让概念教学链接科学探究

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在课标教材和教师的实际教学实践中,探究式教学目前还主要集中在物理规律的教学上,很少涉及对物理概念的探究,科学探究在物理概念教学方面存在着很大的盲区.科学探究方式在概念教学领域的缺失,无论是从新课程实施质量提升的角度,还是从概念教学理论发展的角度,都是“不可容忍的”.

概念本身都是在科学探究活动中逐步生成、廓清和发展的,与科学探究有着“天生而必然”的联系,应该可以将概念教学与科学探究有机地链接,长期以来物理概念教学的状况并不令人满意,尤其是在一些核心概念的教学上.现以“探究的形式”来进行物理“力臂”概念的教学.

1.“力臂”概念的教学困难

物理概念是对物理客体的抽象与概括,是构筑物理“理论大厦”的“基石”,在学科知识体系中占有重要地位.实际教学中,“力臂”一直是初中物理概念教学的几大难点之一.其教学困难的“症状”主要表现为：在教的方面的“空降”现象：即教师难以向学生展示“力臂”概念清晰、确切的物理意义,无法展示其对杠杆转动的实际影响,不能向学生明示概念引入的必要性,只好将概念凭空地、囫囵地灌输给学生.

在学的方面的“空心”现象：即学生由于没有获得“力臂对杠杆转动影响”的相关物理事实的支持,没有获得相应的抽象、概括、生成“力臂”概念的内部思维过程的支持,只能将“力臂”概念的学习褪化为鲜有理解成份的、纯粹的记忆过程,他们虽然被动地“记住”了力臂的定义,但却普遍感到“力臂”似乎是先验地存在着的!概念的生成是神秘的、突兀的、是常人（包括自己）所无法理解的.正是因为对概念缺乏深刻的认同,造成了学生对概念的掌握不够牢固,一旦面临新的或较复杂的问题情境,就会不自觉地产生“认知背叛”,如将力臂误作“支点到力的作用点的距离”等等.

2.几种难点突破的尝试与不足

针对上述教学困难,不少教师在实践中积极探索,尝试化解难点,突破“力臂”教学这一“瓶颈”,目前见诸于各类物理教学杂志中的教学尝试主要有以下两种：

讲授练习式：这种尝试主要是在指明“力臂”是“支点到力的作用线的（垂直）距离”,完成概念的讲授环节后,设计大量的、形式各异的、由易到难的“力臂”作图题,让学生进行练习,通过反复操练“过支点向的力的作用线作垂线”的作图“动作”,再辅以必要的变式练习、反馈、纠错等教学行为,将对概念的“语义记忆”与相应的“动作记忆”链接起来,最终达成强化“力臂”概念识记的目的.

对比同化式：这一尝试是在力臂概念的讲授环节,先向学生提供诸如“点到直线的距离”、“人从公路外一点上公路的最短路径”等数学概念或生活经验,帮助学生在脑海中建立“点、线间距”的认知图式.在讲授“力臂”的概念后,再引导学生将“力臂”的特征与前期的“点、线间距”图式作对比,找到两者的共通之处,将新的概念整合到原有的认知结构中,使学生对什么是“支点到力的作用线的距离”有较为清晰的认识.从而通过类比,用“点、线间距”来同化“力臂”,最终完成概念的学习.

上述尝试的突破口都选择在概念的“”,即对概念的记忆和对概念本义的理解,并没有真正触及“力臂”概念的“核心”,即概念引入的必要性、合理性,两种尝试只是让学生“知道”和“记住”了“力臂是什么”,却并不能让学生知道“为什么力臂要如此定义”,更谈不上利用力臂概念发现过程中蕴藏的种种“科学营养”对学生进行“过程与方法”、“情感与态度”方面的培育,教学中的“空降”和“空心”现象仍不能得到有效的扭转,为此我们必须寻觅从概念核心入手的突破口,以实现真正的突破.

3.有关突破口选择的分析

作为联结客观物质世界和主观精神世界的纽带,作为构建物理理论的“基石”,任何一个物理概念必须满足以下两个要件,其建立才具有价值,才能获得“出生证”!这两个要件分别是：一要如实地、正确地反映和概括客观物理事实；二要能有助于物理研究工作的发展和物理理论的构建.“力臂”概念也是如此!一方面,力臂概念正确地反映了“支点到力的作用线的距离”（而不是“支点到力的作用点的距离”） 会影响杠杆转动这一事实.另一方面,力臂概念的建立使人们对杠杆的研究从“定性”进步为“定量”,使得探讨杠杆平衡的“定量规律”成为可能,促进了杠杆研究和相关理论的发展.具体地说,在《力的三要素》的教学中,通过生活中的“关门”（图1）等事实,学生已经获得了“力的大小、方向和作用点都会影响物体的转动”这一定性认识,由于“力臂”的长短是由力的方向和作用点的位置决定的,力的方向和作用点是通过影响力臂进而影响杠杆的转动的,力臂的概念本身概括了“力的方向和作用点”对杠杆转动的综合影响,所以影响杠杆转动的因素可简化为两个定量因素,即力的大小和力臂（如图2）,这就为我们定量探究杠杆的平衡条件铺平了道路.

通过以上分析,不难看出要实现力臂教学的真正突破,其突破口应选在“如何通过相应的教学设计,使学生明了（甚至自主发现）力臂概念在杠杆研究中的价值”.

4.突显概念价值的力臂教学设计

4.1 见识杠杆,提出任务

教师首先通过撬棍、翘翘板等生活实例,引导学生认识杠杆、支点、动力、阻力等概念,但并不介绍“力臂”概念,然后提出探究任务,要求学生寻找影响杠杆平衡的因素,探索并定量表达杠杆的平衡条件.

4.2 剖析典型、引发猜想

选取1至2个典型的杠杆,如撬棍、翘翘板、门等,让学生进行剖析,从中搜寻影响平衡的定量因素.从自身的游戏经历和生活经验出发,大多数学生会很快地意识到影响杠杆转动的因素是力的大小和作用点到支点的距离,且距离越大,所需用的力越小.教师对此猜想表示肯定和赞赏,对其中的“漏洞”先不予点破,并要求学生进入下一个探究环节.少部分学生可能会提出力的三要素是影响转动的因素,对此教师应首先肯定其正确性,指出“作用点到支点的距离”就是由“力的作用点”决定的,这两种猜想并不矛盾,然后再指出由于力的方向和作用点难以定量表示,会妨碍后继对平衡条件的定量探究工作,而第一种猜想比第二种有“量化”的优势,是一大进步,更适合于定量研究.