■陳森林 柯曉露

研究表明，中學(xué)生與物理學(xué)家共同體物理概念形成的文生曲線達(dá)到了84%以上的相似度，很好地證明了中學(xué)生與物理學(xué)家共同體物理概念形成過程有著驚人的類似[1]。這提示我們，循著歷史的步伐，追溯概念的建立過程，是學(xué)習(xí)高中物理概念的一條有效途徑。

一、借助物理學(xué)史，理解物理概念的提出

高中物理教材往往從邏輯順序或當(dāng)代的視角來引入新的概念。同學(xué)們?nèi)粑茨芰私飧拍钐岢龅臍v史背景，被動(dòng)接受，則掌握的效果就不理想。比如在學(xué)習(xí)“加速度”這一概念時(shí)，老師會(huì)通過播放“飛機(jī)、跑車、摩托車賽跑”的視頻創(chuàng)設(shè)物理情景，并通過問題串：(1)飛機(jī)、跑車、摩托車誰最終達(dá)到的速度大?(2)誰的速度變化量大?(3)誰的速度變化得快?我們是如何比較的?(4)在速度變化量不同、用時(shí)也不同的情況下，我們又該如何比較它們速度變化的快慢呢?讓同學(xué)們接受“加速度”的概念。然而，這種看似高效的學(xué)習(xí)，卻隱藏著同學(xué)們不知道為什么要引入“加速度”這個(gè)概念，不理解為什么要用速度的變化率來定義加速度等深層次問題。而借助伽利略斜面實(shí)驗(yàn)，就可以幫助同學(xué)們更好地理解這些問題。

同學(xué)們先觀察小車在斜面上的加速運(yùn)動(dòng)，再猜想這一運(yùn)動(dòng)中速度與時(shí)間成正比的規(guī)律。此時(shí)，同學(xué)們仿佛回到伽利略做實(shí)驗(yàn)的場景，先思考：“如何測量瞬時(shí)速度?”“要證明的關(guān)系能否轉(zhuǎn)化成能可直接測量得時(shí)間和位移之間的關(guān)系?”然后動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，體會(huì)到小車在不同斜面上運(yùn)動(dòng)加速快慢是不同的，通過觀察，同學(xué)們會(huì)意識(shí)到幾次實(shí)驗(yàn)中小車運(yùn)動(dòng)情況的不同之處——加速的快慢，此時(shí)就引出了“加速度”的概念。通過比較速度隨時(shí)間及位移的變化情況，回顧伽利略對運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究，可以幫助同學(xué)們理解定義“加速度”的科學(xué)方法。

二、在概念的辨析中，厘清混亂的概念

高中物理存在許多容易混淆的概念，如速度與加速度、電壓與電動(dòng)勢、功和能、動(dòng)量和動(dòng)能等。比如，亞里士多德之所以錯(cuò)誤地認(rèn)為“物體受力越大速度就越快，一旦沒有外力作用時(shí)，物體將立即停止運(yùn)動(dòng)”，究其原因就在于他混淆了速度和加速度這兩個(gè)概念。而當(dāng)伽利略把二者區(qū)分出來后，就使得科學(xué)得到迅速的發(fā)展。再如，皮亞杰研究發(fā)現(xiàn)，“動(dòng)量”概念的發(fā)展歷程與兒童“動(dòng)量”概念的建構(gòu)過程存在相似性[2]。據(jù)此，同學(xué)們在學(xué)習(xí)“動(dòng)量”的基本概念后，先討論“動(dòng)量或是動(dòng)能可以更好地描述物體的運(yùn)動(dòng)”，再了解物理學(xué)史上萊布尼茨學(xué)派與笛卡爾學(xué)派關(guān)于運(yùn)動(dòng)量度的爭論，以及惠更斯引入動(dòng)量的矢量性；牛頓對質(zhì)量的定義使得動(dòng)量的概念得以完善；達(dá)朗貝爾洞察動(dòng)量與動(dòng)能二者之間的對立統(tǒng)一關(guān)系等內(nèi)容。這樣的學(xué)習(xí)過程，不僅豐富了同學(xué)們對相關(guān)概念的認(rèn)識(shí)，而且提升了同學(xué)們的科學(xué)素養(yǎng)。

總之，努力搞清概念的來龍去脈，將物理學(xué)史上相關(guān)概念的形成過程有機(jī)融入高中物理概念的學(xué)習(xí)，是一條值得我們探索的路徑。