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物理概念是人们在感觉、知觉和表象有效积累的基础上,对客观事物的物理共同属性和本质特征进行分析综合、抽象概括等思维活动形成的,所以物理概念给人们的感觉是抽象的。但是它并非凭空产生,离开了感觉、知觉和表象的有效积累,人们也就无法科学、有效地建构物理概念,因此从这个意义上讲,初中物理概念教学应该是感性的。但是,在物理教改实践中,相对而言,教师对理性辨析过于倚重,主要表现为教师的讲解和学生的练习偏多,而对于感性入手和系统建构的落实则显得不够“给力”,重演绎,轻归纳,重灌输,轻启发,重局部,轻整体的现象时有发生。从而导致理性辨析的有效性不佳,影响了初中学生对物理深入、高效的学习。
本文借“压强”概念教学的引入、形成、巩固和深化等环节作相应的分析,试图以此呈现如何从感性知识入手系统建构物理概念,并在“教学内容”与“教学对象”之间建立起自然的有机链接,从而使得包括知识目标在内的三维教学目标能够全方位地整体达成。
1.概念的引入,经过比较、分析与归纳抽象出事物的共同本质的属性形成感性认识。
教学设计1:压力概念的引入
活动1:观察与作图
在图1中画出运动员对平衡木的作用力
在图2中画出钉锤对钉子的作用力
在图3中画出物体对斜面的作用力
图1 图2 图3
请学生在导学案上分别画出这3个图,教师巡视。
利用实物投影仪展示某位学生的答案,评议作图是否正确;继而总结这种力的方向特点,引出压力的定义。
设计分析1:概念的形成是人的认识从感性到理性的升华过程,受学生抽象逻辑思维能力的限制,概念的建立不仅需要感性材料的支持,而且要关注学生的最近发展区。图1、图2展示生活实例容易使学生理解和接受,再添图3物体放在斜面上的压力情况,这三种情况有一定的代表性,符合学生的认知规律。
教学设计2:压强概念的引入
师:压力作用在物体上会出现什么现象呢?观察图4,你发现了什么?
生齐答:使物体发生形变。
师:如果继续增加重物(图5)观察木板将会发生怎样的变化?你能得到怎样的结论?
生:木板形变增大,说明压力作用效果与压力大小有关。
师:压力的作用效果还与什么因素有关呢?
图4 图5
引导学生观察图6并思考:在茫茫雪原上,步行的人常会陷入及膝深的雪中,滑雪者却不会陷下去,为什么?
学生讨论并提出猜想:压力的作用效果可能与物体受力面积大小有关。
师:压力的作用效果还与什么因素有关呢?其实可以利用身边的物品探究体验。
活动2:体验性实验用左右两手指压铅笔(图7),观察现象。
图6 图7
师:静止时两手指对铅笔的压力大小有什么关系?手指皮肤形变情况如何?
生:两个压力相等,笔尖处皮肤凹陷较深。
师:通过刚才的学习,同学们能猜想一下压力的作用效果与哪些因素有关吗?
生:压力的作用效果可能与压力大小和物体受力面积有关。
师:要想验证你的猜想是否正确,我们应该进行实验探究,首先要设计实验方案。如果探究压力的作用效果与压力的关系,应该怎么办?如果探究压力的作用效果与物体受力面积的关系,又该怎么办呢?
生:如果探究压力的作用效果与压力的关系,应该控制受力面积一定;如果探究压力的作用效果与物体受力面积的关系,应该控制压力一定。
活动3:探究压力作用效果与什么因素有关?
师:下面,请同学们利用身边老师给的小桌和海绵,以及你们自己准备的盛水饮料瓶,探究压力的作用效果与什么因素有关。
学生讨论,制订计划,明确实验步骤。教师请一位同学上台演示实验步骤。全体学生分组实验,观察现象,得出结论。接着完成课本77页的结论填空。
设计分析2:从生活实际出发,合理地设置物理问题与情境,可以让学生感受到物理就在自己的身边,有利于引导学生进行积极而有效的思考。案例中先从压力作用效果与压力大小的生活经验入手,再创设人在雪地上行走的情景引导学生探讨压力作用效果还与受力面积有关,学生自主体验设计了用左右两手指按压铅笔两端的活动,亲身体验压力作用效果与受力面积有关,既可激发兴趣又可培养学生的动手能力,并为猜想提供了现实依据。
2.概念的形成,为了定量表示压力作用效果必须引入新的物理量——压强。
教学设计3:压强概念的形成
课件展示图8:探究压力的作用效果与压力大小的关系
课件展示图9:探究压力的作用效果与受力面积的关系
图8 图9
生:图8中当受力面积相同时,压力越大压力的作用效果越明显。
生:图9中当压力相同时,受力面积越小压力作用效果越明显。
师:请你们根据刚才的结论判断图10、图11、图12所示情况下压力的作用效果。
生:图10中A物体对桌面的压力作用效果明显,因为受力面积相同时,压力越大作用效果越明显。
图10 图11 图12
生:图11中A物体对桌面的压力作用效果明显,因为压力相同时,受力面积越小作用效果越明显。
教师引导学生总结:一种情况是相同受力面积的条件下比较压力大小,另一种情况是相同大小压力的条件下比较受力面积。
师:如果压力和受力面积都不同呢?同学们还能不能进行比较?
生:……
师:请大家观察图12并讨论,看能不能找出比较压力作用效果的方法。
学生看图并讨论。
师:物体A对水平桌面200N的压力是作用在多大的面积上? 生:作用在4m■的受力面积上。
师:物体A对桌面200N的压力均匀地作用在4m■的受力面积上,平均每平方米面积上受到多少牛的压力?
生:每平方米面积上受到50N的压力。
师:物体B对桌面160N的压力均匀地作用在2m■的受力面积上,平均每平方米面积上受到多少牛的压力?
生:每平方米面积上受到80N的压力。
师:现在你们能不能比较A和B对桌面压力的作用效果呢?方法是什么?
生:B对桌面压力的作用效果明显,因为可以通过相同受力面积比较压力大小的方法来判断。
师:现实世界中压力和物体受力面积千差万别,为了定量表示压力的作用效果,我们引入了压强这一物理量、它的定义是物体单位面积上受到的压力,代表符号是p。
教师引导学生得出压强公式。
压强公式:p=F/s(板书)
师:根据公式,压强与压力和物体受力面积都有关系,它是用两个物理量的比值来定义一个新的物理量,这种方法叫比值定义法。压强的单位是由什么决定的呢?
生:由压力和受力面积的单位共同决定。
师:为了纪念法国著名的物理学家、数学家帕斯卡,国际计量大会于1971年将压强的单位命名为帕斯卡,简称帕,符号Pa,1Pa=1N/m■。希望同学们也能像帕斯卡一样,成为一名对社会有所作为的人。
师:1帕压强有多大呢?一张报纸放在桌面上,对桌面的压强大约是0.5Pa,中学生站在地面上产生的压强大约是1.5×104Pa。不难看出,帕斯卡是一个很小的单位。
设计分析3:物理概念不仅是定性地反映客观事物的本质属性,有些还定量地反映了客观事物的本质属性。对于后一种物理概念,我们也叫做物理量。虽然压力作用效果这一物理过程的特征与压力的大小和受力面积这两个物理量有关,但是压力和受力面积这两个物理量都不能单独予以表征。为此需要引用一个新的物理量,就是压强。压强概念的建立借助速度的引入方法,从探究实验的结论出发,先定性再引导学生定量推导出压力作用效果与压力和受力面积的关系,既符合学科规律又符合学生的认知规律,学生容易理解和接受。
教学设计4:压强概念的巩固与深化
形成的概念应迁移到具体问题中,理解运用阶段。
师:压强概念在生活、社会中应用比较广泛。有时我们需要增大它,有时则需要减小它。请你们根据压强公式p=F/s思考,怎样增大或减小压强呢?
生:通过增大压力或减小受力面积可以增大压强,通过减小压力或增大受力面积可以减小压强。
教师展示图13—图16,由学生分析其中是增大压强还是减小压强,方法是什么?
学生观察四张图片,说出增减压强及改变压强的方法。
图13 图14 图15 图16
活动4:改变人体自身对地面的压强。
师:同学们站在地面上对地面有压强.让自身对地面的压强增大或减小,可采用哪些方法呢?
学生到前面表演:有的捧着一摞书站在讲台上来增大压强;有的提起一只脚来增大压强;有的脱去外套来减小压强;有的趴在地上,有的坐在地上,有的把书放在地上人站在书上,来减小压强。
点评学生在表演中,通过探究合作获取了增大、减小压强方法的新知识。
教师播放人睡钉子床的视频。
设计分析4:完成压强概念的建构后,将概念迁移到具体问题的解决中,不失为强化概念的好方法。所选的图片和视频来自生活实际,可激发学生兴趣,把学习推向高潮。
3.教学反思
笔者认为,通过压力三张示意图归纳出压力的概念,特别是对研究压力作用效果实验的设计、探究过程、分析引导、定义压强概念等科学探究思想是这堂课的一个亮点。教学形式上,笔者注重“以趣促学”,用最简单的器材完成多个学生自主探究的活动,如“手指压钱笔”、“增大和减小压强”等,为学生创设了生动的物理学习情境;教学内容上,笔者注重知识的首尾呼应,体现物理源于生活,回归生活的特征;精心处理课堂预设与生成的关系,达到深入理解概念、应用概念的目的。笔者以激情饱满的姿态吸引学生,诱导学生主动学习、探究学习、合作学习;不断为学生设置成功的台阶,让学生体会成功的喜悦及运用物理知识解决实际问题的成就感。
概念教学不仅是对学生知识的传授,还伴随着对学生能力的培养。感性入手、理性辨析、系统建构,这三条建议应该是一个分层递进的有机整体,其中感性入手是基础,理性辨析是保障,系统建构是关键。三者互为支撑,环环相扣,不可偏废,有待于广大物理教师在教改实践中智慧地加以运用。
参考文献:
[1]叶鹏松.试论初中物理概念教学的基本特点.物理教师,2012(3).
[2]陈金秀,朱建廉.浅论概念的自然生长.物理教师,2012(6).
[3]彭宏宇.“压强”教学设计及点评.中学物理教学参考,2009(12).
本文借“压强”概念教学的引入、形成、巩固和深化等环节作相应的分析,试图以此呈现如何从感性知识入手系统建构物理概念,并在“教学内容”与“教学对象”之间建立起自然的有机链接,从而使得包括知识目标在内的三维教学目标能够全方位地整体达成。
1.概念的引入,经过比较、分析与归纳抽象出事物的共同本质的属性形成感性认识。
教学设计1:压力概念的引入
活动1:观察与作图
在图1中画出运动员对平衡木的作用力
在图2中画出钉锤对钉子的作用力
在图3中画出物体对斜面的作用力
图1 图2 图3
请学生在导学案上分别画出这3个图,教师巡视。
利用实物投影仪展示某位学生的答案,评议作图是否正确;继而总结这种力的方向特点,引出压力的定义。
设计分析1:概念的形成是人的认识从感性到理性的升华过程,受学生抽象逻辑思维能力的限制,概念的建立不仅需要感性材料的支持,而且要关注学生的最近发展区。图1、图2展示生活实例容易使学生理解和接受,再添图3物体放在斜面上的压力情况,这三种情况有一定的代表性,符合学生的认知规律。
教学设计2:压强概念的引入
师:压力作用在物体上会出现什么现象呢?观察图4,你发现了什么?
生齐答:使物体发生形变。
师:如果继续增加重物(图5)观察木板将会发生怎样的变化?你能得到怎样的结论?
生:木板形变增大,说明压力作用效果与压力大小有关。
师:压力的作用效果还与什么因素有关呢?
图4 图5
引导学生观察图6并思考:在茫茫雪原上,步行的人常会陷入及膝深的雪中,滑雪者却不会陷下去,为什么?
学生讨论并提出猜想:压力的作用效果可能与物体受力面积大小有关。
师:压力的作用效果还与什么因素有关呢?其实可以利用身边的物品探究体验。
活动2:体验性实验用左右两手指压铅笔(图7),观察现象。
图6 图7
师:静止时两手指对铅笔的压力大小有什么关系?手指皮肤形变情况如何?
生:两个压力相等,笔尖处皮肤凹陷较深。
师:通过刚才的学习,同学们能猜想一下压力的作用效果与哪些因素有关吗?
生:压力的作用效果可能与压力大小和物体受力面积有关。
师:要想验证你的猜想是否正确,我们应该进行实验探究,首先要设计实验方案。如果探究压力的作用效果与压力的关系,应该怎么办?如果探究压力的作用效果与物体受力面积的关系,又该怎么办呢?
生:如果探究压力的作用效果与压力的关系,应该控制受力面积一定;如果探究压力的作用效果与物体受力面积的关系,应该控制压力一定。
活动3:探究压力作用效果与什么因素有关?
师:下面,请同学们利用身边老师给的小桌和海绵,以及你们自己准备的盛水饮料瓶,探究压力的作用效果与什么因素有关。
学生讨论,制订计划,明确实验步骤。教师请一位同学上台演示实验步骤。全体学生分组实验,观察现象,得出结论。接着完成课本77页的结论填空。
设计分析2:从生活实际出发,合理地设置物理问题与情境,可以让学生感受到物理就在自己的身边,有利于引导学生进行积极而有效的思考。案例中先从压力作用效果与压力大小的生活经验入手,再创设人在雪地上行走的情景引导学生探讨压力作用效果还与受力面积有关,学生自主体验设计了用左右两手指按压铅笔两端的活动,亲身体验压力作用效果与受力面积有关,既可激发兴趣又可培养学生的动手能力,并为猜想提供了现实依据。
2.概念的形成,为了定量表示压力作用效果必须引入新的物理量——压强。
教学设计3:压强概念的形成
课件展示图8:探究压力的作用效果与压力大小的关系
课件展示图9:探究压力的作用效果与受力面积的关系
图8 图9
生:图8中当受力面积相同时,压力越大压力的作用效果越明显。
生:图9中当压力相同时,受力面积越小压力作用效果越明显。
师:请你们根据刚才的结论判断图10、图11、图12所示情况下压力的作用效果。
生:图10中A物体对桌面的压力作用效果明显,因为受力面积相同时,压力越大作用效果越明显。
图10 图11 图12
生:图11中A物体对桌面的压力作用效果明显,因为压力相同时,受力面积越小作用效果越明显。
教师引导学生总结:一种情况是相同受力面积的条件下比较压力大小,另一种情况是相同大小压力的条件下比较受力面积。
师:如果压力和受力面积都不同呢?同学们还能不能进行比较?
生:……
师:请大家观察图12并讨论,看能不能找出比较压力作用效果的方法。
学生看图并讨论。
师:物体A对水平桌面200N的压力是作用在多大的面积上? 生:作用在4m■的受力面积上。
师:物体A对桌面200N的压力均匀地作用在4m■的受力面积上,平均每平方米面积上受到多少牛的压力?
生:每平方米面积上受到50N的压力。
师:物体B对桌面160N的压力均匀地作用在2m■的受力面积上,平均每平方米面积上受到多少牛的压力?
生:每平方米面积上受到80N的压力。
师:现在你们能不能比较A和B对桌面压力的作用效果呢?方法是什么?
生:B对桌面压力的作用效果明显,因为可以通过相同受力面积比较压力大小的方法来判断。
师:现实世界中压力和物体受力面积千差万别,为了定量表示压力的作用效果,我们引入了压强这一物理量、它的定义是物体单位面积上受到的压力,代表符号是p。
教师引导学生得出压强公式。
压强公式:p=F/s(板书)
师:根据公式,压强与压力和物体受力面积都有关系,它是用两个物理量的比值来定义一个新的物理量,这种方法叫比值定义法。压强的单位是由什么决定的呢?
生:由压力和受力面积的单位共同决定。
师:为了纪念法国著名的物理学家、数学家帕斯卡,国际计量大会于1971年将压强的单位命名为帕斯卡,简称帕,符号Pa,1Pa=1N/m■。希望同学们也能像帕斯卡一样,成为一名对社会有所作为的人。
师:1帕压强有多大呢?一张报纸放在桌面上,对桌面的压强大约是0.5Pa,中学生站在地面上产生的压强大约是1.5×104Pa。不难看出,帕斯卡是一个很小的单位。
设计分析3:物理概念不仅是定性地反映客观事物的本质属性,有些还定量地反映了客观事物的本质属性。对于后一种物理概念,我们也叫做物理量。虽然压力作用效果这一物理过程的特征与压力的大小和受力面积这两个物理量有关,但是压力和受力面积这两个物理量都不能单独予以表征。为此需要引用一个新的物理量,就是压强。压强概念的建立借助速度的引入方法,从探究实验的结论出发,先定性再引导学生定量推导出压力作用效果与压力和受力面积的关系,既符合学科规律又符合学生的认知规律,学生容易理解和接受。
教学设计4:压强概念的巩固与深化
形成的概念应迁移到具体问题中,理解运用阶段。
师:压强概念在生活、社会中应用比较广泛。有时我们需要增大它,有时则需要减小它。请你们根据压强公式p=F/s思考,怎样增大或减小压强呢?
生:通过增大压力或减小受力面积可以增大压强,通过减小压力或增大受力面积可以减小压强。
教师展示图13—图16,由学生分析其中是增大压强还是减小压强,方法是什么?
学生观察四张图片,说出增减压强及改变压强的方法。
图13 图14 图15 图16
活动4:改变人体自身对地面的压强。
师:同学们站在地面上对地面有压强.让自身对地面的压强增大或减小,可采用哪些方法呢?
学生到前面表演:有的捧着一摞书站在讲台上来增大压强;有的提起一只脚来增大压强;有的脱去外套来减小压强;有的趴在地上,有的坐在地上,有的把书放在地上人站在书上,来减小压强。
点评学生在表演中,通过探究合作获取了增大、减小压强方法的新知识。
教师播放人睡钉子床的视频。
设计分析4:完成压强概念的建构后,将概念迁移到具体问题的解决中,不失为强化概念的好方法。所选的图片和视频来自生活实际,可激发学生兴趣,把学习推向高潮。
3.教学反思
笔者认为,通过压力三张示意图归纳出压力的概念,特别是对研究压力作用效果实验的设计、探究过程、分析引导、定义压强概念等科学探究思想是这堂课的一个亮点。教学形式上,笔者注重“以趣促学”,用最简单的器材完成多个学生自主探究的活动,如“手指压钱笔”、“增大和减小压强”等,为学生创设了生动的物理学习情境;教学内容上,笔者注重知识的首尾呼应,体现物理源于生活,回归生活的特征;精心处理课堂预设与生成的关系,达到深入理解概念、应用概念的目的。笔者以激情饱满的姿态吸引学生,诱导学生主动学习、探究学习、合作学习;不断为学生设置成功的台阶,让学生体会成功的喜悦及运用物理知识解决实际问题的成就感。
概念教学不仅是对学生知识的传授,还伴随着对学生能力的培养。感性入手、理性辨析、系统建构,这三条建议应该是一个分层递进的有机整体,其中感性入手是基础,理性辨析是保障,系统建构是关键。三者互为支撑,环环相扣,不可偏废,有待于广大物理教师在教改实践中智慧地加以运用。
参考文献:
[1]叶鹏松.试论初中物理概念教学的基本特点.物理教师,2012(3).
[2]陈金秀,朱建廉.浅论概念的自然生长.物理教师,2012(6).
[3]彭宏宇.“压强”教学设计及点评.中学物理教学参考,2009(12).