王建 郑丹丹

摘   要：在物理教学中创设物理情境，有助于加快初中生从形象逻辑思维向抽象逻辑思维的过渡，促进初中生对抽象概念的理解。文章以人教版初中物理“机械效率”一节为例，阐述了如何创设物理情境帮助学生理解抽象概念，以及如何利用并优化实验操作等方法在实验中抓住主要矛盾，突破教学重难点。

关键词：概念理解;物理情境;机械效率

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2020）11-0069-3

1    问题的提出

初中物理教材知识体系包括声、热、力、电、磁，本身较为庞大和复杂，系统性和综合性强，而物理概念往往具有高度的概括性和抽象性，加之初中生的思维方式大多处于“形象、具体”的阶段，因此学生经常出现“物理物理，云里雾里”的学习体验也就不足为奇了。他们对某些物理情境和抽象概念理解不够透彻，在完成物理实验的过程中大多按部就班，形成了思维障碍，学习热情随之降低，很难达到预期的学习效果。

例如，初中物理滑轮组的机械效率是一个重要且具有较大难度的知识点，特别是在学习此节内容的最初阶段。原本“功”这一概念对初学者来说就较为抽象，对于机械效率的理解更是需要准确区分有用功、额外功、总功，加之滑轮组机械效率的影响因素较为复杂，额外功来源较多，学生对于这个问题把握上的不确定性和理解的片面性，往往会导致其对概念的曲解，生搬硬套公式，不能正确区分有用功、额外功和总功并解决机械效率的问题。

因此，選择怎样的教学策略，既能契合初中生的思维特征，又能将抽象概念变得形象，将知识体系化繁为简，提高学生学习物理的兴趣，培养学生的思维能力？笔者在教学中反复思考着此问题。

2    促进初中物理抽象概念理解的教学策略

2.1    创设物理情境促进“功”和“机械效率”概念的理解

初中学生在学习“机械效率”一节内容前已基本建立力与运动的联系，但能量观还有很大不足，这使得让学生从生活现象中提出有用功、额外功、总功的概念有很大难度。人教版教材中直接指出让学生思考使用机械和不使用机械提升重物时做功是否相同。若教师以这样的形式提出抽象概念，学生会觉得枯燥且理解不够深刻，也加大了后续机械效率的学习难度。如何将“功”这一抽象概念展示出来，笔者在实际教学中创设了以下物理情境并引入新课。

首先，笔者有意提供了两个质量相差较大的工具让学生进行选择（如图1中重为50 N的瓦缸和2 N的塑料盒），并请两名学生使用所提供的工具将相同质量的水提升相同高度。在此物理情境中，提问学生使用哪一个工具轻松一些。学生会根据所学知识和生活经验回答是塑料盒，并说明原因是塑料盒更轻。实际上，“轻”这一字就展现出了“功”这一概念如何引出“力”的影响这一关键点。“力”是看不见摸不着的，具象的物体的“轻重”结合学生的经验便可以展现“重力”这一物理概念。随后，指出学生选择同一工具是建立在“提升同一高度”这一条件下的，并通过图1中情境的再现和提升高度的强调，这实际上是展现了学生将“功”这一抽象概念如何与生活情境相联系的思维过程，同时也帮助了学生逐步建立能量观。在此基础上，学生可以容易地整理出对目的对象（水）做的功、对非目的对象（瓦缸、塑料盒）做的功以及人总共做的功，便可以顺利得出有用功、额外功、总功的概念。通过创设这样的物理情境，学生不仅实现了利用已有经验到抽象物理概念解决问题的过渡，更体会了有用功、额外功、总功在同一情境中的提取过程，也展现出三者之间的定量关系：总功=有用功+额外功。

接着，笔者再创设了图2所示的物理情境，展示了两组滑轮以供学生选择，使之运用滑轮组提升相同的两个小桶至同一高度。学生能够想到有用功占总功的比例越大越好，从而自然生成“机械效率”的概念。在此情境中，相同重力的水桶被提升相同高度、不同滑轮组被提升相同高度、两滑轮组终端施加不同的拉力移动相同距离，实际上已将抽象的“功”呈现在学生的眼前，利用抽象知识的物理情境的确大大降低了学生的学习难度，巧妙地帮助教师突破教学重难点。

第一个物理情境的创设通过利用生活素材并结合学生已有经验“选择重量轻的工具提升物体省力”，得到重力与做功的联系，接着对目的对象和非目的对象的区分能够使学生进一步理解有用功、额外功以及总功的概念，这为物理情境二的创设做了铺垫。在第二个物理情境中，通过学生实际的动手操作引导学生思考有用功与总功的占比问题，可以加深学生对机械效率这一概念的理解，帮助学生积极主动地去体会物理概念的意义。

2.2    师生合作优化实验操作促进“机械效率”概念的理解

2019年11月20日，教育部颁布《关于加强和改进中小学实验教学的意见》（以下简称为《意见》），《意见》中要求实验教学要“注重实效，强化学生实践操作、情境体验、探索求知、亲身感悟和创新创造，着力提升学生的观察能力、动手实践能力、创造性思维能力和团队合作能力，培育学生的兴趣爱好、创新精神、科学素养和意志品质。”[1]在物理概念教学过程中，以实验为载体对情境进行创设，不仅能够使学生积极参与课堂学习，而且还能进一步加深对概念的理解。

“滑轮组机械效率的测量”是本节课中教学的重难点，在各省市中考题中也占有重要地位。为了攻破这一教学难点，笔者通过引导学生改进实验器材，化繁为简，帮助学生顺利开展实验。首先，请两名学生利用传统测量方法完成实验，其他学生观察操作过程。在实验过程中，传统实验的缺点完全呈现在学生眼前。在课堂实践中，学生指出：需要测量的物理量多（重物重力G、上升高度h、拉力F、自由端移动距离s）且为动态过程、滑轮组结构不稳定、拉力的方向倾斜会影响弹簧测力计读数的准确性、在两刻度尺上需记录的位置有四个、操作繁琐等。接下来通过学生的讨论和教师的引导提出了改进方法（图3）：固定刻度尺的位置（用带刻度的贴纸代替）、选用直径为1：2的定滑轮和动滑轮组装滑轮组（使重物和拉力均在竖直方向上）、通过调节棉线长度使自由端起点和重物起点的位置分别在左右刻度尺的零刻度线处（在物体运动过程中，绳自由端和重物位置对应的刻度即为其移动的距离s、h）。

这一实验教学过程展现出实验改进的整个思维过程，也体现了控制变量法思想的重要性。此外，通过改变刻度尺零刻度线的位置这一方法，由原本通过标记重物、绳自由端起点和终点的位置变为直接可测量的实验数据，这样大大简化了实验步骤。

在实验过程中，如何整合实验数据也是初中学生的一大难题。笔者在学生学案上设计好如表1和表2所示的实验数据记录表，这间接地体现了实验中所获得的可应用信息的可视化，便于学生进行数据的对比和观察。表1中的数据经处理后可以看出机械效率并没有随着重物移动距离的改变而发生变化;表2中机械效率随绕线材质、动滑轮的重力、所提升重物的重力的改变而改变，进而得出结论。在数据分析过程中也体现了处理数据时控制变量法的思想。因此，运用信息的可视化不仅降低了实验难度，也培养了学生提取重要信息的能力。

通过师生的共同合作改进实验器材，优化实验操作，不仅可以帮助学生顺利完成实验，培养学生勇于创新的能力，而且能够引导学生亲身体验物理概念的学习过程，掌握概念的内涵，加深学生对滑轮组机械效率的理解。

3    总  结

在抽象概念的教学实践中，笔者发现，创设抽象概念的物理情境，不仅可以帮助学生自主构建概念，加深对概念的理解，还能使学生在解决问题时思维更加活跃;组织学生开展实验，亲身体验实验过程，不仅可以帮助学生自行完成实验、甚至改进实验，而且采取实验数据的可视化还有助于学生分析实验数据，找出实验规律，在实验教学中进一步促进学生对概念的理解。当然，在日渐强调培养学生核心素养的教学中，如何进一步加强抽象概念的教学，从而解决思维障碍，降低思维台阶，激发学习热情，提高学习效果，我们还需要有更多的思考。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.关于加强和改进中小学实验教学的意见[Z].教基[2019]16号文件.

（栏目编辑    张正严）