仲國虎

(北京市十一學(xué)校,北京 100039)

1 引言

物理概念是對物理現(xiàn)象和物理過程的本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系的抽象和概括。物理概念的學(xué)習(xí)既有利于培養(yǎng)學(xué)生的類比遷移能力,也有利于學(xué)生深度理解物理現(xiàn)象的本質(zhì)及其聯(lián)系,進(jìn)而形成物理觀念,提高科學(xué)思維能力。形成、理解、掌握、辨析概念是教學(xué)的重要內(nèi)容和核心任務(wù)之一,也是學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律的重要基礎(chǔ)。

物理概念是真實(shí)情境中物理現(xiàn)象解釋的出發(fā)點(diǎn),是深度學(xué)習(xí)開展的基礎(chǔ)。IB和A Level等國際物理課程非常重視學(xué)生對概念的理解,既要求學(xué)生熟知重要概念的表述,更好地理解物理規(guī)律,又能夠利用概念解釋真實(shí)情境中的物理現(xiàn)象。

在教學(xué)中,學(xué)生發(fā)現(xiàn)中外教材對同一概念的描述不盡相同,幾個(gè)留學(xué)生和國內(nèi)學(xué)生對此討論比較熱烈。筆者引導(dǎo)學(xué)生深入分析、對比中外物理教材中“失重”和“電容器功能”兩個(gè)概念,讓學(xué)生在對比中思考概念描述的異同,增強(qiáng)其分析問題的能力,提升其對概念的掌握水平和科學(xué)思維能力。

2 失重現(xiàn)象描述的對比與思考

2.1 不同教材對失重描述的異同

國內(nèi)教材(如人教版普通高中教科書物理必修第一冊)普遍將體重計(jì)的示數(shù)稱為視重，反映了人對體重計(jì)的壓力。物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象,即視重小于物體所受重力,叫作失重(weightlessness)現(xiàn)象；物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象,即體重計(jì)所反映的視重大于物體所受重力,叫作超重(overweight)現(xiàn)象；物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?為零的現(xiàn)象叫作完全失重現(xiàn)象。

與國內(nèi)教材類似,國外教材也普遍把體重計(jì)的示數(shù)叫作視重(apparent weight)，但是對失重現(xiàn)象的描述則不同,把人對電梯的壓力為零的現(xiàn)象叫作失重現(xiàn)象(weightlessness),也就是國內(nèi)教材中的完全失重現(xiàn)象。

2.2 關(guān)于超重和失重描述異同的思考

留學(xué)生對超重的理解更偏重醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,特指人的體重超過標(biāo)準(zhǔn)體重的情況,而國內(nèi)的學(xué)生更容易接受超重的描述,這是學(xué)生們討論的焦點(diǎn)。如何讓留學(xué)生更好地接受超重的描述呢?可運(yùn)用牛頓第二定律分析電梯中體重計(jì)示數(shù)的變化,讓他們更深入地了解：體重計(jì)示數(shù)有等于、大于和小于物體所受重力的三種情況,超重和失重、完全失重的描述是視重描述的進(jìn)一步細(xì)化,這種描述與理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的，只是overweight的英文注釋影響了留學(xué)生的理解。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中通過對超重、失重概念描述的思考,對其綜合看待問題的能力提出了更大挑戰(zhàn),是提升辯證看待物理概念和原理能力的有效途徑,凸顯了概念學(xué)習(xí)對學(xué)生能力發(fā)展的重要作用。

3 電容器功能描述的對比與思考

3.1 不同教材對電容器功能的描述

國內(nèi)教材普遍將電容描述為電容器儲(chǔ)存電荷特性的物理量,比如人教版高中物理必修第三冊指出:電容表征了電容器儲(chǔ)存電荷的特性,電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板之間的電勢差U之比，叫作電容器的電容(capacitance)。

國外不同的教材對電容器功能描述也不盡相同,比如《Physics Principles with Applications》先說明電容器可以儲(chǔ)存電荷,之后又說明電容器能儲(chǔ)存電能；再比如《University Physics with Modern Physics》寫道：電容器通過對電荷做功來儲(chǔ)存能量,且特別說明電容器兩極板的電荷等量異號,總電荷量為零，并沒有出現(xiàn)關(guān)于儲(chǔ)存電荷的描述，與《Cambridge International AS and A Level Physics》的描述基本相同。在劍橋全球統(tǒng)一考試中有電容器功能描述的題目:為什么電容器儲(chǔ)存能量而非電荷?標(biāo)準(zhǔn)答案里嚴(yán)格明確兩點(diǎn)：一是根據(jù)電荷守恒定律,兩個(gè)極板上所帶電荷的大小相等、符號相反,因而總電荷量為零,故并沒有儲(chǔ)存電荷；另一個(gè)則是正、負(fù)電荷被分開到兩個(gè)極板上,因而對電荷做功,從而儲(chǔ)存能量。

3.2 對中外教材電容器功能表述的思考

學(xué)生普遍認(rèn)為：“電容器是儲(chǔ)存電能的電學(xué)元件”的描述更為合理,而非“儲(chǔ)存電荷的電路元件”。因?yàn)殡娙萜魇莻€(gè)整體,在沒有特別說明的情況下,兩個(gè)極板是一個(gè)不可分割的系統(tǒng),如果說儲(chǔ)存電荷是指一個(gè)極板上電荷的數(shù)量,比如《Cambridge International AS and A Level Physics》在描述了電容器儲(chǔ)存能量的功能后,特別強(qiáng)調(diào)：“當(dāng)涉及電容器‘儲(chǔ)存電荷’時(shí),所謂的‘儲(chǔ)存電荷’是指電容器一個(gè)極板所帶電荷量?！?/p>

在教學(xué)中,教師可引導(dǎo)學(xué)生站在更高的高度看待物理概念的描述,既然電容的定義為電容器所帶的電荷量與電容器兩極板之間的電勢差之比,那這里所謂的儲(chǔ)存電荷是指一個(gè)極板所帶的電荷量。

教材對概念的描述應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn),否則就會(huì)給學(xué)生帶來困惑。筆者認(rèn)為劍橋物理教材的描述更為合理和清晰，既能幫助學(xué)生建立準(zhǔn)確的電容器的概念,又能清楚地指出“儲(chǔ)存電荷”的物理意義。

4 結(jié)語

通過優(yōu)化概念教學(xué)可以提高教學(xué)效率,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力,是促進(jìn)學(xué)生形成物理觀念的重要途徑。在國際課程與國家課程融合教學(xué)中,學(xué)生會(huì)閱讀國內(nèi)和國外教材,會(huì)學(xué)到不同版本對同一概念的不同描述,有時(shí)會(huì)對學(xué)生的學(xué)習(xí)造成一定的困擾。但是,這也是深化概念教學(xué)的契機(jī),引導(dǎo)學(xué)生分析概念描述的異同,使其在分析過程中加深對概念內(nèi)涵和外延的理解,有助于提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。