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从《向心力加速度》谈高中物理概念教学

 时间:2020-06-24 19:11:09 来源: 
从《向心力加速度》谈高中物理概念教学

江西省景德镇一中 周建中

【摘要】高中物理教学的核心问题是使学生的认知能力在形成概念、掌握规律的过程中能够得到充分发展。教师可在明确概念的三个基础阶段不断创设情境,层层深入,将学生引入到物理概念当中,从而达到掌握知识及激发兴趣的目的。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com关键词物理概念教学;情境创设;理解;向心加速度

中图分类号:G633.7文献标识码:A文章编号:1671-0568(2015)21-0038-02

物理学中最基础、最核心的内容是最常出现的具有生命力的概念,如力、速度、加速度、功等,但概念理解的偏差却是很多学生在物理课程学习时会遇到的最大障碍。因此,概念教学成为高中物理教学中技术含量很高的部分,是体现教师教学水平的重要表现。如何使学生的认知能力在形成概念、掌握规律的过程中得到充分发展,一直是高中物理教学要面对的重要难题。在此,笔者以高中物理中《向心力加速度》这一章节内容来谈谈物理概念教学。

一、教学中要明确掌握概念的三个阶段

1.感知是理解的依据。在教学中,让学生先通过观察或实验,使感觉器官产生刺激,并在大脑中建立表象,这一过程称为感知,它是理解概念的依据。对于高中学生来说,对物理现象和概念形成感知是学习物理知识的重要基础。例如,对“向心加速度”这一抽象概念的理解,如果学生不具有对“做圆周运动的物体速度方向在不断改变”的感性认识,要建立“向心加速度”的概念几乎是不可思议的。教师可先通过播放短道速滑比赛画面、娱乐闯关节目中队员走转盘等视频让学生先建立起一定的感性认识,再通过“手拉绳使球做圆周运动”这个实验,引导学生进行进一步的观察。这个阶段有助于创设情境来引导学生的学习兴趣,既培养了学生的观察能力及实验能力,又加强了学生的形象思维能力,从而达到深刻感知的目的,为进一步理解概念奠定了基础。

2.理解是认识的理性阶段。只有充分地理解了物理现象和过程,才能揭露物理的本质特征,这是建立物理概念的重要一环,也是认识物理现象的理性阶段,更是掌握概念的前提。对物理现象和过程有了感知认识后,要通过理解才能达到揭露其本质,从而建立科学概念的目的。这种理解要以想象为中介,并借助形象思维才有可能,整个过程是逐步发展和深入的。如在“向心加速度”的概念教学中,先从匀速直线运动和匀变速直线运动引入,巩固加速度的物理意义,再通过匀速圆周运动线速度大小不变而方向时刻改变的特点,先引导学生理解做匀速圆周运动的物体需要有加速度,然后分析此加速度仅改变速度的方向而不改变速度大小,按运动合成与分解的思路,此加速度在速度方向上无分量,即可得出加速度方向应与速度方向垂直,即指向圆心,从而理解“向心”的含义。对于整体学习水平较好的学生,还可通过微元法结合矢量三角形,利用速度的变化率判断出加速度的方向指向圆心以及加速度大小的计算式。

3.在具体运用中加深对概念的掌握。学生在脑海中形成一定的概念后,仍需进一步巩固、深化和活化,这就是概念的运用阶段。此过程可通过问题的层层递进来加深理解和辨析。例如,在“向心加速度”概念教学中,可先围绕向心加速度是否恒定(匀速圆周运动中向心加速度大小恒定,方向时刻指向圆心,为变量),以皮带传动模型为例判定加速度大小与半径大小的关系(线速度大小一定时,加速度大小与半径成反比;角速度一定时,加速度大小与半径成正比),实例中加速度的大小计算(小球沿竖直圆轨道运动时各处加速度的计算)等问题把基础知识巩固到位,再过渡到非匀速圆周运动中的向心加速度、任意曲线运动中某处的径向加速度的计算,以达到由基础知识点过渡到深层次掌握阶段。当然,概念的掌握不可能一蹴而就,如学生对“向心加速度”的掌握也是随着对圆周实例、天体中的圆周、带电粒子在磁场中的圆周运动的学习而逐步深化的。

二、从《向心力加速度》的内容谈概念教学的要点

1.在教学中创设情境,加强学生对物理现象的感知度。课程学习目标中曾明确提出要培养学生对于物理情境的想象能力,因此,教师在日常教学中应为学生创设良好的情境学习氛围。良好的情境能使学生产生良好的情绪,从而令学生反应敏捷、思路开阔,萌生求知欲,最终达到触景生情的效果。教学中的演示实验、学生实验能让学生进行直接地观察或操作,并根据自己的真实感受建立感知。教师还可利用多媒体等常见的教学设施进行视频播放,对理想情境加以展示,最终采用启发式提问来创设情境,对于培养学生的学习兴趣都有着非常好的作用。如在“向心加速度”教学的引入阶段可提问:卫星绕地球运转时速度是否恒定?是否处于平衡态?是否需合外力?汽车转弯时为什么要放慢速度?雨伞旋转时,水滴为什么会甩出去?在推导向心加速度方向时,可提问:细绳拉着小球在光滑水平面上做匀速圆周运动时球的合力方向如何?匀速圆周运动的加速度方向如何?

2.充分阐明概念的物理意义。任何一个物理概念都具有比定义描述的文字更丰富的内容,这些内容主要包含概念的内涵和外延两个方面。内涵揭示了事物的本质特征,一般用定义来表示,即用简练、概括的语句揭示出事物的本质属性或特征。如“向心加速度”概念:“任何做匀速圆周运动的物体的加速度都指向圆心,这个加速度叫向心加速度。”而外延是指概念所反映的事物范围,如向心加速度与直线运动中加速度的异同,向心加速度适用于任何曲线运动中径向加速度的求解,等等。教学中应围绕描述概念的关键字眼来阐明其内涵意义。“向心加速度”概念中的关键字为“任何”及“指向圆心”,这就明确了圆周运动是变速运动,一定有加速度,且匀速圆周运动中加速度指向圆心。而这一概念可外延为“向心加速度不改变速度的大小仅改变速度的方向”、“非匀速圆周运动中除改变速度方向的向心加速度外,还有改变速度大小的切向加速度”、“任意曲线运动中都必须有改变速度方向的向心加速度”。

3.在具体运用中巩固、深化概念。概念初步形成后,学生往往印象不深刻,理解也不透彻,对一些似是而非的说法辨析不清。这就是学生学习过程中常见的“听得懂,辨不清”、“一听就懂,一做就错”,还有不少学生常纠结于物理概念选择题的选项,甚至不能比较出各个选项的不同含义,只能凭感觉判断对错。教学中,在讲透概念内涵和外延的基础上,要比较出此概念与相近概念的区别与联系,还必须通过具体运用来进一步巩固并深化它们。可通过选取一些有针对性的思考题来纠正学生的模糊认识。如在“向心加速度”教学中可提问:“物体在恒力作用下能否做圆周运动?”“向心加速度的决定因素是什么?”“圆周运动中的向心加速度与转动半径成什么关系?”“物体以一定速度从竖直圆轨道滑到水平轨道前后瞬间加速度分别是多少?”等等。学生能灵活地运用概念来处理问题,才能算是掌握了概念。

4.引导学生反思,检验概念的掌握程度。教学的主体是学生,教师演的独角戏再精彩对学生也没多大效果,要让学生成为主角,从被动学习转化为主动思考。教学中学生的反思环节是变被动接受到主动掌握的重要一环。可引导学生反思下列递进问题来检验概念的掌握程度:①为什么要引入此概念?此概念建立的依据是什么?②此概念的物理含义是什么?它有哪些基本特征?③此概念是如何定义的?它与相近概念的区别和联系是什么?④能否运用此概念来说明物理概念和解释规律?通过学生对以上问题的讨论回答,教师对学生再次暴露出的薄弱环节进行进一步强化。

李政道在回答怎样才能学好物理这一问题时就曾强调:学习物理的首要问题是要弄清物理学中的基本概念。怎样使学生熟练掌握物理基本概念?教师在课堂上不是讲授概念,而是应该引导学生从具体事例入手,抓住事物和规律的特征,通过自己的思维逐渐形成概念。这样的学习效果不是生搬硬套、死记硬背所能达到的,而应是通过理解并反复予以运用,在不断激发学生的学习积极性中得来的。教师需要不断改进物理教学的策略和方法,在教学中要注重相关物理思想和方法的点滴渗透,最终培养学生良好的物理研究习惯和探索求真的性情。

(编辑:朱泽玲)