結(jié)合教學(xué)實(shí)際談?wù)勎锢韺W(xué)科教學(xué)法的內(nèi)涵是什么

概念的構(gòu)成要素及其相互關(guān)系,即為概念的結(jié)構(gòu)。關(guān)于概念的結(jié)構(gòu),在心理學(xué)上有特征論和原型論兩種較有影響的學(xué)說。

特征論認(rèn)為,概念是由定義特征和概念規(guī)則構(gòu)成的,所謂定義特征是指概念的正例所具有的共同特征。概念的規(guī)則是指一些定義特征之間的關(guān)系或整合這些定義特征的規(guī)則,如肯定、否定、合取、析取等。根據(jù)概念的規(guī)則可以把概念分為肯定概念、否定概念、析取概念等。

特征論能夠解釋具有明確定義特征的概念,而許多概念卻沒有明確的定義特征,如"工作",很難給它下一個(gè)精確的定義,可是誰都明白工作是什么,這是因 為我們的大腦中有工作的原型。原型論認(rèn)為,概念是由原型和類別成員代表性的程度這兩個(gè)因素構(gòu)成的。原型是某一概念的最佳代表性實(shí)例,它使我們以最簡潔的方 式迅速理解概念。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)人們聽到一個(gè)概念時(shí),在他們頭腦里出現(xiàn)的不是該范疇所有成員都具有的共同的特征,而是該范疇的原型或最佳實(shí)例。例如當(dāng)我們談 到"能"這個(gè)概念時(shí),我們往往想到的是運(yùn)動(dòng)汽車的動(dòng)能,空中物體具有的勢(shì)能,而很少想到光能和風(fēng)能,顯然,原型以表象來編碼。所謂類別成員代表性程度,即 概念原型之外的其它成員被允許偏離原型的程度。如 "動(dòng)能"、"勢(shì)能"是"能"的原型,而光能和風(fēng)能是代表性較少的偏遠(yuǎn)實(shí)例。此外,肯定"動(dòng)能"比肯定"風(fēng)能"的時(shí)間短。原型論認(rèn)為:兒童對(duì)概念的獲得就是 由成人為之提供的原型實(shí)現(xiàn)的。

2 物理概念的定義方法

根據(jù)概念的心理構(gòu)成,中學(xué)物理對(duì)概念的定義一般采用了兩種辦法:特征定義法和原型定義方法。

2.1 特征定義法

所謂特征定義法,就是應(yīng)用演繹法來定義概念,即應(yīng)用類概念加以本質(zhì)特征的限定來定義屬概念。中學(xué)物理中,不少概念的定義屬于這一類。在應(yīng)用演繹法定 義概念時(shí),用來限定屬概念的本質(zhì)特征應(yīng)必要且充分。即既不要列舉所有本質(zhì)特征,也不可列入非本質(zhì)特征,因?yàn)橛行└拍畹谋举|(zhì)特征是數(shù)量眾多的。這就要求對(duì)概 念的定義是一種高度的抽象。比如在力的內(nèi)涵中,有力的瞬時(shí)效應(yīng)、積累效應(yīng)還有其它豐富的內(nèi)容,因此把力抽象為"物體之間的相互作用"?？傊?特征定義概念 中的本質(zhì)特征只要必要且充分即可,不必要,也不可能列出概念的全部內(nèi)涵。

2.2 原型定義法

所謂原型定義法,就是利用原型來描述概念內(nèi)涵的定義方法,即應(yīng)用歸納描述本質(zhì)屬性的方法來定義概念,也可稱為歸納法。中學(xué)物理中,大部分的概念屬于 這一類。在歸納法定義中用限定概念的本質(zhì)特征的描述通常并不遵從必要且充分的準(zhǔn)則,而是列舉盡可能多的主要的本質(zhì)特征,但不可混入非本質(zhì)特征。比如:質(zhì)量 虧損的概念,教材采用的方法是舉出中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí),氘核的質(zhì)量比中子和質(zhì)子之和要小這一事例來定義?？梢宰鳛楦拍钤偷膶?duì)象一般有兩種:一種是歸屬概念本身,是反映 概念本質(zhì)特征的具體范例。另一種是相近概念的原型,但它能借以說明新概念的定義特征,比如電勢(shì)能概念,借助重力場(chǎng)中的重力勢(shì)能來類比定義。

這兩類定義方法中,第一種定義是比較成熟和穩(wěn)定的。第二種是可以不斷加工和完善的。其中,原型定義的概念在經(jīng)過長期實(shí)踐和學(xué)術(shù)界的爭議、加工和完善 后,概念的必要且充分的本質(zhì)特征有可能相對(duì)集中并穩(wěn)定下來,并取得共識(shí),從而實(shí)現(xiàn)向特征定義轉(zhuǎn)變。這兩種定義都有各自的定義特征,但要注意的是,同一概念 的兩種定義的定義特征并不一定相同。

3 物理概念的有效教學(xué)策略

3.1 提供概念范例,豐富學(xué)生表象

原型論認(rèn)為,當(dāng)人們聽到一個(gè)概念時(shí),在他們頭腦里出現(xiàn)的不是該范疇所有成員都具有的共同特征,而是該范疇的原型或最佳實(shí)例。由此可見,提供范例,豐 富學(xué)生的表象是概念教學(xué)的第一步。范例與表象都是學(xué)生獲取概念的重要條件和基礎(chǔ)。范例從外部提供反饋信息,有助于學(xué)生掌握概念的定義特征;表象具有直觀性 與概括性的特征,是從具體感知到概念教學(xué)形成的過渡和橋梁。不管概念多復(fù)雜,進(jìn)行概念教學(xué)的關(guān)鍵就是提供一組范例。概念是由原型和類別成員代表性的程度這 兩個(gè)因素構(gòu)成的。所以,范例的定義特征越明顯,學(xué)習(xí)越容易,無關(guān)特征越多,越明顯,學(xué)習(xí)就越困難,因此在概念教學(xué)中,提供的范例應(yīng)突出概念的定義特征。最 好的范例就是那些定義特征很明顯且學(xué)生最熟悉的原型。比如,"機(jī)械振動(dòng)"概念教學(xué),先通過實(shí)驗(yàn)或課件向?qū)W生展示振動(dòng)的原型:樹梢被風(fēng)吹后而擺動(dòng);水平彈簧 振子的振動(dòng);擺鐘的擺動(dòng)等等。通過觀察、歸納得出機(jī)械振動(dòng)的兩個(gè)定義特征:平衡位置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

3.2 正例和反例的綜合運(yùn)用

概念教學(xué)時(shí)通過范例歸納是必不可少的,尤其在教那些對(duì)學(xué)生而言是比較難的概念時(shí),需要運(yùn)用較多的范例。正例傳遞的信息最有利于概括,為了便于學(xué)生從 例子中概括出共同的特征,需要同時(shí)呈現(xiàn)若干正例。反例傳遞的信息則最有利于辨別,適當(dāng)運(yùn)用,有助于加深對(duì)概念本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。比如, "機(jī)械振動(dòng)"概念教學(xué)中,在歸納出定義后,應(yīng)馬上向?qū)W生呈現(xiàn)反例。知問:乒乓球在球桌上的跳動(dòng)是不是機(jī)械振動(dòng)?這時(shí)可向?qū)W生說明,由于這一運(yùn)動(dòng)缺少"平衡 位置"這一定義特征,所以并不是機(jī)械振動(dòng)。

應(yīng)注意的是,在運(yùn)用范例說明概念時(shí),需符合三條原則:①按由易到難的順序呈現(xiàn)范例;②選擇彼此各不相同的例子;③比較正例和反例。

3.3 明確概念的兩種定義,正確區(qū)分定義式和決定式

物理概念的定量描述是通過數(shù)學(xué)公式來實(shí)現(xiàn)的,對(duì)于同一概念的不同定義法,其公式一般是不同的。一般地講,特征定義是概念的本質(zhì),具有一般性。比如電 場(chǎng)強(qiáng)度概念的特征定義為:描述電場(chǎng)力學(xué)特征的物理量,可用公式E=F/q來定義,結(jié)果與放入的試探電荷q無關(guān)。而公式E=k/Qr2只是點(diǎn)電荷Q這一電場(chǎng) 原型的電場(chǎng)強(qiáng)度公式,可以說明電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與試探電荷q無關(guān)。同樣地,電阻原型定義公式R=ρ(l/S)能說明其特征定義。而公式R=U /I則說明對(duì)某電阻R與U、I無決定關(guān)系的一個(gè)范例。

3.4 講清概念的物理意義,有機(jī)結(jié)合兩種定義

學(xué)生掌握物理概念的過程,大致可分為領(lǐng)會(huì)、運(yùn)用、完善、擴(kuò)展四個(gè)階段。因此,概念的教學(xué)應(yīng)注意階段性。在領(lǐng)會(huì)階段,概念宜通過原型進(jìn)行教學(xué),到后階 段為使學(xué)生掌握概念的本質(zhì),又應(yīng)明確概念的特征定義。由于原型定義概念對(duì)本質(zhì)特征的描述通常并不遵從必要且充分的準(zhǔn)則,可能存在一定的不足。因此,在運(yùn)用 原型定義進(jìn)行概念教學(xué)時(shí),一定要揭示概念的本質(zhì)特征,以使學(xué)生對(duì)概念更深入的理解。又由于原型對(duì)表象的依賴,對(duì)于真正建立概念有消極作用,學(xué)生只有真正掌 握理解了概念的特征定義,才能擺脫表象的依賴。這就是我們常要求學(xué)生掌握概念的物理意義。

對(duì)"功"這一概念,教材是利用力拉物塊運(yùn)動(dòng)這一原型得出功的定義:W=Fscosα。由于原型中力作用點(diǎn)的位移和質(zhì)點(diǎn)(物塊)位移的一致性,不存在 問題。但遇到兩者不一致時(shí),s的物理含義就指代不清:s是指質(zhì)點(diǎn)的位移還是力作用點(diǎn)的位移。在長期的爭論中,似乎都不能圓滿解決,這正是原型定義概念的缺 陷。若教學(xué)中,在運(yùn)用原型進(jìn)行概念教學(xué)過程中注意概念的物理意義,那么,學(xué)生就會(huì)明白:功的本質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化的量度,做不做功關(guān)鍵是看有無能量的轉(zhuǎn)化,且轉(zhuǎn) 化過程中能量守恒。對(duì)此,我們來看一下2006年高考全國卷Ⅰ第20題:

一位質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)員從下蹲狀態(tài)向上起跳,經(jīng)Δt時(shí)間,身體伸直并剛好離開地面,速度為v。在此過程中,

A.地面對(duì)他的沖量為mv+mgΔt,地面對(duì)他做的功為1/2mv2。

B.地面對(duì)他的沖量為mv+mgΔt,地面對(duì)他做的功為零。

C.地面對(duì)他的沖量為mv,地面對(duì)他做的功為1/2mv2。

D.地面對(duì)他的沖量為mv-mgΔt,地面對(duì)他做的功為零。

如果從功的原型定義考慮,很難判斷地面是否對(duì)人做功:若將s看做是力作用點(diǎn)的位移,地面沒有對(duì)人做功,但把s看做是受力對(duì)象--人的位移,人的重心 上升,地面對(duì)人做了功。但是,從功的特征定義考慮:地面對(duì)人沒有做功。因?yàn)槿说臋C(jī)械能雖然增加,但地面與人之間并末發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化,人的機(jī)械能增加是本身 生物能轉(zhuǎn)化而來的。

3.5 利用兩種定義,消除錯(cuò)誤概念

在概念學(xué)習(xí)中,學(xué)生很容易由日常生活經(jīng)驗(yàn)而形成不科學(xué)的錯(cuò)誤概念,而這種概念一旦形成,又難以消除或改變。比如,"工作"與"功"。有這樣一個(gè)例 子:人提著水桶不動(dòng),人有沒有做功?對(duì)于這一類問題,可以采用的教學(xué)策略就是強(qiáng)調(diào)概念的定義特征,直接指出學(xué)生的錯(cuò)誤所在,讓學(xué)生直接面對(duì)錯(cuò)誤,重建知識(shí) 結(jié)構(gòu),賦予概念新的意義。從功的原型定義來講,由于提著水桶不動(dòng),人對(duì)桶有力的作用,但在力的方向上沒有位移,故不做功。從功的特征定義來講,人雖然消耗 了能量(感覺到"累"),但水桶并未增加能量,故也不做功。

3.6 利用概念間的關(guān)系進(jìn)行教學(xué)

運(yùn)用此策略的第一種方法是利用概念間的層級(jí)關(guān)系,概念系統(tǒng)最典型的等級(jí)表現(xiàn)是具有三個(gè)層次:上位概念、基本概念、下位概念。相對(duì)應(yīng)的概念學(xué)習(xí)也有三 種:下位學(xué)習(xí)、上位學(xué)習(xí)、并列結(jié)合學(xué)習(xí)。并列結(jié)合學(xué)習(xí)是物理概念學(xué)習(xí)中非常重要的方法之一。比如:在學(xué)習(xí)電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化關(guān)系時(shí),由于它和重力做功 與重力勢(shì)能變化有相似的構(gòu)成,所以在教學(xué)中可將它作為新概念的一個(gè)范例,將它們類比進(jìn)行教學(xué),學(xué)生較容易接受。

另一方法是繪制概念圖。將學(xué)生學(xué)習(xí)過的概念組成概念圖,把新概念置于其中,概念與概念之間的關(guān)系得以明確顯示,概念被賦予了更多的含義,有利于學(xué)生運(yùn)用已知概念來學(xué)習(xí)新的概念。