浅谈高中物理概念教学

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  概念是客观事物的共同属性和本质特征在人们头脑中的反映,是客观事物的抽象,是观察、实验和思维相结合的产物。物理概念的形成有利于人们认识客观世界,在物理教学中,物理概念的掌握有利于学生思维活动的开展,因此概念教学具有重要的意义。这就要求教师在物理教学中引导学生通过分析、综合、比较、抽象、概括等思维活动,排除各种次要因素的干扰,抓住事物的共同属性和本质特征,理解并掌握有关概念。
  一、物理概念的抽象概括
  一是分析概括一类事物的物理共同属性和本质特征。[2]如机械振动、平动、转动、平面平行运动、圆周运动、落体运动、力、热力学过程等物理概念,就是通过分析、综合、比较、抽象、概括出一类事物的物理共同属性和本质特征。以机械振动概念的建立为例,我们经常观察到这样的物理现象,弹簧的一端系着一个小球,另一端固定,放在水平的桌面上,拉长或者压缩弹簧,然后放开,小球将在某个位置(即平衡位置)附近做往复运动;绳子的一端系着另一物体,另一端固定在天花板上,拉物体使绳子偏离竖直方向,然后放开,系统将绕竖直方向做往复运动;在粗而深的直筒中装满水,在水中放一支比重计,使其浮在水面上,沿竖直方向向下压比重计,然后放开,比重计将沿竖直方向做上、下的往复运动;圆环槽内的小球在竖直平面内绕平衡位置做往复运动等等,这些运动有一个共同的、本质的特征,即物体在某一平衡位置附近做往复运动。具有这一特征的运动成为振动。
  二是抽象出物质、运动的某一属性,得到表征物质或运动的某种物质的物理量。[3]如密度、速度、比热、电阻、电场强度、磁感应强度、质量、光强等物理概念的建立都运用了这一方法。比值定义法是这一抽象概括方法的重要组成部分。要特别注意的是,用比值定义的物理量只反映了物质或运动的某一属性,与定义式中的其他物理量无关。如电场强度E和F与电量q无关;密度与质量m和体积V都无关。
  三是用理想化的方法进行科学抽象。物理学中的一切思想模型(如质点、刚体、理想流体、理想气体、绝对黑体、纯电阻等)、一切理想过程(如简谐运动、准静态过程、理想卡诺循环、光的直线传播、自由落体运动等)都是用理想化方法抽象出来的概念。
  二、物理概念的推导
  1.概念组合
  物理学中的概念组成是一个有机的整体,各个概念之间存在密切的逻辑关系,一个物理概念,往往是一些物理概念的发展,又是另一些概念的基础。因此,依据概念之间的这种关系,由一个或者几个已知的物理概念可以组成另一个新的物理概念。例如,由质量和速度组合成动量的概念(ρ=mv),由力与时间组合成冲量的概念(I=Ft),由位置矢量和力组成力矩的概念(M=rF),由机械振动的概念发展成机械波的概念(机械振动在弹性媒介中的传播)等,都是依据概念之间的联系,将一个或者几个已知的概念组合或发展成新的物理概念。
  2.类比推导
  运用类比推理的方法,可以借助已有的物理概念建立新的物理概念。例如:机械波、水波、声波、光波、无线电波、地震波等各种波动,尽管它们处理不同的领域,甚至具有不同的物理实质,但是由于其间存在着相似性和可类比性,使得我们可以建立一些普适的物理概念,如波长、频率、周期、波速等。
  引力做功与路径无关或其环路积分为零,说明引力是保守力,可以引入取决于系统相对位置的引力势能。而弹性力、静电力、分子力做功也与路径无关,说明这些力是保守力,因此,可以类比于引力势能,引入相应的弹性势能、静电势能、分子势能等。同样,克劳休斯证明了热力学系统在可逆过程中∮dσ/T=0(dσ是热量,T是热力学温度),由此引入函数熵,使得热力学第二定律得以定量表述。
  比较库仑定律与万有引力定律的数学表达式,发现它们具有惊人的相似之处,它们都服从平方反比定律,库仑定律中的q和万有引力中的m相当,库伦定律中的k与万有引力定律中的G相当。但是它们也有各自的特殊性:万有引力总是引力,而库仑力既可以是引力,也可以是斥力;库仑力存在于两个带电体之间,而万有引力存在于任何两个物体之间。[4]类比于静电场,我们可以在引力场中引入“引力场强”“引力线”的概念,从而用“引力场强”研究引力场中的力的性质,用“引力线”形象地描述引力场。
  三、结语
  总之,由于新的物理概念的建立往往是智力上的巨大飞跃,是从现实到本质的巨大跨越,故需要各种思维形式的参与,需要利用各种思维方法,根据问题的要求,以来当时的知识背景,充分发挥想象力,达到对客观事物的物理共同属性和本质特征的认识。高中物理教师要不断与时俱进,开拓创新,寻找出一条条适合学生学习的新道路。
  参考文献
  [1]李池刚.高中物理教材中自感演示实验的改进[J].教学管理,2011,(7):156.
  [2]蔡静.高中物理电动势概念教学设计及建议[J].教学与管理,2009,(3):19-21.
  [3]安素萍.高中物理课堂教学中应用研究性学习的研究与实践[J].山西师大学报,2004,(1):89.
  [4]张国伦.怎样搞好高中物理概念教学[J].才智,2009,(9):176.
  (责任编辑 黄春香)
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