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1、1论变式在物理概念教学中的应用（浙江省永康市第二中学 吕璨珉 321300 ）高中物理概念一般可分为两类，一类是只有质的规定性的概念，如运动、静止、电场、磁场、光等；另一类不仅有质的规定性，还有量的规定性，这种概念又叫物理量，例如速度、加速度、功、动能、动量、电流强度、场强、磁感应强度等。物理量的定义包括描述性定义和测量性定义两部分。由于物理学是一门定量科学，所以物理量在物理学科中占有重要地位，以下将物理概念形成过程分“引入” 、 “形成”和“巩固与深化”三个阶段阐述。1 变式教学运用于物理概念的引入概念引入是物理概念教学的必经环节，通过这一过程，让学生在认知结构中找一个适当的“生长点” ，以
2、便建立概念，还可以让学生将新知识与认知结构联系起来，激活思维，激发求知欲，为建立概念的复杂智力活动做好准备。根据学生认知结构中相应知识状况和新概念的不同特点，在物理概念引入过程中，常用的变式方法如下： 从生活实际引入例如力的概念可以从推土机推土、人提水、马拉车、汽车压路面等现象引入。通过生活实际中不同的例子的引入，体现各种不同的生活现象反映了共同的力的本质，从效果上看不同的力作用形式反是映了共同的力本质：力是物理间的相互作用，力不离开施力物体和受力物体而单独存在。这种方法简便易行，学生感到亲切、自然，而且从生活实际中引入概念有助于培养学生注意观察，勤于思考、善于运用概念分析问题的能力和习惯。
3、从实验现象引入对于缺乏建立概念所需的足够的感性经验，可以通过一些典型实验，使学生获得鲜明的感性知识，在此基础上进一步探索，形成概念。例如，介绍横波与纵波的概念时，可先做课本上介绍的实验，提供概念教学所必须的感性材料，激发学生兴趣，再通过讨论分析，得出机械波在向外传播中一方面传播振动形式，另一方面要传播能量，而介质中各质点并不随波迁移。弹力发生微小形变实验，经常用实验引入一个物理概念，培养了学生的观察力、注意力，并建立了物理学是一门实验科学的概念。 在复习旧知识的基础上引入有些情况下，特别是高三阶段，学生已建立了许多物理概念，物理感性知识也更丰富，这时可在复习有关旧知识基础上引入概念。例如讲电势
4、能、电势概念时，可先引导学生回忆重力做功与路径无关，重力势能等知识，通过类比建立新概念，而引入磁场中磁感应强度 B 这一概念中，可让学生回忆电场强度 E 这一物理概念的定义，这些都是认知结构同化作用的体现。这种依靠旧知识同化新知识的方法，有利于巩固知识，强化知识的内在联系，并且对形成结构清晰，联系紧密的物理认知结构具有重要意义。 从理论需要引入这种方法强调知识的内在逻辑性和知识体系的整体性，对于形成良好的认知结构也十分有利。对于电场线、磁感线、电流强度等概念，都可用此方法引入。在引入概念时，无论采用变式中哪一种方法都要注意：(a)选择的感性材料要典型、全面，要突出与概念有关的本质特征和属性，2
5、尽量减少非本质特征的干扰。(b)选择的旧知识，一定要与新知识有实质性的联系，否则，容易形成模糊的或错误的概念，或在认知结构中形成不正确的联系。2 变式教学应用于物理概念的形成在这一环节的教学中，大致有如下两种情况：一种是学生的感性材料基本能解决将要建立的概念，或在缺乏感性材料的情况下，通过实验提供了大量鲜明的感性材料。在这种情况下建立概念，一般没有很大阻力，通过分析、归纳、分类、对比等思维方法，可以摒弃非本质的东西，突出本质的特征和属性，从而实现认识上的飞跃。另一种情况是，学生已有了相当充分的前概论，但是与将要建立的概念相抵触，这时，直接讲授新概念往往不同奏效。因为学生对其前概念深信不疑，并已
6、习惯于用原有概念框架去理解事物，建构意义。当他带着自己的概念框架来听教师讲授时，往往只接纳了那些与其原结构相协调的内容，而相矛盾的内容往往不注意。或因无法理解，即使勉强记住了一些概念的结论，也无法融会贯通而只能将新学到的结论与原来的概念分别搁置，遇到实际问题，仍按原来的概念框架进行思维。要使学生放弃他曾坚信不移的观念，接受一种全新的观念，是一个极其艰难的过程，有时甚至出现反复。因此，运用变式，揭露概念的本质特征，才能实现观念上的突破。例如在磁感应强度 B、电场强度 E 这两个物理量的学习过程中，很多同学认为在电场中放入点电荷，在磁场中放入通电导线，才有 B 和 E，拿走点电荷与通电导线则没有
7、E 和 B，根本原因是对电场强度 E 和磁感应强度 B 的本质特征没有充分认识，点电荷通电导线等非本质模糊了电磁场的强弱由场本身决定，与放入的点电荷、通电导线无关这一本质属性。概念的本质属性，往往要从概念的定义出发，讨论概念的内涵与外延，从不同角度丰富对概念的认识，例如关于电阻的定义 R=U/I：(a)电阻的定义式，对特定的导体，加在其两端的电压越大，产生的电流强度越大，但 U/I 比值是一常量，这一常量由组成导体的材料及导体的尺寸决定，与加在导体两端的电压无关（决定式 R=EL/S） 。(b)R 描述导体对电流的阻碍作用，任何导体都有这种性质。(c)R=U/I 是伏安法测电阻的基本原理在概念
8、形成阶段，恰当地运用变式，能强烈地冲击学生头脑中已有的片面的甚至是错误的前概念的影响，突出本质特征，从而实现认识上的飞跃。牢固、清晰地掌握物理概念，必须经过概念的巩固、深化阶段。 辩析易混淆的概念，进一步理解它们之间的区别和联系有比较才有鉴别，将易混淆的概念加以对比、辩析，明确它们之间的区别和联系，是帮助学生纠正错误概念、理解、巩固、深化概念最有力的措施。例如，在“用力推桌子则桌子移动，停止用力则桌子也停止运动” ， “高速行驶的汽车比慢速行驶的汽车难刹车”这类现象，很多学生不能区别“运动”和“力” ，态的属性”和“力是改变物体运动状态的原因”而“惯性是物体的客观属性，与速度无关” 。 通过练
9、习形成运用概念的技能学习概念是为了能运用概念进行思维，运用概念解决问题，一个完整的教学过程必须经过：由感性的具体发展到抽象的规定，再由抽象的规定发展到思维中的具体，运用概念练习的目的在于巩固和深化概念，形成技能，培养分析问题、解决问题的能力，因此，选题要典型，灵活多样，将习题与概念教学分离，3搞题海战术容易使学生形成呆板、机械、生搬硬套的习惯，不利于深化、活化概念。（1）案例 1：磁感应强度概念的引入具有变式设计的部分实际教案。在学习磁场时，学生已认识到磁场是客观存在的一种物质，但如何定量地描叙磁场大小方向，需要创设一个情景来引入磁感应强度这一概念。而在电场一章，学生已掌握了描叙电场力性质的物
10、理量 E，所以可先复习有关场强 E 概念的引入，从而引入磁感应强度 B。题目：真空中 AB 两点分别放点电荷+Q，+q ，AB 距离为 r，求点电荷+Q 在 B 处场强的大小方向。解：由点电荷场强公式得 E=kQ/r2，方向：沿 AB 的连线由 AB。变式 1：拿走点电荷 q，求 B 处场强的大小和方向？变式 2：在 B 处放一负点电荷-q，求该处场强大小方向？点评通过以上三个问题的变式，学生了解了电场强度大小方向由电场本身性质决定，与检验电荷无关这一性质，研究电场强弱从分析电荷在电场中受力着手。（2）案例 2：“功”的教案分析课题：功知识目标：1、知道功的定义，理解功的两个要素。2、掌握功的
11、公式：W=FScos，明确公式中各个字母所代表的物理量，知道功的单位。3、知道功是标量，理解正功、负功的含义。能力目标：1、能正确运用功的公式计算各力的做功的大小。2、在具体的物理情景中，判断物体所受各力是否做功以及做功的正负。3、掌握合力做功的两种计算方法。德育目标：在功的概念和求解功的数值过程中，培养科学严谨的态度。教学重点：1、功的概念 2 功的计算公式教学难点：1、如何判定各个力做功的正负，2、各个力所做的总功的计算。教学方法：在复习初中有关知识的基础上，通过扩展举例和分析变式突出重点、突破难点。复习提问：1、回忆初中学过的功的概念，举例说明什么是做功？2、做功过程需满足什么条件？学生
12、：起重机吊起货物向上运动时，对物体做了功；汽车在平直公路上前进，发动机牵引力对汽车做功。教师：在第一个例子中，如果起重机提着货物静止不动，拉力对货物是否做功？在第二个例子中，汽车的重力是否做功？地面对汽车的支持力是否做功？学生：不做功，因为做功的两个不可缺少的因素是力和物体在力方向上的位移 W=FL，第一个例子中有力没有位移，第二个例子中，力与位移夹角为 90，也不做功。教师：同学们，如果一个力与位移的夹角不是 0，也不是 90，而是任意角度，力对物体是否做功？讨论下面图示中力 F 的做功情况：4这就是我们今天所要研究的内容。 引出课题：功点评学习心理学指出：学习是认知结构的重组，是主动形成新
13、的认知结构的过程。学生原有认知结构中已有知识结构经验的清晰度，以及学习的动机在新的学习中起着重要的作用。通过让学生举例生活中有关做功的例子，让学生回忆提取大脑中已具备的功的基础知识，而后，问题进一步深化，学习在矛盾冲突中展开讨论，为进一步学习功的相关知识做好准备。（3）新课：初中我们学过求功的方法是：功等于跟物体在力的方向上移动的距离的乘积。所以在上述问题中，我们可根据力 F 的效果把 F 沿两个方向分解：即跟位移方向一致的分力 F1，跟位移方向垂直的分力 F2，如图示分析：根据做功的两个不可缺少的因素可知：分力 F1对物体所做功等于 F1S，而分力 F2的方向跟位移方向垂直，物体在 F2的方
14、向上没有发生位移，所以 F2 所做的功等于 0，综上所述：力 F 所做的功等于 W=F1S，F1=Fcos，所以 W=FScos。板书：力 F 对物体所做的功等于力的大小，位移的大小，力和位移夹角的余弦这三者的乘积，即 W=FScos。变式 1：若 =0，功 W 等于什么？变式 2：若 =90，功 W 等于什么？变式 3：若 90粗糙斜面（u=0.2 ）变式 2：光滑斜面粗糙斜面（u=0.2） ，静止开始 初速度 V0=2m/S变式 3：光滑斜面粗糙斜面（u=0.2） ，静止开始 初速度 V0=2m/S，增加一水平推力 F=2N分析上述变化中，重力和位移这两个本质特征没有变化，重力、正压力、摩
15、擦力、初速度等四个非本质特征依次变化，通过变式的引伸，分析和讨论，学生对一个力做功的概念进一步加深，从而更好地掌握功的概念。变式 4：当 u =0.2，由静止下滑时，求合力做的功解法 1：W G=GsinScos0=101/24=20JWf=uGScos180=0.210 /24=4 JW 合 =WG-Wf=（20-4 ）J解法 2：F 合 =Gsin-uGcos=101/2-0.210 /2=(5- )NW 合 =F 合 S=(5- )4=(20-4 )J点评通过解法变化，使学生思维得到发散，学生活跃了思维的同时，进一步把握功是标量。由学生互相讨论总结：1、做功的两个要素；2、W=FScos 的运用；3、恒力做功；4、标量。点评通过变式练习，这堂课具有了开放性，不但有助于学生进一步理解概念和掌握方法、技能，从而落实双基教学的目标，而且有助于发散学生的思维，使学生思维更加灵活，发展了能力，培养了学生的探索精神。
