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概念层次教学
我们在多年的教学实践中深深体会到:概念清晰、准确、有层次,是理解和掌握基础知识的保证,也是运用知识解决问题的前提,更有助于促进解题能力的提高和思维能力的发展。
一般,我们把概念的掌握过程分为引入、形成、巩固、深化四个层次,每个层次的特点要求及各层次与教学阶段的对应关系简析如下:
概念的引入,必须符合学生的认识规律。虽然中学生的抽象逻辑思维能力日益发展,但他们思考问题时,仍需要感性材料的支持,因此,引入概念要尽量做到从生活实际、实物模型出发,让学生感知物理知识与现实世界的密切联系,以增强学习兴趣与信心。如“冲量”概念的建立一直是教学上的难点,若从学生熟悉的生活现象引入则容易被学生接受。以划船为例,船上的人用浆或篙推岸,使船由静止达到某一速度。用的力小,要较长时间才能使船达到这一速度;用的力大,作用时间就可以短些。
可见,要使物体的速度大小发生改变,跟力和力的作用时间都有关系:作用在物体上的力可大可小,力作用的时间可长可短,但只要力和力的作用时间的乘积相同,物体速度大小的改变就相同,还可以做如图1所示的实验,以进一步说明。图1中A、B是两根细线,m是一小球。拉住A线下端,作快速向下拉和缓慢向下拉各一次,直至线被拉断。两次结果如下:快速向下拉时,下面的线断了,小球的运动状态未变;而缓慢向下拉时,上面的线断了,小球的运动状态亦发生了变化,由此表明,小球的运动状态确与作用力和作用时间有关,然后引入“冲量”概念,这种引入概念的方法顺理成章,学生容易接受,也愿意接受。
二、形成概念、理解内涵、掌握外延
概念产生于感性认识,但又高于感性认识,概念的形成过程就是认识从感性到理性的升华过程。概念引入后,教师必须引导学生通过观察、分析、概括,归纳、准确地把握概念的本质属性,在教学中应有计划地培养学生利用已有概念、运用抽象思维的方法,来获得新的概念。“比值”的方法适用于某些物理量的概念教学,例如:加速度、平均速度、密度、电场强度、电势、电容、磁感应强度、折射率等概念,虽然它们的具体内涵不同,但它们定义的思维方法是相同的,都是通过实验,借助科学的抽象,用“比值”体现了事物的某种属性。以电场强度为例:在讲定义式E=F/q时,学生往往不明白为什么要讨论F与q的比值而不讨论q与F的比值?为什么说F与q的比值是与q无关的恒量?为使学生理解这些问题,必须通过演示和分析,使学生认识到:电场强处,F/q的值大;电场弱处,F/q的值小,所以用F/q而不用q/E来表示电场强度。知道了F和q,就能算出电场强度E,显然这种认识是不够的,还应该有层次地提出一系列问题,启发学生深入思考,以理解电场强度内涵,正确地把握其外延,如:1.电场中某点的场强为什么是电场本身固有的力的性质?讨论两点:(1)对于给定点,F/q的比值与被放入的电荷无关,只与位置有关,因此反映的是电场的性质。(2)F/q的比值在数值上等于单位电量的电荷在该点所受的电场力,故可反映电场力的性质。2.在电场中A点放入一个电量为q的点电荷,受到的电场力是F,A点场强多大?如在A点放入3q的点电荷,A点的场强多大?假如A点不放电荷,其场强又是多大?3.用公式F=qE再讨论F与q、E的关系。通过这一系列问题的研究,学生对电场强度和电场力的区别和联系有了较深刻的理解,那么在他们继续学习电势、电容、电源电动势等概念时,就容易举一反三,触类旁通。
三、巩固概念、新旧渗透,立足运用
物理概念主要是在运用中得以巩固。概念的运用是把已经概括化的一般属性应用到个别特殊的场合,其运用过程也就是概念的具体化过程,通过实践检验,可以纠正错误的认识。概念的每一次具体化,都将使学生对概念有更全面、更深刻的理解和掌握。课堂练习,课外作业都是及时巩固概念的有效手段,故教师要努力设计好各层次的练习题,注意知识的新旧渗透,通过“变式”、“变形”等灵活多样的课堂训练,逐步使概念的运用能熟练自如。例:乙种本“法拉第电磁感应定律”一节例题(见第133页)研究了线框在磁场中匀速垂直切割磁力线的情况,求出感生电动势的大小,感生电流大小和方向,以及使线框匀速运动所需的外力。在此基础上,对本题进行“变式”、“变形”,以巩固本节以及以前所学的若干概念的掌握、运用,我们补充了这样一道选择题,让同学们讨论。
如图2所示,闭合单匝导线框的质量不计,将它从图示位置匀速拉出匀强磁场,若第一次用0.3秒拉出,外力做的功为W1,通过导线的感生电量为q1;若第二次用0.9秒拉出,外力做的功为W2,通过导线的感生电量为q2。那么:
(1)W1<W2,q1<q2;
(2)W1>W2,q1=q2;
(3)W1<W2,q1=q2;
(4)W1>W2,q1>q2;
同学们讨论的结果经整事如下所述:
从电磁感应观点来看,是线框处在磁场中的一根导线作切割磁力线运动,由题意知:
ε=BLv (1)
从电路观点来看,整个线框是闭合电路,其中作切割磁力线的那段导体可视为电路的电源部分,若令线框的总电阻为R,则:
I=ε/R (2)
从磁场观点来看,处在磁场中这根“通电”导体要受磁场给它的安培力,则得:
F安=BLI (3)
再从力学观点来看,线框作匀速运动,受力情况为:受向右的外力与向左的安培力。根据平衡条件,得到:
F外-F安=0 (4)
解由(1)、(2)、(3)、(4)组成的方程组:
由题意,需求外力所做的功W=F外·S,S为线框从磁场中拉出所通过的位移,题中S为线框的长边。解得:
通过这种题的练习,学生对相关概念、规律的掌握会更加牢固,扎实,同时也有助于提高灵活运用的能力。
四、深化概念,责在类比,形成体系
概念的系统化阶段一般在单元小结,复习阶段完成,每结束一个单元或几个单元的教学都应进行归类与分类。根据它们之间的逻辑关系用一定图式组成一定序列的概念体系,把学生感知“孤立”、“散装”的概念纳入相应的教学概念体系中去。对一些邻近或联系密切的概念可用类比方法,引导学生概括出概念之间的异同,让学生获得一个条理清晰的知识网络。如在高一力学部分复习时,我们把自由落体、竖直上抛、斜抛、平抛归为一类复习,分以下三个阶段进行:首先,通过引导学生对质点受力分析的讨论来发现以上诸运动的内在联系,揭示出以上四种运动是只受重力作用的同一个大家族成员,使学生对它们有一个整体认识——均为│a│=g(重力加速度)的匀变速直线运动(指竖直方向);第二、进行四者之间的横向归类,以记住斜抛为主,当V0=0时,则为自由落体;当θ=90°时,(θ为v0与x轴正方向的夹角),为竖直上抛;当θ=0°,为平抛运动;第三、进行各自的纵向分类,从三个基本公式出发,以平抛为例:由于只受重力作用,故可看成水平匀速运动(以V0)和自由落体运动的合成,有
通过这样的引导、归类、学生对这部分知识就有了十分清晰的物理模型。
如何帮助学生形成概念体系?所谓概念体系,可分成几种:相邻概念、相反概念、并列概念、从属概念等。在教学中要善于讲清其间的区别和联系。比如在复习力学五个基本规律时,可通过列表方式把它们各自的表述、公式、研究对象、适用条件、受力分析的着重点、用途等做一比较(表略),并指出:牛顿第二定律是实验的总结,是动力学的基础。动能和动量定理是从牛顿第二定律出发结合运动学的规律推导出来的,动量守恒定律是从实践总结出来的自然界最普遍的规律,机械能守恒定律也是从实践总结出来的能量守恒和转化规律的特例。此二定律也可以分别由动量和动能定理推导出来,其它诸如:电磁学、物理光学、气体三定律、原子物理等均可仿此做类似的引导和训练。经常这样做,不但可以使学生对整个物理学知识得到融汇贯通地理解,而且在培养学生逻辑思维能力及知识迁移能力诸方面能起到决定性的作用。
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