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怎样开展物理课外活动

 

怎样开展物理课外活动

在中学物理教学中,使学生形成概念、掌握规律,并在此过程中发展认识能力是教学的核心问题,其中物理概念的教学又是整个物理教学的基础。因此,物理概念的教学是中学物理教师最重要的基本功之一。本讲主要阐述物理概念教学中的特点和过程。
  一、物理概念教学的重要性
  物理概念是一类物理现象和物理过程的共同性质和本质特征在人们头脑中的反映,是对物理现象和物理过程的抽象化和概括化的思维形式。一方面,物理概念反映着人类对物理世界漫长而艰难的智力活动历程,是人类智慧的结晶;另一方面,它又使人们在纷繁复杂的物理世界中,把握了事物的本质特征,成为物理思维的基本单位和有力工具。借助于这种简约、概括的思维形式,人们找到了支配复杂的物理世界的简单规律,建立了假说、模型和测量方法体系,从而筑起了规模宏大的物理学理论大厦。因而,在某种意义上说,物理学基本概念是物理学理论的根基和精髓,是物理学大厦的砖石。没有精确、严密的物理概念,也就没有定量的物理学。因此,在物理教学中,物理概念的教学是首要的任务,是进一步进行物理规律、物理理论教学的基础。如果学生没有建立起一系列清晰、准确的物理概念,不能理解特定的词所代表的物理概念的含义,就失去了进一步学习的基础。可见,建立起科学的物理概念是物理教学成功的关键。
  二、物理概念教学的复杂性
  物理概念教学的基本要求是:①使学生建立牢固、清晰的物理概念。即要求学生明确概念的内涵、外延,弄清概念之间的区别与联系,并能熟练、准确地运用概念。②在概念教学过程中,使学生学会科学的思维方法,形成良好的思维习惯,从而发展智力,培养能力。但是,由于教学过程是由教师、学生、教材等组成的复杂的系统过程,在物理概念教学过程中,系统中诸要素相互作用、相互影响,使得物理概念教学过程十分复杂,给物理概念教学任务的完成造成了许多困难。下面分别从辩证唯物主义认识论、学习心理和教学过程的实际等不同角度,对这一问题加以分析。


  (一)从辩证唯物主义认识论角度分析
  辩证唯物主义认识论认为,任何事物都是相互联系的。在形形色色的联系中,有本质的、必然的联系,也有非本质的、偶然的联系。非本质的联系常常是丰富多彩的,而本质的联系往往是单一的、内在的。内在的东西往往不能直接感知,容易被纷繁复杂的现象所掩盖,使之变得模糊不清,造成人们掌握事物本质的困难。当主体与环境发生作用时,客观事物和过程总是作为一个综合性刺激物出现,且在很多情况下,本质特征的刺激并不是最强烈的,而非本质特征的刺激不仅是形形色色的,而且还是很强烈的,在这种情况下,非本质特征的强刺激往往掩盖了本质特征的弱刺激,导致人们形成片面的,甚至是错误的认识。

  例如,在“用力推桌子则桌子移动,停止用力则桌子也停止运动”这类现象中,强烈的表面联系的刺激��“力使物体运动”掩盖了“物体具有保持原有运动状态的属性”和“力是改变物体运动状态的原因”这些本质联系的刺激,在“高速行驶的汽车比慢行的汽车难刹车”这一现象中,“速度大则惯性大”这种非本质联系的刺激掩盖了“惯性是物体的客观属性,与速度无关”这种本质特征的弱刺激。正是由于物理现象的复杂性和物理概念的深刻性、抽象性,在人类对物理世界的探索历程中,物理概念的形成往往要经历漫长而艰难的过程。


  (二)从学习心理的角度分析
  由学习心理可知,学习可分为两大类,一类是意义学习,一类是机械学习。当一些词、符号出现时,学生头脑中唤起了其代表的认知内容,这些符号对学生而言获得了心理意义。反之若未能理解符号代表的意义,而只是强记内容的学习是机械学习。

  人类积累的日常生活经验和学到的科学知识,在头脑中并不是孤立的、分离的存在着,而是相互之间都有一定的联系,形成一定的结构,这种组织起来了的知识、经验反映着事物之间的联系和世界的结构,称之为认知结构。意义学习的过程就是主体通过其认知结构与外界的相互作用来理解意义、吸收知识,发展认知结构的过程。认知结构与外界相互作用的基本方式有两种:同化和顺应。学生用自己头脑中的认知结构与新知识发生联系,建构新知识的心理意义,如果建构成功,则学生就理解了知识,然后将其纳入认知结构中的适当部位,这种过程称认知结构的“同化”;如果原认知结构与新知识差别太大或发生矛盾,则主体必须先对原认知结构进行修改或重建新的结构,依靠修改(或重建)后的认知结构去组织新知识,这种过程称为认知结构的“顺应”。通过不断的“同化”与“顺应”过程,主体不断地吸收新知识,改造、组织旧经验,发展认知结构。

  作为新知识学习的起点和学习过程的组织者,认知结构对新知识学习的质量和效率无疑具有决定性作用。所谓:教师心中要有学生”就是要求教师要了解学生认知结构特点,即了解学生的认知发展水平、思维规律、现有知识状况以及兴趣特点等。下面是中学生物理认知结构中的一些常见的缺陷,它们构成了学生学习物理概念的障碍。

  1.中学生思维特点

  中学生,特别是刚刚开始学习物理的初中学生,认知水平虽已达到形式运算阶段,具备一定的逻辑思维能力,但由于他们还未进行过系统的物理思维的训练,其物理知识、经验还有很大的局限性,因而其逻辑思维能力和思维品质还很差。具体地说:

  (1)思维的组织性、条理性差

  中学生不善于有目的、有计划、有条理的进行思维,遇到问题时,往往靠直觉经验进行判断,“想当然”的推理。

  例如,学生认为“摩擦力就是阻碍物体运动的力”;“物体浸入液体越深,所受浮力越大”;“功率越大的灯泡,其电阻越大,灯丝越细”等。

  (2)思维的广阔性、深刻性差

  中学生常常是以我为中心看待事物,因而他们往往只考虑那些能直接从日常生活经验中所建构的事物的意义,而不能从多方面分析问题,抓住事物的本质和解决问题的关键。往往被个别事物的表面现象所迷惑,形成一些片面的、肤浅的概念。

  例如,“力是使物体运动的原因”;“重的物体下落快”、“钢笔吸墨水”等概念的形成就是这种思维特点的反映。

  (3)思维的灵活性、敏捷性差

  中学生往往具有思维惰性,习惯于生搬硬套公式,而不是努力弄懂意义,根据具体问题灵活选择方法。这在运用物理概念解决问题时,尤其突出。

  (4)思维的逻辑性差

  中学生往往对某些特定事物的解释感兴趣,而不关心对各种现象的解释是否一致,这与其认知结构中概念模糊、关系含混、内在一致性差的特点有关。

  例如,学过力学后,他们可以正确回答力与运动的关系,但同时对一个空中飞行的足球进行受力分析时,又可能画上一个沿运动方向的力!

  2.学习概念的知识准备情况

  (1)缺乏与建立概念有关的知识准备。

  有些物理概念十分抽象,而且在日常生活中很少接触过,在学生认知结构中找不到适当的观念予以同化。例如某些表达物质属性的概念��密度、比热、电阻、电势等。在这种情况下,教师必须做一些演示实验,使学生获得足够的鲜明而真实的印象,在此基础上建立概念。否则,在缺乏感性知识的情况下进行概念教学,学生将因无法理解其意义而导致机械学习。

  (2)存在前概念的影响

  学生生活在丰富多彩的物理世界中,在正式学习物理以前,就已形成了一系列观念或概念,但由于如前所述的思维水平、感知范围的局限,这些概念往往是片面的,甚至是错误的。在这些前概念中,有的已根深蒂固,并形成一定的理论体系,(例如像亚里士多德式力学理论),学生已习惯于用这些概念来解释所遇到的现象,而很难接受与之相抵触的科学的概念。
  (三)从教学活动的角度分析


  由于受传统教学观念影响以及升学的压力等原因,在物理教学中常常会采用一些不符合教学规律的做法,这些做法削弱了概念教学,影响物理教学的效果。例如:

  1.不重视实验,学生得不到充分的感性知识,结果只记住了概念定义,并不理解其含义。

  2.受传统教育观念的影响,常常将学生视为“真理”的被动接受者,而不是主动的建构者。向学生灌输知识,结果导致机械学习,使原来的不科学的概念不能发生转化。

  3.将概念教学与做习题隔离,甚至对立起来,不是从深化、活化概念入手形成技能,而是搞大习题量,搞习题分类,结果学生占用了大量时间去做习题、背题型。削弱了概念教学,也没有很好地形成应用概念的技能。

  4.不注意概念形成的阶段性,不是采取循序渐进,逐步完善的方法,而是毕其功于一役,面对太多的信息量,学生无法一下子全部消化吸收,不利于形成扎实的物理概念。 

  (四)从物理概念的教学目标来分析
  由于物理概念教学的重要性和复杂性,物理概念往往是物理教学中的重点和难点,教学要求较高。物理概念教学担负着以下两个任务:

  1.使学生掌握物理概念

  怎样才算掌握了一个物理概念呢?可以借助于这样一种“概念图式”模型来说明:

  掌握了一个物理概念,就意味着在意识中形成了一个“概念图式”,该图式包含这样一些内容:用来解释概念含义的有关物理现象、过程的表象;明确表达概念内涵、外延的命题性知识;运用概念解决问题的技能;以及伴随着概念形成过程中所形成的认知策略等。这些不同层次的知识围绕概念名称建立起实质性联系,形成一种以命题知识为中心的具有紧密结构的功能单位。另外,这一“概念图式”还向外延伸,与认知结构中其他概念、规律图式建立起广泛的实质性联系。从这一模型来看,真正掌握物理概念是很复杂的,在教学过程中必须遵循概念形成的规律,循序渐进,逐步形成和完善概念。另外,概念的发展是无止境的,它随着整体认知结构的完善而不断完善。

  2.培养学生物理思维能力和良好的思维习惯

  从前面的分析可知,中学生的物理思维能力、思维品质还是较差的,极待提高。而概念是人类智慧的结晶,凝结着很高的智力价值,是培养能力、提高智力的很好教材。因而,培养能力是物理概念教学的另一重要任务。在概念形成各环节中,要注意正确引导使学生在掌握概念的同时提高认知能力,纠正一些不良思维习惯,形成科学的物理学思想方法。

  综上所述,物理概念抽象、深刻,教学要求较高;而学生的认识能力、知识基础较差,这一矛盾造成了概念教学的复杂性和艰巨性。但只要教师树立正确的教学指导思想,清楚学生的认知结构特点,按教学规律和学生心理特点进行教学,是能够完成形成概念、培养能力的艰巨任务的。
  三、物理概念教学的一般过程


  物理概念一般可分为两类,一类是只有质的规定性的概念,如运动、静止、电场、光等;另一类不仅具有质的规定性,还有量的规定性,这种概念又叫物理量。例如速度、加速度、功、动能、动量、电流强度、场强等。物理量的定义应包括描述性定义和测量性定义两部分。由于物理学是一门定量科学,所以物理量在物理学科中占有重要地位。

  从前面对物理概念教学的讨论可以看出,物理概念教学的过程是在教师指导下,调动学生认知结构中的已有感性经验和知识去感知理解材料,经过思维加工产生认识飞跃(包括观念转变),最后组织成完整的概念图式结构的过程。为了使学生掌握概念和发展认识能力,必须扎扎实实地处理好每一个环节。以下将概念形成过程分“引入”、“形成”和“巩固与深化”三个阶段来具体阐述。
  (一)概念的引入


  概念引入是物理概念教学的必经环节,通过这一过程使学生了解为什么要引入这一概念,引入它有什么作用。这步工作有如下两个作用:

  第一,在认知结构中找一个适当的“生长点”以便建立概念。好像在一片正在建设着的建筑工地上找到建一座新楼的地址,而这一地址可能早已有了,并且还有一定的“根基”和“建筑材料”(有关经验,前概念)。也可能还没有,需在适当的地方开辟一块空地备用。在找到地址的同时也记住了该地址的“位置”和“号码”(新开辟的“地址”要立即“编码”),以便以后查找该建筑。

  通过概念引入步骤,一开始就使学生明确概念在认知结构中的地位,从整体认知结构中把握概念,强调认知结构的整体性和知识的内在联系,利于在应用概念时能迅速提取。

  第二,将新知识与认知结构联系起来,激活思维,激发求知欲,为建立概念的复杂智力活动做好心理准备。

  概念的引入要根据学生认知结构中相应知识状况和新概念的不同特点,采取灵活多样的方法。一般可采用下述方法:

  1.从生活实际引入

  例如力的概念可从推土机推土、人提水、马拉车、汽车压路面等现象引入。这实质上是帮助学生提取储存在头脑中的感性知识,以在对这些感性知识加工的基础上形成概念。

  这种方法简便易行,学生感到亲切自然。而且从生活实际中引入概念,有助于培养学生注意观察、勤于思考、善于运用概念分析问题的能力和习惯。

  2.从实验现象引入

  对于缺乏建立概念所需的足够的感性经验,可以通过一些典型实验,使学生获得鲜明的感性知识,在此基础上进一步探索,形成概念。

  例如,讲惯性概念时,就可以先做课本上介绍的实验,同时结合已有的经验,通过讨论分析,建立概念。经常运用实验,不仅能提供概念教学所必须的感性材料,还可激发学生兴趣,培养观察力、注意力,并建立物理学是一门实验科学的观念。

  3.在复习旧知识的基础上引入

  有些情况下,特别是到了高年级,学生已建立了许多物理概念,物理感性知识也更丰富。这时可在复习有关旧知识基础上引入新概念。

  例如高中讲电势能、电势概念时,可先引导学生回忆重力做功与路径无关、重力势能等知识,通过类比,建立新概念。这是认知结构同化作用的体现。适合这种情况的新的知识的关系可以是多种多样的,如可以是类比的(如重力势能与电势能;电流与水流);对比的(如功率与速度);类属的〔下位关系的〕(如从能的概念同化分子能、核能等);或归纳推广的〔上位关系的〕(如由机械能、电能、内能概念概括出能)。等等。

  这种依靠旧知识同化新知识的方法,有利于巩固知识,强化知识的内在联系,并且对形成结构清晰,联系紧密的物理认知结构具有重要意义。

  4.从理论需要引入

  这种方法强调知识的内在逻辑性和知识体系的整体性,对于形成良好的认知结构也十分有利。对于能、热量、理想气体三个状态参量、场强、电流强度等概念,都可用此法引入。

  在引入概念时,无论采取什么方法都要注意:①选择的感性材料要典型、全面,要突出与概念有关的本质特征和属性,尽量减少非本质特征的干扰。②选择的旧知识一定要与新知识有实质性联系。否则,容易形成模糊的或错误的概念,或在认知结构中形成不正确的联系。
  (二)概念的形成


  1.揭露本质特征,实现观念上的突破

  在这一环节的教学中,大致有这样两种情况:

  一种是学生的感性材料基本能解决将要建立的概念,或在缺乏感性材料的情况下,通过实验提供了大量鲜明生动的感性材料。在这种情况下建立概念,一般没有很大阻力,通过分析、归纳、分类、对比等思维方法可以掘弃非本质的东西,突出本质的特征和属性,从而实现认识上的飞跃。

  另一种情况是,学生已有了相当充分的前概念,但是与将要建立的概念相抵触。这时,直接讲授新概念往往不能奏效。因为学生对其前概念深信不疑,并已习惯于用原有的概念框架去理解事物,建构意义。当他带着自己的概念框架来听教师的讲授时,往往只接纳了那些与其原结构相协调的内容,而相矛盾的内容往往引不起注意。或因无法理解,即使勉强记住了一些概念的结论,也无法融会贯通而只能将新学到的结论与原来的概念分别搁置,遇到实际问题时,仍按原来的概念框架进行思维。

  实现观念的转变,关键是设法给学生一个巨大的“震颤”,以动摇其顽固信念的基础。综观物理学发展的历史,历次重大观念变革到来之前,都要经历一系列“危机”与“灾难”,在一些无法回避的矛盾冲击下,人们才不得不走出他们建造的象牙之塔,以批判的态度重新审定他们曾坚信完美无缺的塔的根基。只有在这时,才有可能发现问题,导致观念的革命性转变。但无论如何,要使学生放弃他曾坚信不移的观念,接受一种全新的观念,都是一个极其艰难的过程,有时甚至出现反复。为此,我们建议运用下述三个步骤,来实现观念的彻底转化:

  第一步:诱导学生暴露其原有概念框架,包括结论、例证、推论等。并在适当的时候提出矛盾,给予其原有错误理论框架沉重的一击。

  使学生暴露观点的方法很多,例如,可以通过师生谈话法;预测��实验��解释法;也可用精心设计的诊断性题目,事先了解学生的前概念框架。要运用延迟评价的原则,即待所有学生的观点都充分暴露后,再提出矛盾。以免问题暴露不完全,解决不彻底。

  第二步:组织讨论,乃至争论,揭露前概念框架的不合理性,从而使学生自愿放弃旧的观念。这种变化决非轻而易举的,只有在主体意识到以下几种情况时,才能放弃原框架。

  ①遇到新的问题,原有概念框架无法解释,无力解决。

  ②过去认为很重要的知识,现在看来,在解释某些现象时,已不是必要的了。或者说,原来的概念框架并不是某些现象的最终原因,可能有更根本、更深刻的概念来取代它。

  ③发现原来概念框架在某些方面违背了常理或已被公认的原理。

  ④从原概念框架推出的结论是荒谬的,无法接受的。

  ⑤原概念与其他有关领域的知识相冲突。第三步:引导学生接受(或尝试建立)新的概念框架。新的概念框架必须具备以下优越性、学生才可能接受。

  ①能够成功地解释旧概念框架无法解释的现象和问题而不带来新的矛盾。

  ②新概念框架比旧框架更根本,包括更多的本质内容。

  ③新概念框架及其推论是合理的,可以接受的。

  ④新概念框架与认知结构中其他知识没有冲突。

  以上三个步骤是紧密联系的,不能截然分开。另外对有些概念的转化,也不一定需要如此复杂的程序,但要体现概念教学过程的精神。

  2.明确概念的定义

  揭露出事物的本质属性,概念的定义也就是水到渠成的事了。这时,可启发学生用恰当、简洁的文字准确地表达出这些本质属性的内容。

  在给物理量下定义时,除了文字表述之外,还需要导出定义式,并明确式中符号所代表的含义及各量的单位。

  3.讨论概念的物理意义

  得出了概念的定义,并不是认识概念的结束。还要从定义出发,讨论概念的内涵与外延、概念的物理含义、用途等,从不同角度丰富对概念的认识。

  例如,得出电阻的定义R=U/I之后,要对其物理含义进行讨论,使学生明确以下几点:

  ①物理意义: R=U/I是电阻的定义式,它表明,对特定的导体,加在其两端的电压越大,产生的电流强度越大,但U/I比值是一常量,这一常量由组成导体的材料及导体的尺寸决定(决定式R=ρL/S),与加在导体两端的电压无关。即R∝U是错误的。

  ②作用:R用来描述导体对电流的阻碍作用,任何导体都有这种性质。

  ③ R=U/I提供了一种测量导体龟阻的方法(伏安法),同时,以上三个量知道了两个可求第三个。

  对物理量的定义式,要特别强调物理量的物理意义,避免数学化的理解。如R∝U一类错误认识。再如物理学中正负号也是有明确伪物理含义的。要加以强调。只有清楚了物理量的含义,才能准确地理解概念,正确地运用概念。


  (三)巩固深化概念,发展运用概念的技能


  要使学生牢固、清晰的掌握物理概念,必须经过概念的巩固、深化阶段。通过这一阶段达到这样两个目的:

  1.对易混淆的概念进行辨析,进一步理解它们之间的区别与联系

  有比较才有鉴别。因而将易混淆的概念加以对比、辨析、明确它们之间的区别与联系,是帮助学生纠正错误概念,理解、巩固、深化概念最有力的措施。例如,运动和力、惯性与力、功与能、温度与热量等都是容易混淆的概念。通过对比、辨析,明确概念的界限、概念之间的关系,有利于形成清晰的概念、层次清楚的认知结构。

  2.通过练习形成运用概念的技能

  学习概念,是为了能运用概念进行思维,运用概念解决问题。依据认识论的观点,一个完整的教学过程必须经过:由感性的具体发展到抽象的规定,再由抽象的规定发展到思维中的具体,这样两个科学抽象的阶段。因而概念的运用阶段也是物理概念教学不可缺少的环节。但要注意,练习的目的在于巩固和深化概念,形成技能,培养分析问题、解决问题的能力。因此,选题要典型、灵活多样,对题目的挖掘、探讨要力求深入。将做习题与概念教学分离,甚至相对立,搞题海战术的做法,不仅浪费时间、浪费精力,还容易使学生形成呆板、机械、生搬硬套的思维习惯,不利于深化、活化概念,也不利于分析问题能力的提高。
 

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