專題講座
初中物理概念教學
黑龍江省教育學院劉卓
一、物理概念教學的重要性
（一）物理概念教學是掌握物理知識的關鍵
任何一門學科，都有其所需揭示的內容。物理學科也不例外，而要揭示物理物件的存在、運動、相互作用，就必須先建立物理概念，以概念為思維的細胞、為認識的基本形式，進一步形成物理學的體系與結構。任何一門學科，如果沒有一些概念作為分析綜合、判斷、推理等邏輯思維的出發點，就不可能揭示這門學科的內容，，也就失去了這門學科的存在價值。
物理概念不僅是物理基礎知識重要組成部分，而且是構成物理規律、建立物理公式和完善物理理論的基礎和前提。由於物理規律揭示了物理概念之間的相互聯絡和制約關係，如果對物理概念沒有理解，就談不上對物理規律的理解和運用。中學生感到物理難學，其主要原因之一就是物理概念沒弄明白。
死記公式、題海戰術不是學習物理的方法，而弄清概念的建立過程、內涵和外延，才是學好物理的基本途徑，所以物理概念的教學是掌握物理知識的關鍵。
例如：如果學生對力、質量和加速度這幾個概念搞不清楚，那就無法掌握牛頓第二定律，更談不到正確應用了；如果沒有對電路、電流、電壓、電阻等概念的理解，也就不能學好電學的一系列知識。
（二）物理概念教學是學生學習、運用科學方法、發展能力的主要途徑
物理概念是經過一系列觀察、分析、抽象等思維過程才建立的，概念建立以後，要用概念解決實際問題，也要用一系列科學方法。在概念的建立與應用過程中，學生運用科學方法，直接對所觀察的現象進行比較、分析、綜合、抽象、概括等思維活動，對發展學生的能力起著十分重要的作用。有些概念還要用數學知識和數學方法來表達，反映出概念之間的因果關係，學習這些概念可以培養邏輯思維能力。
學習物理的過程要發展能力，而發展能力的根本途徑是掌握方法，所以學習概念過程是學生學習、運用科學方法的過程，是提高能力的過程。新課程標準把「過程與方法」作為三維目標的一項內容，是非常有意義的。
二、物理概念的形成過程
（一）物理概念
１．物理概念的定義
物理概念是表示研究物件具有的物理屬性的一種思維形式。 能夠區分不同物理概念的判斷，稱為物理概念的定義。物理概念的表達方式必須符合學生的認知水平。
所以在教學過程中，學生建立的概念只能隨著教學層次的提高而深化，學習的不同階段，建立的概念允許有不同程度的片面性，含糊性和表面性，但必須是科學的。 如電壓的概念，初中只能敘述為電路中要有電流，兩端就要有電壓；而高中則定義為電勢差。
一般情況下，物理概念的定義並不能代表概念的全部內涵和外延。由於物理概念的發展性，其定義不是唯一的。如質量的概念，初中定義為物體含物質的多少，高中定義為物體所受外力與其獲得的加速度之比等等。
一般情況下，物理概念的定義並不能代表概念的全部內涵和外延。
物理概念分定性和定量兩種。定量的物理概念稱物理量，它按描述物件是狀態還是過程分為狀態量與過程量。狀態量是描述狀態的物理量。
研究對像的狀態一定，它就有確定的量值，如速度、加速度、動量、能量、壓強等。過程量是描述過程的物理量。力學中的位移、功、衝量，熱學中的熱量等都是過程量。
定性的物理概念是用來揭示某概念區別於其他概念的物理本質特徵或用來表示該概念的基本類別、歸屬或性質的物理概念。例如機械運動、平衡、電磁振盪等。
２．物理概念的物理意義
物理概念的物理意義與物理概念的定義不同，它是指物理學引入和建立某一物理概念的原因，即為什麼要揭示某一研究物件的物理屬性，它對物理學本身的發展或生產實踐有什麼意義。如，電阻率的物理意義是，引入電阻率是為了區分不同材料導電性能的強弱，所以，它是描述材料導電性能的物理量。再如，密度概念的意義是，引入密度是為了區分、鑑別不同的物質，每種物質的密度是一定的，它是描述物質本身含量的物理量。
電場強度的物理意義是，引入電場強度是為了反映電場的性質，電場強度是描述電場力的性質的物理量。
３． 物理概念的內涵與外延
物理概念的內涵是反映在概念中的物理現象、物理過程的本質屬性，是該事物區別於其他事物的本質特徵，通常由概念的定義來表示。例如，速度 v ＝ s/t, 反映了物體運動的快慢；頻率是每秒鐘振動的次數，描述物體振動的快慢；力是物體之間的相互作用。類似的還有 ρ =m/v 、 p =f/s 等等。
這些定義是從質和量兩方面反映了物理量的內涵。
物理概念的外延即通常所說的概念的運用條件和範圍。例如，庫侖定律確定的力，只適用於靜電場，對迅變電場、渦旋電場不適用；電勢的概念只適用於靜電場，不能用於交變電磁場；在慣性系 f=ma ， 適用於巨集觀低速。關於概念的適用範圍，例如重力、彈力、摩擦力、安培力、洛侖茲力等等都屬於力這個概念的外延。
通過對物理概念外延的學習，能使學生逐步深化和擴充套件對概念的理解。掌握物理概念的外延就能理解概念的適用條件，定義式的應用範圍和式中各個物理符號的具體物理意義。
（二）物理概念的形成過程
物理概念的形成包括兩種層次：其一，是科學家們創立物理概念的過程；其二，是學生建立物理概念的過程。從認識論的角度看，兩種層次的物理概念形成過程是一致的，都是以感覺、知覺和表象為基礎，通過分析、綜合、抽象、概括等思維活動，從個別到一般，從具體到抽象，從知識應用到逐步把握物理現象和物理過程的本質的認識過程。
下面從認識論的角度闡述物理概念的形成過程及其方法。
１．物理概念的形成基礎
物理概念是對物理現象，物理過程的抽象而建立的。必須通過日常的感知活動或觀察實驗等一系列的實踐活動，或者根據已有的經驗事實，才能獲得研究物理問題的感性材料，這是物理概念的形成基礎。
（ 1 ）日常的感知活動是指學生在日常生活中獲得感性材料的過程。比如關於運動的認識、關於力的認識、關於電的認識，這種感知活動獲得的感性知識是形成概念的巨大財富。但由於學生認識的侷限性，學生獲得的觀點、認識可能存在誤解、錯誤、形成隱概念，前概念和初概念，比如摩擦力，學生可能由於生活經驗只注意到摩擦力阻礙物體運動，於是形成摩擦力都是阻力的錯誤認識，那麼在教學中就應該引導學生分析一些生活中摩擦力充當動力的例子，最後總結出摩擦力的概念。
（ 2 ）觀察實驗是在物理概念的形成過程中，有計畫、有目的地為物理概念的建立提供科學的感性認識的過程。它是學生由感性認識上公升到理性認識的基礎。實驗可以是演示實驗或學生實驗。
如在建立彈力概念時可採用一系列演示實驗：彈簧受力形變、泡沫受力形變而產生了彈力。對於形變不明顯的實驗，例如玻璃瓶受力形變，可以在瓶內部裝滿水，瓶口塞上連有細玻璃管的塞子，採取放大的方法， 觀察細玻璃管液柱高度變化顯示固體受力形變，然後歸納總結出彈力的概念，及適用範圍。
（ 3 ）經驗事實是指前人在研究物理問題或從事生產實踐中的典型的物理現象和物理實驗。這些經驗事實，對物理概念形成具有突出現象、本質的特點，但是學生又不很熟悉，課堂上無法進行實驗觀察。在教學中可以充分利用教材，教育軟體和教師的講授，闡述經驗事實，使學生獲得感性材料。
例如，介紹「核能」時要模擬原子核的鏈式反應。我們可以擺火柴進行模擬，但不形象、不生動。如果通過計算機輔助教學模擬，動態地展現出鏈式反應的過程，效果就好得多。
２．物理概念的形成過程
物理概念的形成要經過在物理事實的基礎上進行抽象思維的過程。此過程可以概括為感性具體 — 思維抽象 — 思維具體。
（ 1 ） 感性具體
人們在提出物理問題之後，就通過觀察和實驗或經驗事實，蒐集物理思維的材料，獲得對物理事物的感性認識。感性認識是關於物理事物的表面、片面、外部聯絡的認識，但這並非是乙個純粹的感性過程，而是在理性指導下的有目的、有意識、有選擇的感性活動過程。
通過感性認識，形成對物理事物的外部聯絡和外部特徵的整體表象以及有關資料與資料，此即感性具體，它是物理抽象思維從感性具體到思維抽象的邏輯起點。
思維抽象
思維抽象是對物理事物的感性具體，運用思維方法，形成關於事物的本質屬性，建立物理理論的過程。 在這個過程中，物理抽象思維對各種感性材料的活動主要表現為如下的形式。
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