（课程与教学论专业论文）大学物理概念教学的模式探讨.pdf

东南大学硕士学位论文 中文摘要 物理教育是整个科学素质教育的摇篮，在高等教育中，大学物理课程除了是专业课 的学习基础外，还在提高学生的科学素质、培养学生的科学思维能力等方面起着无可替 代的作用。随着高等教育大众化的不断推进和高考科目设置( 3 + x ) 的改革，大学物理 课程基础知识的教育也期待着进一步的改革，而物理的概念将是统领物理学所有知识的 基础，将物理概念的教学和学生能力的培养更好地融为一体才能将大学物理教育推向更 广阔的天空。 本文首先概述了物理概念教学的有关理论，介绍物理概念的定义、特点、教学对象、 教学目标及形成的教学程序，提出概念教学改革的必要性：并尝试选编了一套概念测试 题来配合概念教学的展开；在当代国内外教学理论的指导之下，探索物理概念教学的新 理论和一些新的教学模式，然后通过实际教学的不断尝试，吸收学生的反馈意见，并得 到其他教师指导和建议，对概念教学的模式进行修改和完善；同时通过网页制作和电子 教案改进等多种辅助手段来完成概念教学的优化。 通过对大学物理概念教学进行综合改革，实践证明确实能部分地消除高考科目设置 改革( 如有的学生不选考物理) 的负面影响，在大学物理教学中更好地实现了师生互动 和生生互动，促使学生进入探究活动，从而能动地、创造性地完成大学物理学习任务。 关键词：大学物理；概念教学；习题；模式；网络；电子教案 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t p h y s i c se d u c a t i o ni sm eb a s i so ft h ew h o l es c i e n t m cq u a l i t ) ，e d u c a t i o n 1 1 1u 1 1 i v e r s i 也 c 0 1 l e g ep h y s i c si sn o to i l l yt h eb a s i so ft h ep r o f e s s i o n a lc o u r s e s ，b u ta l s op l a y sa j li m p o r t a n t r o l ei ni m p r o v i n gt h es t u d e n t s s c i e n t i f i cq u a l i t ) ra n dt h e i rs c i e n t i f i ct 1 1 i n k i n ga b i l i 够w i t hm e a d v a n c e m e n to fl l i g h e re d u c a t i o na n dt 1 1 er e f o m lo fs u b je c t si 1 1c o l l e g ee n t r a n c ee x a m i l l a t i o n ， c o l l e g ep h y s i c st e a c l l i n gn e e d sa 如n h e rr e f o m a sw ek n o w ，t h ec o n c e p ti 1 1p h y s i c si s 1 e b a s i so fa l lt h ep h y s i c sk n o w l e d g e b yc o m b i m n gt e a c h i n gp h y s i c sc o n c 印tw i t hf o s t e r i n gt h e s t u d e n t s a b i l i 坝w ec a l lp u tc 0 1 l e g ep h y s i c se d u c a t i o nt ot h e 、i d e rs p a c e i nt h j sp a p e r ，也em e o 巧a b o u tp h y s i c sc o n c e p tt e a c l l i n gi si n 仃o d u c e d f i r s t l y ，i n c l u d i n g m ed e f i m t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c ，t e a c h i n go b j e c t ，t e a c l l i n gg o a la 1 1 d t e a c l l i n gp r o g r 锄o fm e p h y s i c sc o n c 印t t h e nw ed i s c u s s e dt h en e c e s s i t ) 厂o ft e a c h i n gr e f o m a n da l s o 、v es e l e c ta i l d r e d a c tas e to fc o n c 印te x e r c i s e st og o 埘t 1 1m ec o n c e p tt e a c h j l l g w 色e x p l o r es o m en e w p h y s i c sc o n c e p t st e a c h i n gm o d et 1 1 r o u 曲o u re 岱) r ta c c o r d i n gt ot h ed i r e c t i o no fm et e a c m n g m e o r yh o m ea 1 1 da b r o a d a tt h es a m et i m e ，w ep u ti ti n t op r a c t i c ea 1 1 dg e tt 1 1 ef e e d b a c k 舶m s t u d e n t s ，a d v i c ea 1 1 ds u g g e s t i o n sf r o mo t h e rt e a c h e r st oi i n p r o v ea n dr e v i s e 戗1 et e a c l 血1 9m o d e f i i l a l l y ，w ec o m p l e t et 1 1 eo p t i m i z a t i o no fc o n c e p tt e a c l l i n gb ym a n yd i 虢r e n tl ( i n d so f a s s i s t a n c es u c ha sm a b n g 、v e b p a g ea n d i m p r 0 v ee l e c 订0 1 1 i ct e a c l l i n gp l a l l t h ep r a c t i c es h o w st h a tr e f o mi 1 1t h ec o l l e g ep h y s i c sc o n c e p tt e a c h i l l gc a ne l i r m n a t e s o m en e g a t i v ee 丑、e c t si nt h es u 切e c t so fc o u e g ee n t r a n c ee x 锄i n a t i o n ( e g s o m es t u d e n t s d o n ts e l e c tp h y s i c s ) a l s oi tc a l lr e a l i z et 1 1 ea c t i v a t i o nb e t w e e nt l l es m d e n t sa n d t e a c h e r s ，u r g e s t u d e n t st oe x p l o r ea c t i v i t i e ss o 也a tm e yc a nf i n i s hc o l l e g ep h y s i c ss t u d yi 1 1a j la c t i v ea n d c r e a t i v ew a v k e y w o r d s ：c 0 1 1 e g ep h y s i c s ；c o n c e p t t e a c l l i n g ；e x e r c i s e ；m o d e ；n e t 、v o r k ； e l e c 仃0 1 1 i ct e a c m n g p l a j l i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查 阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊 登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：威匆飞导师签名： 、彬 1 善 日期： 第一章引论 课题研究的背景 第一章引论 1 优化物理教学的重要意义 回顾历史，物理学的起源和发展促进了自然科学各个领域各个学科的建立和发展，尤其是2 0 世 纪以来物理学更是站在了科学的前沿，推动着新学科、新技术、新思维的进步，极大地影响着社会 和经济的发展。由此可见，物理教育确实是整个科学素质教育的摇篮，一方面它能为工科学生学好 后续课程打好物理基础，例如化工系中的环境专业，它要求学生有一定的热学知识，机械系的学生 要求有一定的力学基础，电子，信息类的学生则对电磁学部分的知识要有所掌握。另一方面学习大 学物理的过程将会使学生逐步学会科学的思维方法和研究方法，从而培养学生的各项能力，开阔思 路，激发他们的探索和创新的精神，真正提高人才素质。从某种意义上说，一个国家的物理教学水 平，关系到这个国家科技人才的科学素质，关系到当代科学技术的发展，也关系到这个国家未来产 业竞争力，综合国力的提升。 2 高考科目设置的改革给高等教育带来的冲击 随着科技的进步，人们生活水平的提高，我国高等教育也得到迅猛发展从1 9 9 8 到2 0 0 3 年， 大学的招生从每年1 1 6 万发展到4 2 5 万，而在校生更是从8 5 0 万发展到1 9 0 0 万。但课程的专任教师 的增长率却远远达不到这个速度( 4 0 7 3 7 2 4 7 万) 。这就出现了基础课程的大班化教学。同时随 着高等教育大众化的不断推进和高考科目设置( 3 + x ) 的改革，很多地方工科院校为了增加生源，把 大量未选考物理的学生也招进了工科专业。而这些学生在中学里的物理基础是薄弱的( 一些中学为 了提高本校的高考升学率，大大地降低了中学物理的教学要求) 。这给地方工科院校的大学物理教学 提出了巨大挑战，稳定地方工科院校大学物理课程的教学质量已成为当务之急。 3 高等教育中的基础教学要加强 高等教育的培养目标是具有全面素质和创新能力的人才，但是通过对上述实际情况的分析， 我们发现对基础层次薄弱的地方院校和学生群体来说，一步登天的创新教育的实施是相当困难的， 这样就给地方院校的教学提出了一个新的课题，对于一流的高等学府的教学改革和具有创新意识的 教学特色，我们不能盲目随从，我们更需要做的是实事就是，针对地方院校所面对的层次不齐，素 质不一的学生，当务之急的是要在基础知识的教学上有所突破，巩固他们的基础知识，加强他们基 本能力的训练，在基础课程中给他们扎下良好的科学素养的基底。高然耸立的建筑需要的是坚实的 基础，装饰豪华漂亮的大厦需要的是内层坚固的毛胚。否则我们培养出来的学生就有可能是金玉其 外，败絮其中的人才。当然，在强调基础知识学习的同时，我们同样也不能忽视各项能力的培养和 创新意识的提高，这就要求我们在基础知识的教学的模式要有进一步的改良，在学生掌握基础知识 的同时，知识也在潜移默化中转化为学生的能力。 物理教学首先该发展的就是学生对物理的理解和对物理方法的一些掌握，而从现在的情况看 来，学生学习的物理知识可能更多是形式上的，是一些应试的能力，不是实质的物理内容，而科学 归根结底在于用概念把握实验事实透露出来的自然事物的本质，正如爱因斯坦所说的：物理学是从 概念上掌握实在的一种努力幢。所以物理教师应该认识到，只有引入了概念才能理解现象，只有借 助了正确的概念，才能真正地知道观察的是什么。作为地方院校的一名物理教师，在物理教学的过 程中，发现物理的概念将是统领物理学所有知识的基础，所以我选择大学物理概念教学模式的探 讨作为我的研究论文，旨在通过对概念教学的理论研究和教学实践，找出适合一般高等院校发展 的物理教学的新模式，同时能配合一流的高等学府，更好完成高等教育的培养目标1 。 东南大学硕士学位论文 二课题研究的内容 1 研究物理概念教学的理论； 通过对概念教学的理论研究，了解物理概念的定义，特点以及形成过程；从而确定物理概念教 学的体系，主要包括教学内容和层次，教学对象的特点，教学目标和评价手段；结合高等教育的培 养目标以及当前普遍使用的教学方法，提出概念教学模式的改革必要性。 2 探索物理概念教学的新模式； 概念教学的模式多年来始终是以教师讲解为主，特别是大学的教学课堂中，教师受课时限制， 学生配合不足等，一般都是以讲解概念本身内容即可。而新课程教学则需要活的血液，新的模式【3 】 来加强互动，通过师生互动，生生互动来加强师生之间的情感交流，以及对概念内容的理解交流等。 并通过教学互动手段的展开去培养学生的各项能力和素质。在国内外各种教学理论的指导下，对教 学模式进行了多层面探讨，最后主要进行双人教学的教学尝试，从理论和实践两方面对该模式进行 充实。 3 尝试整理一套概念测试题配合概念教学使用； 概念的掌握与否需要在对知识的应用中才看得出来，所以我整理和编制了一套有针对性的概念 测试题，它对概念教学的展开具有较大的辅助性。在论文中我就整理，编制题目的原则和理念做了 介绍，对如何使用概念测试题辅助教学提出了一些建议。 4 通过网页制作和电子教案改进等多种辅助手段来完成概念教学的优化。 为了更好的完成教学任务，达到优化的教学效果，在现代教学中我适当地使用多媒体来配合课 堂教学的展开，使用网络来辅助课外的教学活动。在教学过程中，对已有的电子教案进行改进，以 便更适合概念教学的课堂的使用，并通过制作教师个人网页来更好的满足学生课后的学习以及与教 师交流的要求。 三课题研究的方法 要顺利完成一个课题，必须要做好理论和实践两方面的工作，一方面理论是实践的前提和指导， 在理论的引导下，实践不至于偏离正确的路线，避免少走弯路；另一方面，实践才可验证理论的正 确性，并对理论内容进行提高和升华。所以在论文进行的过程中，我始终坚持理论联系实践的方法， 去踏踏实实地做好每一步的工作。 在理论方面：进行多渠道的资料收集和阅读。翻阅教育理论和物理教学的各类书籍；从网上下 载相关文章进行阅读，去分析各种教学理论和教学示例，吸收别人教学的经验；找到概念教学的若 干理论，并对国内外各种教学模式进行比较，寻找适合当代学生的教学模式理论；概念测试题来源 于国内外物理教材，各类学习指导书和题库，选择它们其中比较典型能反映物理概念掌握情况的题 目。 在实践工作方面：利用教学的有利条件，在教学理论的指导下，进行课堂教学模式多层面自我 尝试；并通过调查表吸收学生反馈意见，与学生的多次交流以改进教学；听几位老师的课，与各个 教师交流教学方式； 最后，将概念教学的理论内容系统化，概念教学模式成型化。 2 第二章物理概念教学的理论研究 第二章：物理概念教学的理论研究 大学物理作为工科院校的一门基础学科，它的内容概括起来可分为六类：( 1 ) 物理现象、事实 及典型的物理过程：( 2 ) 物理概念和物理量；( 3 ) 物理定律、定理、原理与法则；( 4 ) 物理科学方 法；( 5 ) 介绍性知识；( 6 ) 实验知识。其中比较具体的知识点是物理概念、物理规律和物理科学方 法。而这三者之中我们又可以发现物理概念是物理规律的基础，物理规律揭示出几个物理概念间的 关系，物理科学方法是形成概念，建立规律的手段和必要保证。作为整个物理大厦的基础，物理概 念在物理教学中起着全局性，先导性的作用，概念教学是整个物理教学中至关重要的一点。下面我 先对物理概念的理论内容做一介绍。 第一节物理概念的定义和特点1 4 j 一物理概念的定义 物理概念是物理基础知识的重要组成部分，也是构成物理公式，完善物理理论的基础和前提。 “概念”本身的定义是指反映客观事物本质属性的思维形式。而“物理概念”是一种特殊的科学概 念，是反映物理现象，物理过程本质属性的一种抽象，是在大量观察，实验的基础上，运用逻辑思 维的方法，把一些事物本质的，共同的特征集中起来加以概括而形成的【5 j 。 所有的概念都具有内涵和外延两个方面，物理概念的内涵是概念所反映的物理现象的本质属 性，是指该事物区别与其他事物的本质特征，比如电场强度的概念是单位电荷在该点的受力，它取 决于电场本身的特征，与其他因素无关；概念的外延是指所反映的物理现象本质属性的对象，通常 所说的运用条件和范围，就是理解物理概念的适用条件，定义式的应用范围和公式中各个物理符号 的具体的物理意义，比如电场强度的概念是它的定义式，但它并不代表电场强度与电荷所受力成正 比，与电荷所带电量成反比。 皮亚杰在发生认识论原理中指出：认识过程分为四个阶段：感知运演、前运演、具体运演、 形式运演阶段，与之对应的概念为：隐概念、前概念、初概念、逻辑数学概念。而作为大学生，都 具有一定的物理基础，换而言之，对于大学物理中将要接触的概念，他们的头脑中已经具有隐概念、 前概念和初概念的内容。怎样将这些潜在的或对或错的概念最终转化为科学的概念就是大学物理教 学首先要遇到的难点，我们还是先分析一下物理概念的特点和形成，再去寻找合适的教学程序。 二物理概念的特点 物理概念作为科学概念，既具有普遍的科学性，也具有自身独有的特点： 1 客观性：物理概念是从大量的物理现象和物理实验中提炼出来的，特别是一些具体的概念， 在建立之后，还需要反复的实验上的验证。这也就要求在概念讲解中，尽量从客观事实出发，使学 生不仅掌握概念本身的含义，还能理解到这个物理概念不是凭空出现的，而是源于生活，源于人们 的经验总结，源于实验的验证。 2 抽象性：在客观性之外，物理概念又有超越于具体客体的内容，抽象概念就是以物理现象和 物理过程的理性认识为基础而建立的概念，如能、场、点电荷、绝对黑体等；还有一些特殊的概念 更是以科学推理的高度思维为依据而抽象出的概念，如时间，空间等。这就要求学生在学习过程中 具有一定的抽象思维去更好地理解。 3 定量化：定性的对物理现象的解释是满足不了人们的需求的，所以大部分物理概念和一定的 数学公式联系起来，完成对物理世界的定量的计算。 4 发展性：物理概念不是一成不变的，随着学生认识程度的增加，思维能力的发展，物理概念 也随之深入，更切近于事物的本质。比如：质量的概念，在接触牛顿第二定律时，它是物体惯性大 小的量度，质量是物体本身的属性，是不变的；而在相对论的质能关系中，质量又变成了物体能量 大小的量度，并且随着物体运动速度的变化而变化。 3 东南大学硕士学位论文 三物理概念的形成过程 物理概念作为一种简约，概括的思维形式，是整个物理学的基石和精髓。物理概念的形成是科 学家们不断观察，实验，总结，改进并最终创立物理概念的过程。在教学系统中我们主要关注的是 学生建立物理概念的过程。 物理概念在学生头脑中的形成主要经历了三个过程：通过感知活动，观察实现等方法获得感性 知识，引入概念的初步知识；再通过逻辑数学结构以及概念定义的原则完成概念的形式建立；最后 通过概念的使用和总结，获得最终的概念。 1 物理概念形成的基础：感知活动。 由于学生认识的局限性，在观察物理现象或物理实验的过程中，获得的只是表面的感知，难以 直接揭示物理现象的本质特征，或者由于物理现象的非本质特点掩盖了本质特点，使学生获得了有 关问题的错误观点，从而学生形成的是“隐概念”“前概念”“初概念”。教师要充分利用学生具备的 基础，善于利用一些感知活动，观察实验，经验事实等使学生获得感性材料，同时启发引导，让学 生经过反复的比较，分析，抽象，概括，抛弃上述现象中的非本质一些属性，抓住事物的本质，全 体，以及事物的内部联系，这样才能逐步实现隐概念、前概念、初概念向真正物理概念的转化， 2 物理概念形成的形式：逻辑数学结构。 当通过感知活动获得的是概念的定性了解，要进一步给它以完整的定义和形式，还必须经过“概 念结构化”和“知识系统化”的过程。 ( 1 ) 概念结构化：在感知活动的基础上，我们介绍的只是概念的表层定义，对学生而言知道的 也只是有这么一个物理量。只有通过科学方法进行思维活动，揭示出物理概念的若干要素，才能最 终形成科学的物理概念。 a 揭示概念的本质特征，实现观念的突破，从而明确概念的定义； b 对具体概念的物理量进行定量表示和计算，利用学生所学得的高等数学知识，数学思维和 数学方法对某些具体概念来定进行量，特别是当物理量是矢量时，更要阐明其与标量在物理意义和 计算上的不同点。 c 理解概念的物理意义。在定义了概念后，要进一步讨论概念的内涵和外延，比如该概念的 用途和使用范围，它的定义式和量度式的区别，从不同角度对概念进行深化和扩展。 d 物理量的测量和测量方法。这是属于介绍性的知识，测量虽然是物理实验的内容，但给予 学生一定的介绍，可以加强学生对该物理量的理解和掌握，也可以激发学生的实验设计的愿望和动 手兴趣，有利于学生创新能力的培养。 ( 2 ) 知识系统化：学习的概念要纳入所学习的知识系统才能更好地进行理解和记忆。在古代， 亚里士多德曾提过，整体大于各孤立部分的总和，所以在概念教学中，不能仅仅教授一条条孤立的 概念，而要不断的注意各知识点的内在联系，把单独的概念纳入“知识系统”，就更容易记忆和理解。 同时根据前面的介绍，物理基础知识包括概念，规律和方法，所以在讲授概念的过程中，也要在物 理的“知识系统”中，找出概念、规律和方法问的纵横关系。而“知识系统”的建立要遵循序渐进 的原则，并注意其阶段性，注意在教师的指导下让学生通过分析，综合，对比，归纳而建立。 3 物理概念形成的方法：观测证实，解决问题，并在这其中学习一定的科学方法。 物理概念的形成之后，还需要一些检验：比如通过科学实验和观测证实来加强概念的理解；或 者用逻辑推理方法，解决具体问题，来巩固概念的掌握。而在这个过程中，更要让学生在概念知识 学习的同时，领会物理科学方法的应用。科学方法【7 j 是指在概念形成的过程中，既要用逻辑方法， 也要用直觉方法。一方面，不能脱离物理概念和物理规律，而要寓方法教育于知识教学中，另一方 面，又不能只顾传授知识，而应把方法视为和知识同等重要的东西，视为知识的内核与脉络。黑格 尔正是在这个意义上说：手段是一个比获得有限目的更高的东西。概念教学目的也不仅仅在于学生 知识的掌握，更强调了学习到进一步获取物理知识的新工具科学方法。而我们在物理教学中强 调科学方法的学习主要是融汇在学生的探索概念学习的过程之中，因为科学方法体现在探索与发现 知识之中，不亲身经历这种探索过程，是很难发现其中的方法要素及关键所在。 4 第二章物理概念教学的理论研究 第二节物理概念的教学体系1 4 】 一大学物理概念的教学程序和原则； 1 物理概念形成的教学程序 物理概念形成的教学实质是由“教材”“教师学生”构成的系统信息输入，信息输出和信息 反馈的过程，所以物理概念形成的教学程序是一个复杂的、多因素的，系统的问题。根据刚才所介 绍的学生概念形成的过程，概念教学的一般程序如下： ( 1 ) 通过“感知活动”引入概念。 “感知活动”是教学程序基础，在教学中给出形象的实验或实例，有利于培养学生的观察能力 和分析问题的能力，有助于物理概念的形成。 根据概念的不同性质和学生的不同特点，我在教学中一般采取以下几种方法来引入概念： ( a ) 从实际生活实际引入，充分利用学生已有的感性经验，通过观察、联想和操作为概念的 建立做好准备。比如在介绍动量的时候，先介绍豪华汽车上装的气囊是为了保护车内的乘 客，用中学的知识就能解释其作用，但是警察也发现一个问题，就是用安全气囊，个子比 较矮的人死亡率大大超过个子高的人，原因呢? 让我们继续学习动量的有关知识。最后通 过学习后的分析，发现这些人的内脏居然是被气囊撞破的【6 j 。这样既激发了学生的学习兴 趣，又能及时引导他们用学到的知识来解释实际问题，把物理与实际生活相联系。 ( b ) 从实验现象引入。可以有现场的演示实验：比如静电场中的“电风”实验，简单易行， 现象明显；可以是多媒体的动画演示，比如相对论中的运动长度的收缩，运动时间的延缓 等。这些可以促使学生产生疑问，激发学生积极的思维，从而为建立概念的智力活动做好 心理准备。 ( c ) 在旧知识的基础上引入。在学生认知结构中找出适当的生长点，使学生明确概念在认知 结构中的地位，从整体认知结构中把握概念，强调认知结构的整体性和知识的内在联系。 比如对刚体这个概念的介绍，可以从质点这个旧知识着手，引入质点组，再介绍特殊的 质点组任意两质点间无相对位移，即刚体。 ( d ) 从理论的需要引入，这样可以体现知识的内在联系和知识体系的完整性，对学生形成良 好的认知结构十分有利。比如转动惯量的概念引入，不是直接给出计算式，而是在计算刚 体的角动量，转动动能时，都出现了 i r 2 聊这比较复杂的一项，这时我们就可以顺水推 舟地来把它定义为j 了。 ( 2 ) 概念的建立过程，并善于在其中逐步学习物理科学方法。 一个概念引入之后，在学生的头脑里就有了形象思维，并且在教师恰当的引导下，有着较强的 学习动机，通过定量到定性的过程，建立概念，再通过物理概念的内涵和外延的阐述，来完善它， 并逐步纳入此概念对应的系统结构。 物理世界是复杂的，而要探索它，又必须化繁为简，比如我们在实验室甚至生活中遇到的都是 比较复杂的物理问题，在实际的处理中，我们都是将复杂的问题通过分步，近似等方法简化它，然 后才可以用现有的知识去解决，这就是探索物理问题的特征和规律。那么教师在概念讲述过程中， 必须把过程充分而合理的展示出来，让学生看到问题是怎样提出，又从什么角度，用什么方法解决 的，并善于引导学生对这个概念进行归纳和总结。这样学生才能在概念得到定义的同时看到科学方 法的应用，从而领会并最终掌握它。 ( 3 ) 应用概念去解决问题，从而加深对概念的理解。 巩固深化是物理概念形成的教学程序的必要措施，它是指学生把所建立的概念和规律牢牢地保 持在记忆里，并不断丰富概念的内容，发展物理概念的外延，并能顺利地应用知识解释物理问题和 顺利地接受新知识，它包括“概念发展”、“方法应用”和“能力转化”。 物理概念的建立的目的是为了解决实际问题，同时在解决问题的过程中才能真正体会到这个物 s 东南大学硕士学位论文 理概念的各层内涵和外延，应用条件等等，才能对这个物理概念进行实质型的理解，这就称为物理 概念的发展。这部分关于概念的应用内容主要在第四章有更详细的教学说明。 而物理科学方法是指在概念形成并使用来解题的过程中所用的一些方法，既有逻辑方法，也有 直觉的方法，也就在概念的应用，即解题的过程中，学生会自觉或不自觉地应用一些科学方法，比 如理想实验法，分析综合法，对比类比法等等，教师如果能在解决问题的过程中及时对所应用的物 理科学方法加以总结和介绍，将会使学生获得比知识更高一层的方法的掌握。 能力转化也是在学生解决问题的过程中逐步形成的，除了常说的分析、推理、综合等能力之外， 教师还可以适当地让同学们把问题的解决过程讲解给别的同学听，培养他们的思维的敏捷性，语言 表达的清晰性等，这也是我们第三章中教学模式建立的一个出发点。在下面教学目标中，我们还会 进一步说明能力的培养问题。 2 物理概念形成要突出四个教学原则： 物理概念作为特殊的科学概念，在教学过程中，还必须注意一些基本原则： 科学性原则：对一个物理概念、规律，必须确切地理解，正确地表达，不能有科学性错误。 生动的直观性原则：学习物理概念，必须以观察实验作为基础，使学生获得生动的，具体的感 性认识，从而为思维加工提供丰富的资料。 启发积极思维原则：物理概念形成的思维过程就是提出问题、讨论问题、解决问题的过程。教 师要给学生创造条件，善于观察、善于实验、善于思考，并能建立概念从而解决实际物理问题，培 养学生思维能力。 理论联系实际原则：物理概念形成，离不开实践活动，实践是物理理论的源泉，而物理理论又 反过来应用于实践，改造人类社会，把知识直接或间接地应用于实际，用来解释一些物理现象，解 决实际问题，解答联系题，这也是理论联系实际的具体体现。 二大学物理概念的教学对象及其特点； 随着江苏省高等教育大众化的不断推进和高考科目设置的改革，很多地方工科院校为了增加生 源，把大量未选考物理的学生招进了工科专业。这样在同一个教室里坐着的学生物理基础层次不齐， 有些同学基础高，他们参加过各级物理竞赛，而有的同学甚至连一些基本的物理常识都不清楚，甚 至有个别同学就直接告诉我他就没学过物理，就这给地方工科院校的大学物理教学提出了巨大挑战。 针对这种情况，物理概念的基础教学也就显得犹为重要，而研究物理概念的教学首要的工作就要研 究学生心理活动规律和认知结构特点。即教师要了解学生的认知发展水平，思维规律，知识基础以 及兴趣特点等， 物理概念形成的认知结构特点 7 】：学习可分为意义学习和机械学习，意义学习的过程就是主体 通过其认知结构与外界的相互作用来理解概念，掌握知识，发展和认知结构的过程，学生用自己头 脑中的认知结构与新知识发生联系，建构新知识的心理意义。如果建构成功，则学生就理解了知识， 然后将其纳入认知结构中的适当部位，这种过程叫做认知结构的“同化”；如果原认知结构与新知识 差别太大或发生矛盾，则主体必须先对原认知结构进行修改和重建新的结构，依靠修改( 或重建) 后的认知结构去组织新知识，这种过程叫做认知结构的“顺应”，通过不断的同化和顺应，形成新的 概念和规律，发展认知结构。 学生特点：大学生作为一个已经经历了十二年学习的群体，认知水平和思维能力有了很大的提 高，并有着各自形成的学习方法和思路，具体表现如下： 第一思维的组织性，条理性已经基本完善。对于所学的知识点能纳入到已有的知识体系中 去，能对看到的问题进行分析解决。但也由于物理基础的层次不齐，有不少同学存在物理的错 误前概念的影响，反而会影响到新的知识的学习，所以就要求教师在学习引导过程中要剔除一 些前概念因素的影响。 第二思维的广阔性深刻性还不够。对所学的知识掌握较快，但应用能力和拓宽能力不足， 看到物理现象不能联系所学习的物理知识去解决。 第三综合分析能力加强，但运用数学知识解决物理问题的能力还不够。因为高等数学也是 6 第二章物理概念教学的理论研究 他们刚刚学习的内容，让他们即刻运用，学生感觉陌生，所以在解决问题时，即使对概念感觉 比较清楚，但对计算和最终解题感到困难。 三大学物理概念的教学目标和评价。 1 物理概念形成的教学目标： a 使学生掌握物理概念。 主要是指掌握了物理概念的内涵( 理解物理概念所反映的本质特征) 和外延( 明确物理概念的 运用条件和使用范围) 。 b 培养学生的能力。 在物理教学过程中，主要培养的能力有：观察能力，思维能力，分析问题和解决问题的能力。 观察能力主要是在课堂中所进行的演示实验的过程中培养的，教师在实验操作过程中要提醒学 生仔细观察实验的过程和出现的结果，用所学的知识给予分析。同时教师可要求学生在平时生活中 多观察，发现生活中的物理现象。 学生获得的感性认识必须经过分析，综合，判断，推理等一系列的思维活动，从而实现认识的 飞跃，形成物理概念和规律。这里就包含了若干思维能力的发展。其中分析能力是指在头脑中把事 物分解为各个属性、部分、方面，分清事物的主要因素和次要因素，集中全力研究主要因素的作用 规律。而综合能力就在头脑中把事物的各个属性、部分、方面综合起来，把个别的，孤立的现象连 成总体来考虑，从而使认识深入到事物的本质。判断是运用已有的概念对事物和现象作出肯定或否 定的结论。推理是从已知的概念出发，推导出新的，未知的概念和结论。 分析问题和解决问题的能力是物理教学中着重培养的。物理概念和规律，都是从特定的物理现 象和物理过程中抽象概括出来的，因此，要弄清物理概念和规律对应的物理过程及其特点，才能正 确地选用物理概念和规律，从而利用它们来解决问题。 c 通过概念教学，学生能领略到某些物理学的研究方法。 可以说物理是大学课堂中学生首先接触到的科学性较强的一门学科，在物理概念教学中，无论 引入概念，理解概念，或运用概念，都离不开科学的研究方法【8 】。通过概念教学，学生能熟悉并初 步掌握一些科学方法的应用。 2 大学物理概念的评价反馈系统 评价反馈是物理概念形成的教学程序的重要补充，评价是根据一定的标准对教育过程中所产生 的思想，学业，行为和个性等方面的变化( 或变化的可能性) 进行估价的过程，根据新课程教学评 价主要要体现在促进学生发展这一基本理念1 9 j 。要关注学生的发展，主要是通过反馈这一有效手段。 评价反馈是对学生的物理概念掌握隋况和能力水平进行估价，从而调整：控制概念教学过程，它的 目的在于促进学生对概念知识的吸收，能力的提高，同时也让教师在获得反馈信息后的自我调整， 在教学过程中得以经验的积累，教学水平的提高。评价反馈一般有以下几种： 课堂评价反馈：要提高课堂概念教学质量，及时实现课堂评价反馈是一种有效的途径。课堂中 要注意观察学生的各种语言，动作，情感的表现，抓住反馈信息及时调整教学进度，内容和方法， 比如觉得学生感觉轻松，那就加快进度，如果学生脸上露出迷惑不解的表情，就着重再讲一遍【l o 】。 其次，课堂上要讲练结合，启发学生积极思考，参与课堂练习，教师可获得即时的反馈。 课后评价反馈：学生作业情况和每周的答疑过程是课后评价反馈的主要途径，对学生的作业教 师认真分析，统计学生作业中的错误，对存在的主要问题及时评讲。对于答疑时间来问的问题，找 出共性，在下节课课堂上集体讲述，提高教学效果。 阶段性反馈：通过精心设计阶段性测试试卷和学生问卷调查，对阶段教学情况，进行调查，让 学生写出自己真实的听课感受，说说他们对课堂的意见和建议，从而有效实现评价反馈。 7 东南大学硕士学位论文 第三节物理概念教学的重要性及改革必要性 一高等教育的培养目标和现状 当前我国教育改革的重要任务就是全面贯彻党的教育方针，推进素质教育，其中课程是学校教 育的“心脏”，是实现培养目标的蓝图。在新一轮基础教育课程改革中，为了能够改变传统课堂教学 过于强调接受学习，死记硬背和机械训练的现状，教师要积极引导学生主动参与、乐于探究、勤于 动手，培养学生主动获取新知识的能力，分析问题和解决问题的能力以及交流与合作的能力，使学 生真正成为课堂教学的主体，促进学生在知识与技能，过程与方法以及情感态度和价值观等方面得 到全面、充分和自由的发展。 近年来，我国高等教育的得到迅猛发展。从1 9 9 8 到2 0 0 3 年，大学的招生从每年1 1 6 万发展到 4 2 5 万，而在校生更是从8 5 0 万发展到1 9 0 0 万。但课程的专任教师的增长率却远远达不到这个速度 ( 4 0 7 3 7 2 4 7 万) 。同时随着江苏省高等教育大众化的不断推进和高考科目设置的改革，很多地方 工科院校为了增加生源，把大量未选考物理的学生招进了工科专业。虽然有会考制度，但一些中学 为了提高本校的高考升学率，在高一结束时就开始分班，故意减少了未选考物理学生学习物理的时 间，大大地降低了中学物理的教学要求，即使学习物理的学校，教学的目的大都就是为了适应高考， 教学采用的多为题海战术，强化了学生的解题能力，但他们对实质的物理本质和规律，内含的物理 思想，科学方法等感觉还是很模糊的。省教委的一位领导在最近的一次对一些县级中学调研评估时， 发现这些学生对生活中的物理常识或者简单的物理实验现象( 比如一个圆锥体的从低处往高处走) 无法解释，而他们的物理考试成绩却都是名列前茅的，这就是应试教育带来的矛盾。这些在中学教 学中的遗留问题给地方工科院校的大学物理教学提出了巨大挑战。 同时我国过去几十年的物理教育过多地提倡按部就班的教学方法，教师都习惯于把知识组织得 井井有条，对课程内容的每个细节作详尽的解说，对学生可能发生的误解一一予以告诫，现代物理 学中的新事物，怕不能讲深讲透，担心给学生课后留下疑难，在课堂上宁可只字不提。这种教学方 法使学生已养成了读死书的习惯，物理学也越来越变成整天在公式内打滚的学科，其结果是培养了 许多非常努力、知识比较系统的学生，可是他们的素质是不全面的，特别缺乏科学素质，在研发时 往往倾向于模仿，缺少创新意识，很难作出原创性发明i l l j 。 面对大学物理教学的重任和改革的迫切性，考虑到各专业学生在高考中的选考科目不同f 一些电 类专业学生甚至也未选考物理) ，在教学过程中教师不仅要把系统的物理理论知识讲授给学生，还应 该使学生在学习过程中开阔视野，拓宽知识面，提高学生的物理素质，在潜移默化中教会学生如何 去思考和创新，培养学生有较强的独立思考和创造能力，让学生易于很快地进入科学发展的前沿。 二 物理概念教学的重要性 教学的基本任务可以理解为，形成理论知识和该学科所特有的专业技能技巧，要形成理论知识， 就必须在课上学习一定的理论、规律，基本概念，科学事实。而物理概念反映的是物理事实中最本 质的东西，正如美国教育学家布鲁纳继承和发展了皮亚杰“结构”主义学派的基本观点u 引：不论教 什么学科，都必须使学生理解该学科的基本结构，而学科的基本结构即各门科的基本概念，基本原 理和规律。其中概念就是整个知识结构的基础。 “结构学”中强调每一门学科都有自己的基本结构，是学生必须掌握的科学因素，也是教学的 中心，教师如果不教学科中的这些基本结构，基本概念，要学生从已知推到未知就非常困难。在进 行课程教学之前，要先查明学生对这些基础学科基本知识的学习准备。懂得基本原理可以使学科更 容易理解，掌握基本概念，原理，就可以理解许多类似的事物和特殊现象。领会了基本的原理和观 念，只要通过适当的“训练迁移”的大道，就能掌握学科结构，从而能够缩小“高级”知识与“初 级”知识之间的差距。布鲁纳说：高明的理论不仅是现在用以理解现象的工具，而且是明天用以回 忆那个现象的工具。看起来我们学到的只是最基本的物理知识和概念，但它们靠简单化的表达方式 保存在记忆里了，纳入知识系统的结构，它就不容易忘记，并有再生的特性，由一个简单的知识点， 一个简单的概念将引申到一定的物理内容，并扩展到若干物理现象的解释。有的概念如速度，加速 8 第二章物理概念教学的理论研究 度是贯穿整个运动学这章内容的线索；而力，功，能等物理概念则是学习和掌握整个物理学的基础。 这些关键性的概念学习不好，将会影响某一章甚至整个物理课程的学习。 三物理概念教学的改革必要性和手段 国际纯粹物理和应用物理联合会第2 3 届代表大会的决议指出：“物理学研究物质、能量和 它们相互作用的学科是一项国际事业，它对人类未来的进步起着关键的作用。对物理教育的支 持和研究，对所有国家都是重要的。”之所以会有这样的呼吁，是因为在理工类高等院校的各门课 程中，大学物理课除了是专业课的学习基础外，还在提高学生的科学素质、培养学生的科学思维能 力等方面起着无可替代的作用。在历史上许多人正是由于拥有扎实物理功底及与此相应的科学思维 能力，才在科学研究和发明上取得了重大成就：1 9 5 3 年f h c r i c k 发现d n a 分子的双螺旋结构； 1 9 9 8 年的诺贝尔化学奖获得者w k o i l n 和j a p o p l e 在量子化学方面所做的开创性贡献；毕业于哈佛 物理系的f - s b l a c k 对1 9 9 7 年诺贝尔经济学奖授予项目瑚权定价模型( b l a c k s c h o l e s 公式) 做出了奠 基性工作i i 引。目前，制约我国工业发展的主要因素是我国的原创性发明不多，教育界普遍关心的问 题是如何培养学生的科学素质、如何提高学生的创造发明能力。我们相信经过适当的教学改革，当 前大学物理教育一定能在培养学生的科学素质、提高学生的创新能力等方面发挥无可替代的重要作 用，为国民经济的快速发展提供动力。 而在相当一段时间里，教学一直被理解为工具性的，与教师学生之间存在着明晰的界限，对教 师来说，它是无可选择，没有能动性可言，只能循此行事，特别在概念教学的方法上，当前更多的 仍是以教师讲授和学生听记为主。学生在学习上无自由，无主动性，从而造成学生无创造性，个性 也不突出，一位留德学者说：若教师提一个问题，1 0 个中国学生的答案往往差不多，而1 0 个外国 学生或许会讲出2 0 个答案。当代教育心理学的发展表明，当代知识的激增表明学生不可能掌握全部 知识，需要的是掌握获取知识的方法，而传统的教学方法对这一要求是无能为力的。随着现代教学 理论在不断更新和变换着，当代教学开始关注教师，学生在全部教学活动中的地位，引导当代教学 朝理想的，合乎人性的方向发展，期望其能够具有更为全面和强大的功能。 由于高等工科教育中的大学物理课程的理论性逻辑性强内容丰富等特点，学生必须很认真、很 投入、很刻苦才能学好。目前高等学校的大学物理教学一般采用注入式的单人大班授课法，难以实 施以体现素质教育为核心的主体教育思想的教学方法，学生的学习兴趣不浓、学生的主动性和创造 性受到压抑，迟到、旷课现象有蔓延趋势。这种注入式的单人大班授课法的教学活动是单向的，这 样一种教学理论被认为是静态的，缺乏生气和创新的，必须加以改革，才能适应整个工程教育的要 求。当代教学在交互理论等的作用下，更加重视的现代教学的实践性，活动性，正在向具有内在活 力，注重调动介入到教学活动中所有的主体，特别是教师，学生的积极i 生的方向发展，使教学活动 朝展开式、实践的模式转化。正如我们所看到的，近两年来，电视综艺节目的组织形式发生了重大 变化，通过强化互动性艺术的使用，一些新的电视综艺节目( 如开心词典、财富大考场、非常周末 等) 赢得了很多观众。如果在高等学校大班基础课教学中借助现代教育技术适度引入电视综艺节目 采用的互动性艺术，可望激发学生的学习兴趣、发扬学生的主动性和创造性，为素质教育的实施打 下坚实的基