仲國(guó)虎

(北京市十一學(xué)校,北京 100039)

1 引言

物理概念是對(duì)物理現(xiàn)象和物理過(guò)程的本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系的抽象和概括。物理概念的學(xué)習(xí)既有利于培養(yǎng)學(xué)生的類比遷移能力,也有利于學(xué)生深度理解物理現(xiàn)象的本質(zhì)及其聯(lián)系,進(jìn)而形成物理觀念,提高科學(xué)思維能力。形成、理解、掌握、辨析概念是教學(xué)的重要內(nèi)容和核心任務(wù)之一,也是學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律的重要基礎(chǔ)。

物理概念是真實(shí)情境中物理現(xiàn)象解釋的出發(fā)點(diǎn),是深度學(xué)習(xí)開(kāi)展的基礎(chǔ)。IB和A Level等國(guó)際物理課程非常重視學(xué)生對(duì)概念的理解,既要求學(xué)生熟知重要概念的表述,更好地理解物理規(guī)律,又能夠利用概念解釋真實(shí)情境中的物理現(xiàn)象。

在教學(xué)中,學(xué)生發(fā)現(xiàn)中外教材對(duì)同一概念的描述不盡相同,幾個(gè)留學(xué)生和國(guó)內(nèi)學(xué)生對(duì)此討論比較熱烈。筆者引導(dǎo)學(xué)生深入分析、對(duì)比中外物理教材中“失重”和“電容器功能”兩個(gè)概念,讓學(xué)生在對(duì)比中思考概念描述的異同,增強(qiáng)其分析問(wèn)題的能力,提升其對(duì)概念的掌握水平和科學(xué)思維能力。

2 失重現(xiàn)象描述的對(duì)比與思考

2.1 不同教材對(duì)失重描述的異同

國(guó)內(nèi)教材(如人教版普通高中教科書(shū)物理必修第一冊(cè))普遍將體重計(jì)的示數(shù)稱為視重，反映了人對(duì)體重計(jì)的壓力。物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象,即視重小于物體所受重力,叫作失重(weightlessness)現(xiàn)象；物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象,即體重計(jì)所反映的視重大于物體所受重力,叫作超重(overweight)現(xiàn)象；物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?為零的現(xiàn)象叫作完全失重現(xiàn)象。

與國(guó)內(nèi)教材類似,國(guó)外教材也普遍把體重計(jì)的示數(shù)叫作視重(apparent weight)，但是對(duì)失重現(xiàn)象的描述則不同,把人對(duì)電梯的壓力為零的現(xiàn)象叫作失重現(xiàn)象(weightlessness),也就是國(guó)內(nèi)教材中的完全失重現(xiàn)象。

2.2 關(guān)于超重和失重描述異同的思考

留學(xué)生對(duì)超重的理解更偏重醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,特指人的體重超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)體重的情況,而國(guó)內(nèi)的學(xué)生更容易接受超重的描述,這是學(xué)生們討論的焦點(diǎn)。如何讓留學(xué)生更好地接受超重的描述呢?可運(yùn)用牛頓第二定律分析電梯中體重計(jì)示數(shù)的變化,讓他們更深入地了解：體重計(jì)示數(shù)有等于、大于和小于物體所受重力的三種情況,超重和失重、完全失重的描述是視重描述的進(jìn)一步細(xì)化,這種描述與理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的，只是overweight的英文注釋影響了留學(xué)生的理解。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中通過(guò)對(duì)超重、失重概念描述的思考,對(duì)其綜合看待問(wèn)題的能力提出了更大挑戰(zhàn),是提升辯證看待物理概念和原理能力的有效途徑,凸顯了概念學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生能力發(fā)展的重要作用。

3 電容器功能描述的對(duì)比與思考

3.1 不同教材對(duì)電容器功能的描述

國(guó)內(nèi)教材普遍將電容描述為電容器儲(chǔ)存電荷特性的物理量,比如人教版高中物理必修第三冊(cè)指出:電容表征了電容器儲(chǔ)存電荷的特性,電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板之間的電勢(shì)差U之比，叫作電容器的電容(capacitance)。

國(guó)外不同的教材對(duì)電容器功能描述也不盡相同,比如《Physics Principles with Applications》先說(shuō)明電容器可以儲(chǔ)存電荷,之后又說(shuō)明電容器能儲(chǔ)存電能；再比如《University Physics with Modern Physics》寫道：電容器通過(guò)對(duì)電荷做功來(lái)儲(chǔ)存能量,且特別說(shuō)明電容器兩極板的電荷等量異號(hào),總電荷量為零，并沒(méi)有出現(xiàn)關(guān)于儲(chǔ)存電荷的描述，與《Cambridge International AS and A Level Physics》的描述基本相同。在劍橋全球統(tǒng)一考試中有電容器功能描述的題目:為什么電容器儲(chǔ)存能量而非電荷?標(biāo)準(zhǔn)答案里嚴(yán)格明確兩點(diǎn)：一是根據(jù)電荷守恒定律,兩個(gè)極板上所帶電荷的大小相等、符號(hào)相反,因而總電荷量為零,故并沒(méi)有儲(chǔ)存電荷；另一個(gè)則是正、負(fù)電荷被分開(kāi)到兩個(gè)極板上,因而對(duì)電荷做功,從而儲(chǔ)存能量。

3.2 對(duì)中外教材電容器功能表述的思考

學(xué)生普遍認(rèn)為：“電容器是儲(chǔ)存電能的電學(xué)元件”的描述更為合理,而非“儲(chǔ)存電荷的電路元件”。因?yàn)殡娙萜魇莻€(gè)整體,在沒(méi)有特別說(shuō)明的情況下,兩個(gè)極板是一個(gè)不可分割的系統(tǒng),如果說(shuō)儲(chǔ)存電荷是指一個(gè)極板上電荷的數(shù)量,比如《Cambridge International AS and A Level Physics》在描述了電容器儲(chǔ)存能量的功能后,特別強(qiáng)調(diào)：“當(dāng)涉及電容器‘儲(chǔ)存電荷’時(shí),所謂的‘儲(chǔ)存電荷’是指電容器一個(gè)極板所帶電荷量?！?/p>

在教學(xué)中,教師可引導(dǎo)學(xué)生站在更高的高度看待物理概念的描述,既然電容的定義為電容器所帶的電荷量與電容器兩極板之間的電勢(shì)差之比,那這里所謂的儲(chǔ)存電荷是指一個(gè)極板所帶的電荷量。

教材對(duì)概念的描述應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn),否則就會(huì)給學(xué)生帶來(lái)困惑。筆者認(rèn)為劍橋物理教材的描述更為合理和清晰，既能幫助學(xué)生建立準(zhǔn)確的電容器的概念,又能清楚地指出“儲(chǔ)存電荷”的物理意義。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化概念教學(xué)可以提高教學(xué)效率,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力,是促進(jìn)學(xué)生形成物理觀念的重要途徑。在國(guó)際課程與國(guó)家課程融合教學(xué)中,學(xué)生會(huì)閱讀國(guó)內(nèi)和國(guó)外教材,會(huì)學(xué)到不同版本對(duì)同一概念的不同描述,有時(shí)會(huì)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)造成一定的困擾。但是,這也是深化概念教學(xué)的契機(jī),引導(dǎo)學(xué)生分析概念描述的異同,使其在分析過(guò)程中加深對(duì)概念內(nèi)涵和外延的理解,有助于提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。