◆張志華

作者：張志華，南京師范大學(xué)研究生，研究方向?yàn)榻逃夹g(shù)學(xué)（210000）。

物理概念是對(duì)客觀事物本質(zhì)屬性的貼切的反映，也是人們用來建構(gòu)其他物理知識(shí)的基礎(chǔ)。一些基本概念能否掌握好，首先會(huì)給學(xué)生對(duì)相關(guān)章節(jié)內(nèi)容的掌握帶來很大影響，進(jìn)而影響到對(duì)整個(gè)物理學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)。因此，幫助學(xué)習(xí)者掌握好物理概念在物理教學(xué)中變得尤為重要。

在教學(xué)過程中，物理概念是物理基礎(chǔ)知識(shí)中教師難以灌輸、學(xué)生也難以理解的內(nèi)容。盡管教師精心鉆研教材，注意了解學(xué)生，細(xì)心選擇教法，然而在教學(xué)實(shí)踐中仍會(huì)出現(xiàn)很多問題。譬如：學(xué)習(xí)者只是單純記住了某個(gè)概念，對(duì)于概念的應(yīng)用卻感覺無從下手；又或者將某些相似性概念混淆，從而在解題過程中出現(xiàn)各種差錯(cuò)等。問題的出現(xiàn)若得不到解決，不僅打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，而且會(huì)削減他們學(xué)習(xí)物理的興趣，致使他們逐漸厭學(xué)物理。

為了幫助教師能更好地進(jìn)行物理概念教學(xué)，本文以高一物理加速度概念為例，立足于研究學(xué)生概念錯(cuò)誤的成因，分析并總結(jié)出解決這些問題的辦法，從而為概念教學(xué)提供更好的建議。

1 學(xué)生加速度概念基本知識(shí)的問卷調(diào)查分析

此次調(diào)查的對(duì)象是南師附中高一的一個(gè)班級(jí)，采用問卷形式（附問卷），被調(diào)查人數(shù)34 人，收回問卷34份，下面是對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行的分析。

“加速度”表層定義理解調(diào)查如圖1所示，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：對(duì)第一題的回答，有44%的學(xué)生認(rèn)為加速度大的物體，速度變化也一定越大；認(rèn)為有加速度的物體，速度一定會(huì)增加的學(xué)生占35.3%，不能判斷加速度方向的占20.6%。

圖1 第一題調(diào)查結(jié)果

從結(jié)果中可以看出，很多學(xué)生對(duì)于加速度基本概念把握得不夠透徹，認(rèn)為加速度大的物體，速度變化就大，明顯是將速度的變化率與速度變化量?jī)蓚€(gè)內(nèi)容混淆了；認(rèn)為有加速度，物體速度就會(huì)增加，也是學(xué)習(xí)者模糊加速度與速度概念的一個(gè)表現(xiàn)。

正確理解：速度是描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量，而加速度則是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化快慢的物理量。對(duì)于這種相似易混淆的概念，在對(duì)初學(xué)者進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教師可以組織學(xué)生參與討論，幫助學(xué)生糾正錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。如分析從汽車啟動(dòng)、勻速行駛到突然剎車三個(gè)階段，比較加速度和速度。通過課堂討論，使學(xué)習(xí)者意識(shí)到，當(dāng)物體速度很大的時(shí)候，加速度不一定大；加速度大時(shí)，速度也不一定很大；有加速度的物體，速度不一定就是要增加的。

“加速度”量值確定調(diào)查第二、三、四題的設(shè)計(jì)是為了調(diào)查關(guān)于“加速度”的量值判定，學(xué)習(xí)者所掌握的情況。如圖2所示，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：52.9%的學(xué)生對(duì)于簡(jiǎn)單問題中涉及加速度計(jì)算時(shí)，認(rèn)為比較容易；常常會(huì)出錯(cuò)的學(xué)習(xí)者占17.7%；認(rèn)為很容易的占2.9%；而26.5%的學(xué)生會(huì)感覺有一些困難。當(dāng)研究對(duì)象受力稍微復(fù)雜些時(shí)，能夠順利做出的學(xué)習(xí)者僅占23.5%；對(duì)于兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)，對(duì)常用的“整體法”和“隔離法”熟練掌握的只占5.9%，而大致掌握卻應(yīng)用不得當(dāng)?shù)恼?7.6%。

圖2

在上述調(diào)查的基礎(chǔ)上，筆者又設(shè)計(jì)了些例題，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行訪談。結(jié)果表明，大多數(shù)學(xué)生不能把握好加速度的判定問題，原因是缺少相應(yīng)的練習(xí)，也有很多是對(duì)牛頓第二定律沒有好好掌握。當(dāng)多個(gè)共點(diǎn)力作用于物體時(shí)，對(duì)力和加速度的瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系沒有好好把握。其次，對(duì)于“整體法”和“隔離法”，很多學(xué)生只是了解方法的內(nèi)容，但大部分不會(huì)進(jìn)行應(yīng)用。

對(duì)于加速度值的確定中，牛頓第二定律F=ma無疑是應(yīng)用最為頻繁的，在講解牛頓第二定律時(shí)，要強(qiáng)調(diào)力與加速度是瞬時(shí)關(guān)系：力為零，則加速度亦為零；力恒定，加速度也恒定，即力是加速度的決定量。而在涉及多個(gè)物體組成的系統(tǒng)時(shí)，加速度的確定相對(duì)來說會(huì)變得較為復(fù)雜，在應(yīng)對(duì)這類題目時(shí)，教師更應(yīng)該注重方法的傳授。而對(duì)于一個(gè)方法的講解，是需要根據(jù)不同的問題進(jìn)行不同的分析。教師應(yīng)選擇代表性的問題，來引導(dǎo)學(xué)生熟練掌握。譬如說整體法與隔離法應(yīng)用的先后順序以及使用時(shí)機(jī)，對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的把握，都是一個(gè)方法中極為重要的考點(diǎn)，只有將這些內(nèi)容掌握了，學(xué)習(xí)者在面對(duì)復(fù)雜問題時(shí)才能做到胸有成竹。

對(duì)“加速度”理解運(yùn)用情況的調(diào)查第五題的設(shè)計(jì)是為了調(diào)查學(xué)生對(duì)于加速度產(chǎn)生的根源是否清楚。如圖3所示，調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，57.6%的學(xué)習(xí)者認(rèn)為加速度的產(chǎn)生是因?yàn)槲矬w受力不平衡，然而仍然有將近一半的學(xué)生對(duì)加速度的根源還是理解有誤，認(rèn)為加速度的產(chǎn)生是因?yàn)槲矬w狀態(tài)發(fā)生了改變或者是因?yàn)樗俣劝l(fā)生了變化的學(xué)習(xí)者占36.5%，剩余學(xué)生是不清楚加速度的來源。

圖3

加速度是連接力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的橋梁，高一所涉及的運(yùn)動(dòng)中涉及加速度的包括勻變速直線運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)。在這些運(yùn)動(dòng)中，加速度分別有不同的特點(diǎn)。第六題的設(shè)計(jì)則是為了調(diào)查學(xué)習(xí)者對(duì)以上運(yùn)動(dòng)中加速度不同點(diǎn)是否掌握清楚。然而調(diào)查結(jié)果表明，70.6%的學(xué)習(xí)者對(duì)于不同運(yùn)動(dòng)中的加速度特點(diǎn)及運(yùn)用都很模糊。譬如在訪談中發(fā)現(xiàn)，有很多學(xué)生誤認(rèn)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)就是勻速運(yùn)動(dòng)。出現(xiàn)這種錯(cuò)誤的原因是學(xué)習(xí)者被“勻速”兩字迷惑了。這主要是源于加速度概念在直線運(yùn)動(dòng)中反復(fù)強(qiáng)調(diào)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者逐漸形成一種思維定勢(shì)。如果想要避免這種思維定勢(shì)的影響，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同運(yùn)動(dòng)中的加速度特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)及對(duì)比，同時(shí)對(duì)于各類運(yùn)動(dòng)中學(xué)習(xí)者易出錯(cuò)的地方注重傳授的方法。

譬如針對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)，學(xué)習(xí)者思維定勢(shì)的克服可以列舉大量的實(shí)例，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到速度是矢量，既有大小又有方向，因此二者中任何一個(gè)發(fā)生變化都屬于變速運(yùn)動(dòng)；同時(shí)通過向心力演示器以及牛頓第二定律，讓學(xué)習(xí)者明白，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受力是不平衡的，始終有一個(gè)與速度方向垂直且一直指向圓心的力。如此，再根據(jù)加速度產(chǎn)生的根源，即可讓學(xué)生理解向心加速度大小不變，而方向在隨時(shí)間變化。它反映的是速度方向的改變，即讓學(xué)生理解，所謂的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)質(zhì)是勻速率圓周運(yùn)動(dòng)。

2 錯(cuò)誤之“源”

1）教師對(duì)概念的講解，大多只是以灌輸?shù)男问?，僅強(qiáng)調(diào)大家記憶概念內(nèi)容，而忽視了對(duì)學(xué)生頭腦中概念的層次性、完整性、科學(xué)性的調(diào)查和研究。

2）不能抓概念的主要特征，疏忽方法的傳授。

3）思維定勢(shì)，只死記概念，缺少練習(xí)應(yīng)用。

4）缺乏分析綜合能力以及判斷和推理錯(cuò)誤。

3 教學(xué)建議

加強(qiáng)對(duì)加速度的理解練習(xí)和訓(xùn)練注重加速度概念的理解和使用，絕對(duì)不能簡(jiǎn)單認(rèn)為講了加速度就是速度變化率之后，學(xué)生就能夠理解和應(yīng)用概念，要在此基礎(chǔ)上帶學(xué)生進(jìn)一步分析加速度的根源是什么，并通過列舉典型的例題，引出學(xué)生易出錯(cuò)的地方，并讓大家討論，進(jìn)行總結(jié)，使學(xué)生理解加速度產(chǎn)生的根源及其物理意義。

解決問題，更注重方法傳授在遇到復(fù)雜問題時(shí)，教師更應(yīng)該幫助學(xué)生習(xí)得方法，而不是僅僅幫學(xué)生解出某道難題。譬如，對(duì)于多個(gè)物體所構(gòu)成的疊加問題，整體法與隔離法會(huì)大大簡(jiǎn)化問題的分析，但是這種方法教材上沒有提到。教師應(yīng)該通過相關(guān)例題來教授給學(xué)生，使其遇到類似問題時(shí)不至于束手無策。

分類探討，進(jìn)行類比，培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程經(jīng)?？偨Y(jié)的習(xí)慣加速度是運(yùn)動(dòng)學(xué)中常見的量，而高一涉及的運(yùn)動(dòng)主要有勻速直線運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)。在這些運(yùn)動(dòng)中，加速度有什么共同點(diǎn)與不同點(diǎn)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探討分析，從而可以幫助學(xué)生更好地理解把握。

4 總結(jié)

本文以加速度為例，對(duì)學(xué)生在習(xí)得概念時(shí)常見錯(cuò)誤進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行總結(jié)、分析，究其原因，為教師在教學(xué)中針對(duì)上述原因采取有效的教學(xué)策略，加強(qiáng)學(xué)生思維訓(xùn)練，減少錯(cuò)誤概念的形成提供幫助，從而使物理概念教學(xué)更貼近學(xué)生建構(gòu)物理概念的需求。

附：調(diào)查問卷問題

1.你在理解和應(yīng)用加速度概念時(shí)容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤有（）

A.不清楚為什么引入加速度概念，將加速度與速度混淆

B.認(rèn)為加速度大的物體，速度變化也一定越大

C.認(rèn)為有加速度的物體，速度一定會(huì)增加

D.不能正確判斷加速度方向

2.在確定加速度時(shí)（ ）

A.很容易 B.簡(jiǎn)單問題比較容易

C.有一些困難 D.常常出錯(cuò)

3.在遇到研究對(duì)象受力較為復(fù)雜時(shí)（ ）

A.經(jīng)常出錯(cuò) B.無從下手

C.容易 D.有一些困難

4.你是否能熟練掌握“整體法”和“分離法”對(duì)兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)進(jìn)行加速度分析？（ ）

A.熟練掌握 B.大致掌握 C.沒有掌握

5.你認(rèn)為加速度產(chǎn)生的根源是（ ）

A.速度大小發(fā)生了改變 B.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化

C.物體受力不平衡 D.不清楚

6.對(duì)于勻變速直線運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)等幾大塊內(nèi)容中所涉及到的加速度特點(diǎn)，以及相關(guān)類題目的掌握情況（ ）

A.沒有總結(jié)過，大致清楚

B.總結(jié)過，熟練掌握

C.沒有總結(jié)過，很模糊

D.總結(jié)過，但仍有問題

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