它们的大小相等,方向相反;当这个物体停止施力,另一物体施加的力也会消失。两物体碰撞过程中彼此间的作用力,大小相等,方向相反。水平2:一个物体推动另一物体加速运动,彼此之间的作用力大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。水平3:互相接触且保持共速的两物体之间不存在运动方向上的作用力。
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