物理概念和规律的学习精品文稿.ppt

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1、物理概念和规律的学习第1页，本讲稿共27页一、物理概念和规律的界定 1 1物理概念的界定物理概念的界定 物理概念是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映，是物理事物理概念是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映，是物理事物的抽象。物的抽象。物理概念都是通过下定义方式、通过与其他概念间的关系来界定的；物理概念都是通过下定义方式、通过与其他概念间的关系来界定的；例如，在相等时间内，速度变化量相等的直线运动，叫做匀变速直线运动。例如，在相等时间内，速度变化量相等的直线运动，叫做匀变速直线运动。可见，匀变速直线运动这一概念通过直线运动、速度、时间、变化量等概念可见，匀变速直线运

2、动这一概念通过直线运动、速度、时间、变化量等概念间的关系来界定的。间的关系来界定的。又如，力对物体所做的功，等于力的大小、位移大小、力和位移方向夹角的余弦三者又如，力对物体所做的功，等于力的大小、位移大小、力和位移方向夹角的余弦三者的乘积。的乘积。可见功这一概念是通过力、位移（大小方向）、夹角、乘积等概念间的关系来界定的。可见功这一概念是通过力、位移（大小方向）、夹角、乘积等概念间的关系来界定的。第2页，本讲稿共27页 2 2物理规律物理规律 物理规律是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变化的必物理规律是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映。然趋势及其本质

3、联系的反映。物理规律通常分为物理定律、物理定理、物理原理等。物理规律通常分为物理定律、物理定理、物理原理等。物理现象和过程存在各种联系，在这些联系中，有的是本质的、物理现象和过程存在各种联系，在这些联系中，有的是本质的、必然的联系；有些是非本质的、偶然的联系。必然的联系；有些是非本质的、偶然的联系。例如，一个物体只要受到一个不为零的合外力的作用，它就例如，一个物体只要受到一个不为零的合外力的作用，它就具有加速度，这就是物体有无加速度和合外力间存在的本质具有加速度，这就是物体有无加速度和合外力间存在的本质联系，但是从现象看来，一个物体是否具有不为零的加速度联系，但是从现象看来，一个物体是否具有不

4、为零的加速度（指有无而不讨论大小），却又与这个物体的大小、轻重、（指有无而不讨论大小），却又与这个物体的大小、轻重、质料、形状、所在地点及环境、单个外力的大小等等都有联质料、形状、所在地点及环境、单个外力的大小等等都有联系，实际上这些因素对一个物体是否具有不为零的加速度来系，实际上这些因素对一个物体是否具有不为零的加速度来说，只是分别起着片面的、不稳定的或者偶然的作用，因此说，只是分别起着片面的、不稳定的或者偶然的作用，因此统统是非本质的联系。统统是非本质的联系。第3页，本讲稿共27页 3 3物理概念与规律的联系物理概念与规律的联系 物理规律反映有关物理概念之间的必然联系。物理规律反映有关物理

5、概念之间的必然联系。例如牛顿第二定律就是由质点、力、质量、加速度等概念例如牛顿第二定律就是由质点、力、质量、加速度等概念组成的。研究对象是质点。它表明研究对象（质点）的加组成的。研究对象是质点。它表明研究对象（质点）的加速度与研究对象的质量和它所受力之间的定量的因果联系。速度与研究对象的质量和它所受力之间的定量的因果联系。动能定理将功（过程量）与动能（状态量）联系起来；动动能定理将功（过程量）与动能（状态量）联系起来；动量定理将冲量（过程量）与动量（状态量）联系起来；热量定理将冲量（过程量）与动量（状态量）联系起来；热力学第一定律把热量（过程量）、功（过程量）与内能力学第一定律把热量（过程量）

6、、功（过程量）与内能（状态量）联系起来等。（状态量）联系起来等。第4页，本讲稿共27页物理学中的概念绝大多数是通过下定义方式、用命题清晰界定的，实际也是通过与其他物理概念间的关系来界定的。物理概念和规律的学习，就是学生通过自己的思维活动建立相关物理概念间的联系。第5页，本讲稿共27页二、概念和规律学习的阶段（一）奥苏贝尔学习理论对概念和规律学习的描述（一）奥苏贝尔学习理论对概念和规律学习的描述 奥苏贝尔有意义学习理论把概念和规律学习划分为两个类别：奥苏贝尔有意义学习理论把概念和规律学习划分为两个类别：其一、概念、命题学习。概念和命题的学习在奥苏贝尔学习理论中属于其一、概念、命题学习。概念和命题

7、的学习在奥苏贝尔学习理论中属于有意义学习，实质是新知识和原有认知结构已有适当观念形成联系，这有意义学习，实质是新知识和原有认知结构已有适当观念形成联系，这种联系是非人为的、实质性的。种联系是非人为的、实质性的。奥苏贝尔依据习得意义与否将学习分为：有意义学习和机械学习两类。机械学习的心奥苏贝尔依据习得意义与否将学习分为：有意义学习和机械学习两类。机械学习的心理机制是联想，所以重复练习是影响机械学习和保持的主要因素；有意义学习的心理理机制是联想，所以重复练习是影响机械学习和保持的主要因素；有意义学习的心理机制是同化，原有认知结构变量是影响新的学习与保持的主要因素。奥苏贝尔认为有机制是同化，原有认知

8、结构变量是影响新的学习与保持的主要因素。奥苏贝尔认为有意义学习就是通过自己的努力，将以语言、文字为载体所承载的人类意义转化为自己意义学习就是通过自己的努力，将以语言、文字为载体所承载的人类意义转化为自己心理意义的过程。有意义学习的实质，就是符号代表的新知识与学习者认知结构中已心理意义的过程。有意义学习的实质，就是符号代表的新知识与学习者认知结构中已有的适当观念建立非人为和实质性的联系。有意义学习后的心理结构上的变化是新有的适当观念建立非人为和实质性的联系。有意义学习后的心理结构上的变化是新知识和原有认知结构已有适当观念形成联系，这种联系是非人为的、实质性的。知识和原有认知结构已有适当观念形成联

9、系，这种联系是非人为的、实质性的。其二，概念和命题的运用：概念和命题的意义一旦习得，便可以在随后的学习和解决其二，概念和命题的运用：概念和命题的意义一旦习得，便可以在随后的学习和解决问题中运用。问题中运用。第6页，本讲稿共27页（二）布卢姆对分类中（二）布卢姆对分类中“领会领会”、“运用运用”所做的一些解释所做的一些解释 1 1“运用运用”是指把所学知识应用于新情境的能力，它包括概念、原理、规律、方法、是指把所学知识应用于新情境的能力，它包括概念、原理、规律、方法、理论的运用。它与理论的运用。它与“领会领会”的区别在于是否涉及这一项知识以外的事物。的区别在于是否涉及这一项知识以外的事物。“领会

10、领会”仅仅限于本身条件、结论的理解。限于本身条件、结论的理解。“运用运用”则需有背景材料，构成问题情境，而且是在没则需有背景材料，构成问题情境，而且是在没有说明问题解决模式的情况下，正确地运算、操作、使用等。有说明问题解决模式的情况下，正确地运算、操作、使用等。2 2运用某事物需要运用某事物需要“领会领会”被运用的方法、理论、原理或抽象概念。被运用的方法、理论、原理或抽象概念。无论奥苏贝尔还是布卢姆，均将无论奥苏贝尔还是布卢姆，均将“运用知识运用知识”和和“领会知识的意义领会知识的意义”视作两种不视作两种不同类型的学习或者学习层次而加以区分。布卢姆认为同类型的学习或者学习层次而加以区分。布卢姆

11、认为“运用运用”定理、概念和方法的前定理、概念和方法的前提是提是“领会领会”，也就是奥苏贝尔所称的习得命题的意义；，也就是奥苏贝尔所称的习得命题的意义；“运用运用”是通过在新情景解是通过在新情景解决新问题而体现的，问题主要是运用该定理就可以解决的。决新问题而体现的，问题主要是运用该定理就可以解决的。第7页，本讲稿共27页（三）物理概念和规律学习的阶段（三）物理概念和规律学习的阶段 第一阶段：物理概念和规律意义的学习。学习后学生可以用自己的语言第一阶段：物理概念和规律意义的学习。学习后学生可以用自己的语言陈述内容并举出符合概念和规律的实例陈述内容并举出符合概念和规律的实例-外显表现为外显表现为“

12、能说能说”。进行的学习是意义学习，学习后的外显行为是能用自己的语言陈进行的学习是意义学习，学习后的外显行为是能用自己的语言陈述，并举例。述，并举例。第二阶段：物理概念和规律的第二阶段：物理概念和规律的“运用运用”。学习后学生能需要的。学习后学生能需要的场合正确运用该概念或规律解决问题。场合正确运用该概念或规律解决问题。比如，通常我们说学生习得了比如，通常我们说学生习得了“牛顿第二定理牛顿第二定理”，学生的外显行为，学生的外显行为有两方面：学生能够用自己的语言陈述有两方面：学生能够用自己的语言陈述“牛顿第二定理牛顿第二定理”的内容，并举的内容，并举出符合牛顿第二定理的实例；学生能够运用牛顿第二定

13、理解决简单的问出符合牛顿第二定理的实例；学生能够运用牛顿第二定理解决简单的问题（即主要运用该定理就可以解决的问题），出现的用牛顿第二定律解题（即主要运用该定理就可以解决的问题），出现的用牛顿第二定律解决问题的行为（内部思维活动），这一行为是受定理本身支配的，加涅决问题的行为（内部思维活动），这一行为是受定理本身支配的，加涅称为这种行为为规则支配行为。称为这种行为为规则支配行为。第8页，本讲稿共27页三、物理概念和规律意义的习得方式物理概念和规律意义的习得方式（一）探索因果联系的归纳法（一）探索因果联系的归纳法 1 1求同策略：是通过考察被破究现象出现的若干场合确定在各个场合先行情况中是求同策略

14、：是通过考察被破究现象出现的若干场合确定在各个场合先行情况中是否只有另外一个情况是共同的，如果是，那么这个共同情况与被研究的现象之间有因否只有另外一个情况是共同的，如果是，那么这个共同情况与被研究的现象之间有因果联系。果联系。2 2 差异策略：是通过考察被研究的现象出现和不出现的两个场合，确定在这两个场合中差异策略：是通过考察被研究的现象出现和不出现的两个场合，确定在这两个场合中是否只有另外一个情况不同，如果是，那么这个不同情况与被研究现象之间有因果联系。是否只有另外一个情况不同，如果是，那么这个不同情况与被研究现象之间有因果联系。场合先行情况被研究现象 1A、B、C a 2A、D、E a 3

15、A、F、G a 所以，A是a有关场合先行情况被研究现象 1A、B、C、D a 2B、C、D 所以，A与a有关第9页，本讲稿共27页 3 3 共变策略：是通过考察被研究现象发生变化的若干场合中，确定是否只有一个情况发生相应变化，如共变策略：是通过考察被研究现象发生变化的若干场合中，确定是否只有一个情况发生相应变化，如果是，那么这个发生了相应变化的情况与被研究现象之间存在联系。其结构可以如下表示：果是，那么这个发生了相应变化的情况与被研究现象之间存在联系。其结构可以如下表示：4 4 剩余法：如果某一复合现象是由另一复合原因所引起的，那么把其中确认有因果联系的部分减去，则剩下的部分也必然有因果联系。

16、剩余法：如果某一复合现象是由另一复合原因所引起的，那么把其中确认有因果联系的部分减去，则剩下的部分也必然有因果联系。剩余法可用下述公式来表示：剩余法可用下述公式来表示：已知复合现象已知复合现象F(AF(A、B B、C)C)是被研究现象是被研究现象K(aK(a、b b、c)c)的原因的原因 已知，已知，B B是是b b的原因的原因 C C是是c c的原因的原因 所以，所以，A A是是a a的原因的原因(或部分原因或部分原因)5 5 求同求异并用法：考察两组事例，一组是由被研究现象出现的若干场合组成的，称为正事例组；一组是由被研究现象不出现的若干场求同求异并用法：考察两组事例，一组是由被研究现象出

17、现的若干场合组成的，称为正事例组；一组是由被研究现象不出现的若干场合组成的，称为负事例组。如果在正事例组的各场合中只有一个共同的情况并且它在负事例组的各场合中又都不存在，那么，这个情况就合组成的，称为负事例组。如果在正事例组的各场合中只有一个共同的情况并且它在负事例组的各场合中又都不存在，那么，这个情况就是被研究现象的原因。是被研究现象的原因。场合先行情况被研究现象 1A1、B、C a1 2A2、B、C a2 3A3、B、C a3 所以，A与a有关第10页，本讲稿共27页（二）案例分析 物理概念和规律是通过物理概念间本质必然联系界定。学生学习物理概念物理概念和规律是通过物理概念间本质必然联系界

18、定。学生学习物理概念和规律，第一步就是学生通过自己的思维活动形成上述概念间的联系。学和规律，第一步就是学生通过自己的思维活动形成上述概念间的联系。学生主要运用逻辑推理方式形成联系，主要的逻辑推理有归纳推理中的穆勒生主要运用逻辑推理方式形成联系，主要的逻辑推理有归纳推理中的穆勒五法、演绎推理中的假言推理。五法、演绎推理中的假言推理。1.1.求同法求同法 案例一要得出的结论：力是产生加速度的原因。案例一要得出的结论：力是产生加速度的原因。推理结构推理结构场场场场合合合合 结果结果结果结果 条件条件条件条件 1 1列车速度增大（有加列车速度增大（有加速度）速度）受牵引力受牵引力 2 2列车速度减少（

19、有加列车速度减少（有加速度）速度）受阻力受阻力 3 3炮弹运动速度的方向炮弹运动速度的方向不断发生变化（有加不断发生变化（有加速度）速度）受重力受重力 所以，力是物体产生加速度的原因。所以，力是物体产生加速度的原因。第11页，本讲稿共27页 2.2.差异法差异法 案例二，获得的结论是：物体发出声音与物体振动有关。案例二，获得的结论是：物体发出声音与物体振动有关。获得结构如图，获得结构如图，获得沸腾需要吸收热量、声音可借助空气传播、相对运动产生感生电流、获得沸腾需要吸收热量、声音可借助空气传播、相对运动产生感生电流、通电导线周围存在磁场、物体做曲线运动需要物体所受合力与它的速度方通电导线周围存在

20、磁场、物体做曲线运动需要物体所受合力与它的速度方向不在同一直线上、乐音需要物体做周期性振动等等结论均可使用差异法向不在同一直线上、乐音需要物体做周期性振动等等结论均可使用差异法获得。获得。场合场合场合场合 结果结果结果结果 条件条件条件条件 1 1发出声音发出声音小球跳动小球跳动说明说明音叉振动音叉振动 2 2没有声音没有声音小球不跳动小球不跳动说说明音叉没有振动明音叉没有振动 所以，物体发出声音与物体振动有关所以，物体发出声音与物体振动有关 第12页，本讲稿共27页 3.3.共变法共变法 案例三获得的结论是：导电物质的电阻大小跟导线长度有关、导电物质的电阻大小跟导线横截面积有关、导电物质的电

21、阻大案例三获得的结论是：导电物质的电阻大小跟导线长度有关、导电物质的电阻大小跟导线横截面积有关、导电物质的电阻大小跟材料种类有关。小跟材料种类有关。推理结构（以推理结构（以“导电物质的电阻大小跟导线长度有关导电物质的电阻大小跟导线长度有关”为例）为例）共变策略是物理教学中最常使用的归纳方法，研究共变策略是物理教学中最常使用的归纳方法，研究a a与与F F、a a与与mm的关系；研究的关系；研究P P与与V V、P P与与T T、V V与与T T的关系；研究的关系；研究F F向与向与v v、F F向与向与r r的关系；研究压强的关系；研究压强P P与压力与压力F F、受力面积的关系、研究影响蒸发

22、快慢的因素等等。共变策略是物理研究方法中控制变、受力面积的关系、研究影响蒸发快慢的因素等等。共变策略是物理研究方法中控制变量法的逻辑基础。量法的逻辑基础。场合场合场合场合 结果结果结果结果 条件条件条件条件 1 1灯泡较暗灯泡较暗说明电阻较大说明电阻较大 导线导线A A接入接入 导线导线较长较长 2 2灯泡较亮灯泡较亮说明电阻较小说明电阻较小 导线导线B B接入接入 导线导线较短较短 所以，导电物质的电阻大小跟导线长度有关。所以，导电物质的电阻大小跟导线长度有关。第13页，本讲稿共27页 4.4.演绎推理演绎推理 案例四需要得出的结论是：单摆的振动是简谐振动案例四需要得出的结论是：单摆的振动是

23、简谐振动 推理结构（运用演绎策略中的肯定前件式而获得的）推理结构（运用演绎策略中的肯定前件式而获得的）进一步分析，在获得进一步分析，在获得F=-(mg/l)xF=-(mg/l)x，需要依次完成以下基本步骤，需要依次完成以下基本步骤 1 1确定小球是做振动；确定小球是做振动；2 2确定小球平衡位置；确定小球平衡位置；3 3确定单摆小球回复力方向；确定单摆小球回复力方向；4 4确定确定小球所受力；小球所受力；5 5确定小球的回复力确定小球的回复力-分解小球所受力分解出切向力，并计算；分解小球所受力分解出切向力，并计算；6 6确定单确定单摆小球偏离竖直方向的角度与小球偏离平衡位置的距离摆小球偏离竖直

24、方向的角度与小球偏离平衡位置的距离x x、单摆长、单摆长l l间的关系；间的关系；7 7确定小球确定小球做简谐振动。做简谐振动。如果振子受到的回复力满足如果振子受到的回复力满足F=-k xF=-k x，则振子做简，则振子做简谐振动谐振动单摆振动回复力单摆振动回复力F=-(mg/l)xF=-(mg/l)x，(mg/l)(mg/l)可用常数可用常数k k表表示示 所以，单摆的振动所以，单摆的振动(5o)(铁铁 所以所以V V铜铜 V V铁铁 根据阿基米德定律根据阿基米德定律F F浮浮 液液gVgV排液，排液，液相同，液相同，V V排液大，排液大，则则F F浮大浮大 完全浸没，完全浸没，V V铜铜

25、V V铁，铁，V V铜排水铜排水 V V铁排水，铁排水，所以铁块所受浮力较大所以铁块所受浮力较大 第26页，本讲稿共27页六、小结 一、物理概念和规律的学习分为：概念和规律的意义学习、概念和规律的应用学习。一、物理概念和规律的学习分为：概念和规律的意义学习、概念和规律的应用学习。二、概念和规律意义的学习，就是学习者运用一定的逻辑方法，建立物理量之间存在关系；二、概念和规律意义的学习，就是学习者运用一定的逻辑方法，建立物理量之间存在关系；三、建立物理量之间关系的逻辑方法主要有：归纳推理中的穆勒五法、演绎推理及类比推理；三、建立物理量之间关系的逻辑方法主要有：归纳推理中的穆勒五法、演绎推理及类比推

26、理；四、可依据概念和规律建立过程中的逻辑结构和过程设计相应的教学过程；四、可依据概念和规律建立过程中的逻辑结构和过程设计相应的教学过程；五、教师的教学遵循概念和规律建立的逻辑过程，教学即可体现出逻辑性；五、教师的教学遵循概念和规律建立的逻辑过程，教学即可体现出逻辑性；六、教学中逻辑的完成主体可以不同，由教师完成，体现为传授式教学，由教师引导六、教学中逻辑的完成主体可以不同，由教师完成，体现为传授式教学，由教师引导学生，获得必要的信息并有逻辑地建立物理量间的关系，体现为启发式教学；学生，获得必要的信息并有逻辑地建立物理量间的关系，体现为启发式教学；因此，依据概念和规律建立的逻辑结构，可选择不同的教学方法；因此，依据概念和规律建立的逻辑结构，可选择不同的教学方法；七、依据概念和规律建立的逻辑过程，可以有助于教师选择教学实例；七、依据概念和规律建立的逻辑过程，可以有助于教师选择教学实例；八、依据概念和规律建立的逻辑过程，可以有助于教师选择教学实例的呈现方式；八、依据概念和规律建立的逻辑过程，可以有助于教师选择教学实例的呈现方式；第27页，本讲稿共27页