中学物理专题研究
中学物理教材分析和教学设计
专题一：中学物理教材分析
一、中学物理教材分析的目的和意义
• 中国有句古话：“凡事预则立，不预则废。”强调了准备工作对于成功的重要作用。教师为了上好课，取得良好的教学效果，就必须熟悉和掌握所用的教材，为此必须对教材进行分析。只有对教材进行正确的分析，才能根据教材的内容和要求，确定教学目的，明确教学重点、难点，结合教学实际，制定出好的教学方案，以充分发挥教师的主导作用，使教学过程最优化，创造出高效课堂。为此必须对教材进行分析
二、教材分析的重要性
• 教材是依据课程标准编写的科学文化知识的载体，是教师实施教学的主要依据，也是学生获取知识、发展能力、培养品德的重要来源。 • 分析教材是教师的基本功和基本素养
•
1、是备好课、上好课的关键，是进行教学设计的第一步。
•
2、教材分析的过程，也是增长专业知识、促进教学修养的过程。
• 3.挖掘教材的隐含知识和隐含价值 • 4.提升教师基本功
三、中学物理教材分析的方法
• 从分析教材的地位和作用入手
• 分析教材的内容和结构，明确教学知识目标、重点和难点 • 挖掘教材的科学方法、能力培养因素
• 挖掘情感态度价值观因素，分析教材中的学习心理问题 • 设计适当的教学方式或提出合理的教学建议。
• 教材分析的前提是阅读教材，基本步骤可概括为“四读”：泛读、通读、细读、精读。
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一、泛读有关资料，明确课程的地位和任务 •
1、物理课程标准、教学参考书 •
2、大学物理、初（高）中物理教材 •
3、有关期刊杂志等 •
•
二、通读整个教材，对教材有一个总体认识
• 所谓通读，是指教师阅读所教全部初中或高中物理教材。
• 了解整个教材的基本内容、知识体系、结构特点以及各部分知识之间的内在联系和逻辑关系
• 结合课程标准的精神，分析教材的编写意图、内容选取、程度要求、风格特点等。 •
•
三、细读每一部分教材，进行整体分析
• 所谓细读，是在通读的基础上，对物理教材中的某一部分(通常指一篇教材或联系比较密切的二三章教材)进行深人研究，从整体上对该部分教材进行分析。 • 通过分析要搞清楚以下几个方面的问题： • ①该部分教材中知识的逻辑结构；
1 • • • • • • • • • • • • • ②该部分教材中的重点知识和难点知识；
③该部分教材知识在生活、生产、科学技术、社会中有哪些重要的实际应用； ④该部分教材中包含了哪些科学方法和能力培养的因素； ⑤该部分教材渗透了哪些情感态度价值观教育的因素； ⑥该部分教材的地位和作用是什么。
四、精读每一节教材，进行具体分析
所谓精读，是在细读的基础上，对物理教材中的某一节进行深人钻研，分析每一段，研究每一句，斟酌每一词与每一字，细致、具体地分析教材。 精读做到以下几点：
①透彻理解该节教材中的全部知识；
②弄清本节教材在整篇教材或整个物理教材中的地位，课程标准对与其相关内容的具体标准是什么；
③找出本节教材中所蕴涵的学习心理特点，学生学习时易犯的错误及其原因、难点的成因及突破方法；
④分析本节教材的教学特点和讲清知识的关键，选择合适的教学策略、方法、设计教学过程，考虑如何通过知识教学培养能力、训练技能和方法以及进行情感态度价值观教育等。
四、某一节课教材分析的一般内容
1、出处：教材是那本教材哪一章哪一节
2、地位和作用
3、风格特点
4、分析教材的内容和知识的逻辑结构
• 具体分析时，要从整体到局部依次进行，具体内容： • 1.知识的逻辑结构
• 知识的逻辑结构指教材整体或教材某章节的重点知识和方法之间的主要内在联系方式。
• 分析知识的逻辑结构的方法：
•
一、要阅读教材，找出主要知识点，如概念、规律、重要实验等，并将所有的知识点编号
•
二、按它们在教材中出现的先后顺序依次排列，每一个知识点用一个方框表示，作用相近或重要程度相近的知识点并列安排；
•
三、之后在有内在联系的知识点之间画箭头，箭头方向从前概念指向后续概念，从背景知识指向扩展知识。最后整理成体现内在联系的知识结构图。
5、分析需要调整、补充的地方
6、分析挖掘拓展教材的隐形知识和价值
二、学情分析
•
1、先备知识与技能 •
2、心理特征
•
3、认知特点与能力
三、分析教学的重点和难点
重点是由它在物理学中的地位、应用的广泛程度、对培养能力的作用以及教学要求和学 2 生的基础诸方面综合而定的，一般说来都是基本物理概念、基本物理规律和基本研究方法。特别要强调的是教材的能力因素分析，应该成为确定重点知识的一个依据。
• 例如，从电磁感应实验不仅可以得出电磁感应定律，更重要的是它在培养学生思维能力方面有着不可忽视的作用。
• 难点是教师感到难教学生感到难学的知识，是由教材的特点以及学生学习物理的思维规律和特点决定的，通常出现在学生的认识障碍之处。 • 知识本身需要复杂的思维过程；学生原有认识结构与需要学习的知识结构相差太大，不容易引起同化顺应过程；感性认识不足或原有的感性认识不全、不正确，对理解新知识造成干扰，形成知识的负迁移等，都会成为教学的难点。
四、分析确定三维教学目标
1、知识与技能分析
• 知识与技能分析就是在全面阅读教材的基础上，以现代教育思想为指导，从不同层次对教材涉及的知识进行多角度、多方位的分析。
• 通过知识分析，明确编者意图，教材所选内容的特点，作用与地位；了解教材的体系及逻辑结构，进而明确教材的逻辑结构、重点、难点；同时挖掘思想教育、科学方法以及能力培养等因素。 • .知识的应用
• ①知识的应用十分广泛
物理学是一门应用十分广泛的基础科学，其知识不仅是解物理习题，还包括在工农业生产中的应用，在日常生活中的应用，在科学技术发展与前沿中的应用，解释自然现象，解决社会问题。
• ②理论联系实际
主要突出怎样用基础知识分析解决实际问题，切忌大讲特讲生产环节和技术细节，要突出物理原理
2、过程与方法分析
分析并挖掘该节教材包含了哪些科学方法和能力培养因素，分析本节教材的教学特点和讲清知识的关键，选择合适的教学策略、方法、设计教学过程；讲清如何突出重点，如何突破难点；考虑如何通过知识教学培养能力、训练技能和方法以及进行情感态度价值观教育等。过程与方法分析是以教材内容为基础，以物理学的发展史料为线索，运用物理学发展中的基本研究方法对比、分析与挖掘、总结教材中的方法论因素，制定教学策略，设计教学过程。让学生体验知识的发现过程，进而使学生掌握物理学的研究方法。
• 物理学方法论因素指教材中所体现的研究物理学所应用的各种基本方法，有常规方法和非常规方法。
• 常规方法：观察、实验、逻辑思维、数学方法 • 非常规方法：直觉、猜想、灵感 • 其主要表现在以下几个关键地方： • 知识点建立时；（速度概念建立） • 知识点纵向引伸时；（从速度到加速度） • 知识点横向扩展时；（速度到平均速度、瞬时速度、光速） • 知识点应用时。（向心加速度，车辆转弯时的路面为什么里低外高。）
3、情感态度价值观分析
分析挖掘该部分教材情感态度价值观因素，分析教材中的学习心理问题，关注学生的情 3 感，使学生形成科学的态度，使学生具有正确的价值观是提高教育效率和教学效果的有效途径，而且可以充分体现以学生为主体的教育思想。
• 情感态度价值观分析主要是一种心理分析，主要是对非智力因素的分析。 • 心理分析的内容包括：
• 认识过程：感知、表象、思维、记忆（智力因素） • 意向过程：兴趣、情感、意志（非智力因素） • 个性特征：能力、性格（非智力因素） • 价值观：
• 情感态度价值观分析一般有两个途径：
• 一是分析教材的整体结构设计、内容选取与安排、教材的主要风格和特点等方面是如何考虑和适应学生情感态度价值观发展的；
• 二是分析学生在物理学习的具体环节中的所蕴藏的情感态度价值观因素，以便在教学实施过程中更好地落实教学要求。 • 教材情感态度价值观分析的作用：
•
1、可以充分调动学生学习内因，提高教学效率；着重分析学生的学习心理
•
2、便于在教学过程中有意识、有计划地培养和改善学生的心理素质，发展学生的智力因素和非智力因素；
•
3、根据学生心理特点进行思想教育；
•
4、还可以通过心理分析，弄清学生的思维障碍，突破学习难点。
五、分析确定教学方法和学习方法
为了体现教师的主导地位和学生的主体地位，在教学实施过程中，将采用教师引导和学生探究相结合的启发式教学，同时利用多媒体辅助教学，增强直观效果。
教学模式：启发—引导模式、自主-讨论模式、探究模式、课题研究模式、合作学习模式等 教学方法：讲授法、讨论法、谈话法、实验法、阅读法
教学策略：概念转变策略、任务驱动策略、图示策略、分层教学策略
六、分析教学用具
七、分析设计具体教学过程
1、教学流程
2、新课引入
导入新课是课堂教学过程的重要环节之一.成功地引入课题, 可以集中学生的注意力, 引起浓厚的学习兴趣, 把学生迅速带入物理情境之中.“引入”要密切联系学生的实际, 要有明确的目的, 要具有启发性和趣味性.一般来说, 可以利用以下几种方式引入课题: ( 1 ) 利用演示实验; ( 2 ) 联系生产生活实际; ( 3) 讲述物理学史或物理学家的故事; ( 4)“以旧带新”; ( 5) 提出不足; ( 6) 反向提问等.
3、新课教案（简案）
4、例题、检测题教学分析：
5、补充例题：
6、小结作业：课本配套习题分析：
八、板书设计
九、教学反思
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专题二：中学物理教学设计
中学物理教材分析、教学设计、和课堂教学是教学工作的三个重要环节。教学设计就是以物理教学理论为指导，应用系统科学的方法，综合考虑教学过程中的诸多因素，在分析教学目标、教学内容和学生特征的基础上确定教学问题和需求，选择高效的教学模式、教学策略、教学方法和教学评价方式，形成有序的流程为教学过程提供行为规范和具体的操作方案，以指定教学过程的实施。
教学设计就如同一张行军图，没有它，就不能实现性出发地到目的地的行军，同理，如果教学不按照一定的设计和计划进行，就不能顺利的完成任务 中学物理教学原则
教学原则是根据教育、教学目的, 反映教学规律性而制定的指导教学工作的基本要求.各门学科的教学, 由于它们的研究对象、研究方法和教学对象的不同, 均有各自特殊的内容、方法和活动方式.对于中学物理教学, 除应遵循教学过程的一般规律以外, 还应依据我们对物理教学过程的本质、特点和规律性的认识, 从物理学科本身的特点出发, 结合中学生学习物理的心理因素和认知结构, 发挥周围物理环境的作用来组织教学活动.我们认为, 物理教学中的教学原则不应照搬教育学中提出的教学原则或只加一些实例、说明,应该把教育学原理与中学物理教学过程紧密结合起来, 形成在中学物理教学过程中应当明确提出和切实贯彻的中学物理教学原则.这些原则可以初步提出以下五条, 即: ( 1 ) 科学性、教育性、艺术性相结合的原则; 在进行物理学这类自然科学的教学时, 首先应当注重教学的科学性.无论是对物理现象、物理概念和物理规律的描述与表达, 还是实验或练习题的内容、数据等等, 都应当是正确无误的.教学的科学性要求教师正确的应用术语.对于重要的物理概念或规律的阐述, 一定要注意用语要正确, 表达要确切。教学永远具有教育性.，.思想教育主要是世界观和人生观的教育.要培养学生辩证唯物主义的世界观 ( 2 ) 激发学习兴趣和探究欲望的原则; ( 3 ) 创设物理环境、突出观察、实验、探究的原则; ( 4 ) 启发思考、教给方法的原则; ( 5 ) 联系生活、技术、社会的原则
一、教学设计的原则
1、理论指导和实践操作相统一的原则
中学物理教学设计不能以感性经验为依据, 而要以先进的教育思想和教育理论为指导, 来设计和规范教学过程, 提高教学质量, 以减少实践过程中的盲目性, 增加自觉性.正是为了发挥理论的指导作用, 教学设计又必须把理论转化为教学行为, 给出教学流程, 明确可操作的方法.
2、整体设计和要素分析相结合的原则
没有要素分析的综合是肤浅的, 难以揭示事物的本质, 而只有要素分析, 没有综合, 必然是孤立的, 并且缺乏整体功能.因此教学设计既需要以整体为背景进行要素分析, 又需要以要素分析为依据进行综合优化, 使教学系统各要素处于相互匹配和最佳结合状态.
3、规范性和创造性相兼顾的原则
教学过程的发展是有客观规律的.只有规范才能保证教学质量和教学效率.但新思想、新理论的运用又必须另辟蹊径 创造是对规范的完善与发展, 二者是可以兼顾而统一的.新课程强调培养学生的科学探究能力，这是一个新课题，必须有所创造。
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4、静态设计和动态设计并重的原则
教学过程由教学初始状态、目标状态及二者的中间联系过程三者构成.因此教学设计既要重视静态设计( 初始状态与目标状态) 又要重视动态设计( 教学过程的生成和发展) , 使二者在相互促进, 相互转化中向前推进.
5、教师和学生交互协调的原则
教学过程既是施教过程, 也是学习过程.教学设计的关键是要促进两者的交互与协调, 但交互的出发点与落脚点都应该以促进学生的发展为目的.为此应以教师为主导、学生为主体。
二、教学设计的内容
1、制定教学目标
2、分析教学内容
3、分析学生和教学环境，物理学与技术、社会和生活的研究;
4、选择教学模式、方法和策略
教学模式：启发—引导模式、自主-讨论模式、探究模式、课题研究模式、合作学习模式等
教学方法：讲授法、讨论法、谈话法、实验法、阅读法
教学策略：概念转变策略、任务驱动策略、图示策略、分层教学策略
5、利用和开发资源，现代化教学手段与媒体的应用
6、制定测评工具
7、教学反思及修改
专题三：中学物理教材分析、教学设计的案例
一、关于物理实验的教学分析和教学设计
物理学是一门以实验为基础的自然科学，物理实验对物理学的形成和发展起着根本性的作用，是物理学发展的源泉，也是实践检验物理理论的唯一标准，物理课程标准把科学探究及物理实验能力纳入内容标准提出了基本要求，物理实验占有重要地位，对提高学生的科学素养起着关键地作用，中学物理实验的分类：
1、演示实验：要有明确的目的、要明显和直观、要安全可靠确保成功、正确对待演示中的失误切忌弄虚作假，要有启发性
2、学生分组实验
基本仪器实验训练性实验
验证性实验：过程：准备阶段、操作阶段、总结阶段 探究性实验：一般过程和教学要求
3、随堂实验。
实例分析：探究功与物体速度变化的关系，探究加速度、力、质量的关系
二、关于物理概念的的教学分析和教学设计
6 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.是观察、实验和思维相结合的产物。使学生形成、理解和掌握物理概念, 进而掌握物理规律, 发展认识能力, 是中学物理教学中的核心内容之一。
一、物理概念教学的重要性
1、物理概念是物理学最重要的基石
任何一门学科, 如果没有一些概念作为分析、综合、判断、推理等逻辑思维的出发点, 就不可能揭示这门学科的内容, 形成学科的体系与结构, 也就失去了这门学科存在的价值.纵观物理学内容, 大体可分为物理现象、事实、概念、规律和理论.其中物理概念是物理规律和理论的基础.因为物理规律( 包括定律、原理、公式和定则等)揭示了物理概念之间的相互联系和制约关系.例如, 如果学生对力、质量和加速度这几个概念搞不清, 那就无法理解和掌握牛顿第二定律, 更谈不到正确应用了.可以这样说, 如果没有一系列物理概念作为基础, 就无法形成物理学的体系.例如, 若没有电路、电流、电压、电阻、磁感应强度、电磁感应等一系列概念, 就不能形成电磁学; 同样, 若没有光源、光线、实像、虚像等一系列概念, 也就无法形成几何光学.所以, 在中学物理教学中, 要使学生比较系统地掌握进一步学习现代科学技术所需要的物理基础知识, 首要的就是让学生掌握物理概念.
2、让学生掌握好物理概念是物理教学的关键
教学实践表明: 物理概念是物理基础知识中既不易教也不易学的内容.目前中学生普遍感到物理难学, 其症结之一就在于物理概念教学没有搞好.在教师方面, 往往是由于不同程度地存在着只注意让学生多做练习, 而不注重让学生形成正确的物理概念的现象; 在学生方面, 往往只注意背定义、记公式、做练习题, 而
忽视了对物理概念的理解.其结果必然是丰富的物理含义被形形色色的数学符号所淹没, 概念不清就会越学越困难, 怎么还谈得上知识的灵活运用呢? 事实上, 能否使学生逐步领会某些重要的基本概念, 如力、功、能等等, 达到教学要求,不仅直接影响学生对某一章节的学习, 而且会影响对整个物理学的学习.所以,让学生掌握好物理概念是物理教学成功的关键.
3、物理概念教学是培养能力、开发智力的重要途径
学生形成、理解和掌握物理概念是一个十分复杂的认识过程.在这一过程中, 要在物理环境中通过观察、实验获取必要的感性知识, 或者用实验对结论进行检验, 要运用物理学方法, 通过复杂的思维过程( 分析与综合、比较、抽象与概括) 把新事物与自己认知结构中原有的概念联系起来, 通过同化或顺应来认识和理解新事物; 还往往要运用数学知识和数学方法来表达概念.形成初步概念以后, 还要从与其它概念的比较、分析中, 从新旧概念之间的联系中, 从学习有关的物理规律中, 从反复应用概念去解释现象或解答问题中, 不断加深对概念的认识和理解.所以, 引导学生形成物理概念和发展对概念的理解, 是学习物理学方法、培养学生多种能力( 特别是思维能力)、开发学生智力的重要过程和途径.
二、物理概念的特点：
1、物理概念是观察、实验和思维相结合的产物
2、大量的物理概念具有定量的性质
许多物理概念所反映的客观事物的本质属性具有明显定量的性质, 也就是说, 概念可以用一个可测量的量来表示, 如速度、加速度、电场强度、电阻、电压等, 这类概念称为物理量.以速度为例, 它是反映物体某时刻运动的快慢和方向这一属性的, 然而物体运动的快慢程度只有用一个量才能准确地反映出来.例如：某人某时步行的速度是 5 m/s 向东, 这就能准确地反映出这个人走的快慢和方向.由于物理量有确定的量的性质, 因此总是可以跟数学和测量联系起来. 7
3、物理概念是不断发展变化的
三、物理量的分类。按照它反映客观事物属性的性质来分, 可分为:
1、状态量和过程量.状态量是描写状态的物理量.研究对象的状态一定,它就有确定的量值.如速度和位置坐标是从运动学角度描写物体状态的物理量;动量、能量( 动能和势能) 是从动力学角度描写物体状态的物理量; 压强、体积和温度是描写气体状态的参量, 也是状态量.状态量往往可以用态函数来表示.过程量是描写过程的物理量.力学中的位移、功、冲量, 热学中的热量等等都是过程量.一般说来, 不同的过程, 具有不同的量值.
2、性质量和作用量.性质量是描写物质或物体的某种性质的量, 如密度、劲度系数、比热容、电阻、电场强度、介电常数、磁感应强度、电容等等.作用量是描写物体间相互作用的量, 如力、力矩、功、冲量等.
3、矢量和标量.有些物理量它们既有大小, 又有方向, 是矢量, 如力、速度、加速度、动量、电场强度„„.矢量的叠加应遵循几何学法则, 即平行四边形法则.只有大小、没有方向的量, 是标量, 如时间、质量、功、能、电势、电流„„.标量
4、相对量和绝对量.凡与选择参照物或坐标系有关的物理量都是相对量, 如位移、速度、动量、动能、势能、功、电场强度、磁感应强度等等.凡与参照系的选 择无关的物理量都是绝对量, 如各种普适恒量, 再如在两个惯性参照系符合伽利 略变换的条件下, 力、加速度、质量等等.
5、物理量按国际单位制又可以划分为基本物理量和导出物理量.基本物理量是人们根据需要而选定的.基本量不是用其它物理量来定义的.基本量的数目应该是能融洽一致地和明确地描述物理学中所有各量所必需的最小数目.目前, 国际单位制中采用的基本物理量有七个, 即长度、质量、时间、电流、热力学温度、发光强度和物质的量.它们的计量单位分别是米、千克、秒、安培、开尔文、坎德拉和摩尔.导出物理量是以基本物理量为基础、按照某种定义或根据有关公式推导出来的物理量, 因此一切导出物理量都可以用基本物理量的组合方式来表达.在力学中, 所有的物理量都可以由长度、质量和时间这三个基本量导出; 在电学中, 除了上述三个基本量, 再加上电流这一基本量, 就可以导出所有的电学物理量.还有些物理概念, 虽然没有直接的定量性质, 但在表述和研究它们时, 往往离不开定量的描述.例如,“机械运动”这个概念, 实际上表示物体在空间的位置随时间的变动, 这里归根到底仍然涉及位置与时间的函数关系.正是由于组成物理学的基石———物理概念大多具有定量的性质, 因而研究物理学, 就必然离不开数学和实验测量
四、物理概念的教学要求
在众多的物理概念中, 有为数不多的概念是基本概念.所谓基本概念, 是指物理学中最基础、最核心的概念.它们在物理学发展过程中贡献最大, 它们反复出现在许多定律中, 并经常运用, 而且最有生命力.
（一）、明确建立概念的事实依据和研究方法
要使学生形成正确的概念, 首先应从具体的事例出发, 即通过联系学生在生活实践中观察到的物理现象, 列举各种事例及进行必要的实验等等, 使学生明确建立概念的事实依据, 使之对有关的物理现象和过程有必要的感性认识, 以建立起对研究对象的正确清晰的表象, 这是形成概念的基础.其次, 概念的形成, 并不是感性材料的堆积, 而是对物理现象和过程等感性材料进行科学抽象的产物.因此, 在学生已有足够数量的感性认识的基础上, 就要引导他们进行科学的抽象,即引导他们运用比较、分析、综合、想象、归纳、概括等方法, 去逐步抓住事物的本质特征, 以达到认识从感性到理性的飞跃.所以在概念教学中, 既不能只提 8 供形成概念的事实依据而不同时引导学生进行科学的思维活动, 也不能只是从概念到概念, 从理论到理论的简单“演绎”.
不同的概念, 它们的引入和建立的方法可能各不相同.在中学阶段, 建立物理概念主要有以下几种方法.1 .物理概念是科学抽象的成果.
在中学物理教学中, 常用的抽象方法有以下三种: ( 1 ) 分析概括一类事物的共同本质特征( 本质属性) 像前面谈过的机械运动、平动概念, 就是通过分析、比较、综合、概括、抽象出事物共同的本质特征.小孩形成“人”、“房子”等概念时, 就运用了这类抽象的方法.所不同的是, 形成日常生活中的那些概念时, 事物的共同特征比较直观, 容易理解, 而物理学中抽象出来的共同特征不那么容易琢磨, 需要有足够的、典型的感性材料做基础, 更加注意通过分析、比较, 认识所列举的同一类事物的共同特征, 以及容易混淆的两类事物之间的根本差别, 才能形成比较清晰的概念.( 2 ) 把物质、运动的某种属性隔离出来, 得到表征物质或运动的某种性质的物理量如密度、速度、比速度、比热容、电阻、电场强度、磁感应强度等等, 这种类型的抽象, 特别是用两个( 或几个) 物理量的比值来定义的物理量, 在中学物理教学中用得很多, 而学生常感到困惑.我们应当通过一些重要物理概念的教学, 教会学生这类抽象方法.( 3 ) 用理想化方法进行科学抽象
质点、刚体、理想气体、检验电荷、纯电阻等等, 是把研究对象本身理想化; 无摩擦的表面、绝热容器等等, 是把物体所处的条件理想化; 匀速直线运动、简谐振动、光的直线传播等等, 是把物理过程理想化.理想化方法就是对所研究的事物突出起主要作用的性质或条件, 完全忽略其它性质或条件而进行的一种科学抽象, 它反映所研究事物的本质特征, 呈现所包含的主要矛盾.理想化方法是物理学研究中最基本、最重要的思想和方法之一.2 .物理学中的概念组成一个体系.
各个概念间有着紧密的逻辑联系, 一个理概念往往既是前面概念的发展, 又是后面的概念的基础.因此, 抓住新旧概念的逻辑联系展开, 也是建立物理概念的方法之一.具体的方法有: ( 1 ) 推导法.就是依据概念之间的联系, 从一个或几个已知概念推导出另一个概念.例如, 由速度、速度增量、加速度等概念推导出向心加速度等等.( 2 ) 类比法.借助类比来引入和建立概念的例子很多, 如类比水压引入电压、类比光波讲物质波、类比重力势能研究电势能等等.
（二）、理解物理概念的内涵
物理概念的内涵就是指概念所反映的物理现象、物理过程所特有的本质属性.在概念教学中, 必须使学生理解概念的内涵.讲授物理量的内涵时, 教师除了应用语言文字把它所反映的本质属性定性地给予表达以外, 还要由定性分析进入定量分析, 给出它的定义式.用数学公式定义物理量最严密、最精确、最概括.定义式从质和量的两个方面反映了物理量的内涵.例如, 加速度的定义式、分别是 C量度公式, 不是决定条件式等等.在教学中, 要引导学生分清物理量的量度公式和它的决定条件.
（三）、了解物理概念的外延
概念的外延就是指具有概念所反映的本质属性的对象.通常说的概念的适用范围就是指概念的外延, 它说明概念反映的是哪些对象.例如, 重力、弹力、摩擦力、磁场对电流的作用力, 属于力这一概念的外延.在概念教学中, 对一些重要的基本概念, 要逐步使学生了解它的外延, 使学生通过对物理概念外延的学习,逐步深化和扩展对概念的理解.(四)、了解概念与有关概念的联系与区别
联系的观点是认识事物、研究事物的一个基本观点.在教学中, 揭示不同概念之间的联 9 系, 有助于学生理解知识间的内在联系, 从而加深和扩展对所学概念的认识和理解, 也有助于逐步掌握学科的基本结构.通过比较、了解概念之间的区别, 就能使学生分清不同概念所反映的不同本质属性, 避免概念之间的混淆不清.这对于学生正确地理解概念也是十分必要的.例如, 在电学中, 电势、电势能、电动势是三个既有联系又有本质区别的概念, 学生只有认清了它们之间的联系与区别, 才能准确地理解这三个概念.(五)、学会运用概念
“学以致用”是我们的教学目的, 也是概念教学中的一个基本要求.因为只有通过运用, 学生才能真正掌握概念; 同时, 在运用过程中, 学生对概念在理解上的缺陷才能暴露出来, 以便于进一步有针对性地加以纠正, 完善和深化学生对概念的理解.如学过“密度”这一概念后, 可以向学生提问: 质量是 1 kg 的钢球, 切去 500 g, 其密度是否变化? 或许有学生回答: 质量减少一半, 密度也是原来的一半了.这时就应引导学生分析, 物质的密度是否与其质量的大小有关? 通过分析, 让他们悟出密度没有变化的道理, 从而加深了密度是物质的固有属性的理解, 也进行了分析方法的初步训练.再如, 学生只有运用合力与分力的概念解答 一定量的练习题以后, 才有可能真正掌握合力与分力的等效代替的实质及其定量含义.
五、物理概念的教学过程
（一）、创设学习物理概念的环境
在物理概念的教学中, 必须首先给学生创造一个适应教学要求、借以引导启发学生发掘问题、思考问题、探索事物的本质属性的物理环境.常用的办法有: 1 .运用实验
2 .利用学生积累的生活经验
学生在日常生活中, 观察和接触过许许多多物理现象和应用物理知识的事例.善于恰当地利用学生已有的生活经验, 也能创设良好的物理环境.例如, 在进行压强、摩擦、惯性等概念的教学时, 都可以利用许多典型、生动且为学生熟知的事例来创设物理环境.这种通过“第二信号系统”, 运用生活事例来创设的物理环境会使学生有身临其境的感觉.但要注意, 事例要恰当和典型, 语言要简练生动, 所举的事例必须是学生确已熟知的事例, 否则会使学生感到不可捉摸.3 .抓新旧知识的逻辑展开
新概念往往与已学过的概念、规律之间存在着有机的联系.抓住新旧知识间的联系, 从已有知识出发, 通过逻辑展开, 把新概念自然地引申出来, 也可以创设学习新概念的良好物理环境.例如, 以一定的实例分析为依据, 由速度→速度变化( 速度增量) →速度变化的快慢( 速度的变化率) →加速度.像这样步步深入地引出加速度, 可以使学生认识到引入新概念的客观性和必要性, 使知识系统连贯, 便于学生理解、掌握和不断深化, 也有利于发展学生的逻辑思维能力.此外, 通过介绍生动有趣的物理学史实或故事, 通过有启发性的提问, 运用图表、幻灯、电影、电视、录像、参观等方式, 也可以创设良好的物理环境 (二)、引导学生运用科学思维方法建立物理概念
物理概念是对物理现象、过程等感性材料进行科学抽象的产物.在概念教学中, 若只向学生提供形成概念的感性材料, 而不同时让学生参与思维加工活动,尽管教师在将概念的文字或数学表达讲得很清楚, 但对学生来说, 表面联系和内在联系、感性认识和理性认识、生活经验和科学概念仍处在分离的状态.因此, 要使学生形成正确的概念, 就必须在他们获得足够的感性材料的基础上, 按照物理学中建立概念的方法, 引导他们运用比较、分析、综合等思维方法, 对感性材料进行思维加工, 进而抽象概括出事物的本质属性, 从而使他们形成概念.在此基础上, 引导学生用精炼的语句将这个概念的内涵表达出来.对于物理量, 还应引导学生从实验数据或实例分析出发, 紧扣它的物理意义, 运用一定的数学知识, 得出它的定义式.进一步通过比较、分析, 使学生理解该定义式怎样从质和量两个方面反映它的物理 10 意义, 它的适用范围是什么.
对比是常用来认识几种事物的质或量之间的区别和联系的一种有效方法.在概念教学中, 要引导学生运用对比的方法, 来分清有关概念之间的区别和联系, 以加深对概念的理解.例如, 对比蒸发与沸腾、串联与并联、交流电与直流电、电动势与电压、干涉与衍射、热量与比热容等等.(三)、选择具体问题，运用物理概念
当学生初步形成概念后, 必须及时给他们提供运用概念的机会, 让他们将抽象的概念“返回”到具体的物理现实中去, 使他们在运用概念联系实际或解决具体问题的过程中, 巩固、深化和活化概念, 看到自己在学习中的收获, 会更激起进一步学习的兴趣和主动性.同时, 特别要注意逐步教给学生正确运用概念去分析、处理和解决物理问题的思路和方法.引导他们在运用已有的概念去面对新的物理现象时, 勇于提出问题, 勤于思考, 扩大认识范围, 逐步提高他们分析、解决物理问题的实际能力.所以, 运用是使学生把学到的知识转化为能力的关键.例如, 最后应当指出, 人对任何事物的认识包括物理概念在内, 都有一个过程, 都是有阶段性的.因此, 物理概念教学也要注意它的阶段性, 不能一开始就企图讲深讲透, 那样效果反会适得其反.真正重要的是应该做到既使每个阶段具有十分明确的适度的要求, 又使各个阶段相互联系, 逐步加深扩展, 切不要使之僵化.
实例分析：摩擦力
三、关于物理规律的的教学分析和教学设计
（一）物理规律教学的重要性
中学物理是以为数不多的基本概念和基本规律为主干而构成的一个完整的体系，基本概念、基本规律和基本方法及其相互联系构成了学科的基本结构.其中, 基本概念是基石, 基本规律是中心, 基本方法是纽带。可见物理规律是构成物理学科体系的核心要素， 所谓物理知识的应用, 主要是指运用物理概念, 特别是运用物理规律解释现象、解决物理问题.在中学物理教学中, 学生的智力和能力也主要是在观察、实验、探索和分析物理现象, 理解、掌握和运用物理概念和物理规律的过程中, 不断发展起来的.所以, 我们应当在抓好物理概念教学的基础上, 认真抓好物理基本规律的教学.
（二）物理规律的特点
1、物理规律反映物质结构及物质运动中诸要素之间内在的必然联系
11 物理规律表现为某物理状态下或某物理过程中相关要素之间在一定条件下所遵从的关系，通常包括物理定律、定理、原理、法则、方程等
物质结构及物质运动中各种要素有物理概念来表征，而且这些物理概念常常具有定量性质的物理量，并总是与测量及数学表示相联系，所以物理规律也是物理概念之间的一定关系的语言逻辑表达和数学逻辑表达
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, 力、质量、加速度是 3 个可测量的物理量.它表明了研究对象( 质点) 的加速度与研究对象( 质点) 的质量( 反映研究对象本身性质的量) 和它所受的力之间的定量的因果关系.
2、物理规律是观察、实验、思维、想象和数学推理相结合的产物
任何客观规律都只能被发现, 而不能被“ 创生”.但不同学科的规律被认识与发现的途径又是不尽相同的.物理学规律揭示的是物质的结构和物质运动所遵循的规律, 因此必然与人们认识物理世界的途径有关, 即都与观察、实验、抽象思维、数学推理、想象等有着密不可分的联系.
例如, 牛顿第一定律的建立虽然是以实验为基础, 但这一定律不能直接用实验加以验证, 它是实验、推理和想象相结合的产物.牛顿第二定律则是在取得大量实验数据的基础上, 经过分析与综合, 并利用数学方法总结出来, 又被实验和生产实践证明无误的客观规律.
3、物理规律具有近似性和局限性
由于物理学所研究的对象和过程往往不是处于自然状态的实际客体和实际现象, 而是采用科学抽象方法适当简化之后建立的理想模型和理想过程; 又由于物理学是实验科学, 在观察和实验中, 限于当时仪器的精密程度、操作技术的准确程度, 从而不可避免地出现测量误差.因此, 反映各物理量之间关系的物理规律, 只能在一定精度范围内足够真实但又是近似地反映客观世界.物理规律不仅具有近似性, 而且由于规律总是在一定范围内发现的, 或在一定条件下推理得到的, 并在有限领域内检验的, 所以规律还具有局限性.也就是说, 物理规律总有它的适用范围和适用条件.例如, 牛顿第一定律, 它没有涉及物体的转动, 也没有涉及物体各部分之间的相对运动, 因此它只适用于质点.由于做平动的物体可以视为质点, 所以它只适用做平动的物体.同时, 运动的描写还是相对的, 必须选定参考系.牛顿第一定律中谈到的静止或匀速直线运动是不是对任何参考系都适用呢?
（三）重点物理规律的教学要求
在中学物理知识结构中, 有一些占主干地位的基本规律, 这些重点规律教学的成败, 对于学生能否学好物理知识, 能否运用物理知识解决实际问题, 具有关键性作用, 必须下大力气抓好.为此, 必须明确对重点规律的教学要求.：
1、使学生把握新旧知识的联系和建立物理规律的事实依据, 懂得研究物理规律的方法
物理规律本身反映了物理现象中的相互联系、因果关系和有关物理量间的严格数量关系.因此, 在物理规律的教学中, 必须将那些原先分散学习的有关物理概念综合起来, 把研究它们的关系作为主题.只有用联系的观点来引导学生研究新课题、提出新问题, 才能激发起学生新的求知欲与新的钻研志趣.另一方面,物理规律本身总是以一定的物理事实为依据的, 因此学生学习物理规律, 也必须在认识、分析和研究有关的物理事实的基础上来进行.对于中学生来说, 他们的抽象思维能力不强, 理解和掌握物理规律更需要有充分的感性材料作为支柱.人类在对物理规律的探索与研究过程中, 逐步形成了物理学研究的基本方法.学生认识和掌握物理规律的过程, 也相当于一个简化了的探索和研究过程.物理规律的获得主要有 12 两种途径: 一种是直接从实验结果中分析、归纳、概括而总结出来, 即实验归纳法; 另一种途径是利用已有的概念和规律, 通过逻辑推理或数学推导, 得出新的规律, 即理论分析法.理论分析法可以是利用已有的概念和规律, 推导出更普遍的规律, 这属于理论归纳; 也可以是利用较一般的规律, 推导出特殊的规律, 这属于理论演绎.值得注意的是，物理规律并不是纯粹的实事归纳和逻辑推证，猜想、假说、理想化、类比等创造性的科学方法常常起到了及其重要的作用。
对于某一规律的教学，不一定按照历史上的发现过程来展开，教师课根据教学要求、学生已有的基础、学校的设备情况等来确定，实际上，教学中可采用不同的方法来探讨规律，这对促进学生掌握研究方法和发展能力可以起到不同作用。
2、要使学生理解物理规律的物理意义
中学阶段所研究的物理规律, 一般都要用文字语言加以表达, 即用一段话把某一规律的物理意义表述出来.对于物理规律的文字表述, 要认真加以分析, 使学生真正理解它的含义, 而不能让学生去死记结论.对规律的文字表述的引出,必须在学生对有关问题进行分析、研究、并对它的本质有相当认识的基础上进行, 切不可在学生毫无认识或认识不足的情况下“搬出来”,“灌”给学生, 然后再逐字逐句解释和说明.这种做法离开了认识的基础, 颠倒了认识的顺序.学生不知道规律是怎么得来的, 也不可能理解它的真正含义.
例如, 牛顿第一运动定律的教学, 可仿照伽利略当年运用“理想实验”的思路, 在观察实验的基础上, 进行推理想象.由有摩擦时的运动情况推想到无摩擦时的运动情况, 最后把这一规律的内容作如下表述“一切物体在没有受到外力作用的时候:, 总保持匀速直线运动状态或静止状态.”在理解时, 要注意弄清定律的条件是“物体没有受到外力作用”.还要正确理解“或”这个字的含义,“或”不是指物体有时保持匀速直线运动状态, 有时保持静止状态, 而是指如果物体原来是运动的, 它就保持匀速直线运动状态; 如果原来是静止的, 它就保持静止状态.又如, 动量定理可表述为:“物体所受的合外力的冲量等于它的动量的变化”.弄清“等于”两字的含义对理解这个定理有很大帮助.第一,“等于”所包含的是一种因果关系, 即冲量引起动量的变化; 第二,“ 等于”包括大小和方向上的关系.冲量是力对时间的积累的量, 属于过程量, 动量则是物体状态的量, 过程量冲量引起状态量动量的改变, 动量的改变量和引起改变的冲量是相等的.可见“等于”揭示了两者之间的内在联系, 不要把“等于”单纯理解为“就是”
大多数物理规律的内容都可以用数学公式表达出来, 即规律的公式.公式的形式要能表达出规律的内容, 能反映出研究对象间的内在联系, 还能由之计算出有关的物理量的量值( 有的还要能标示矢量的方向) , 参与各种推理和运算, 并尽量选择最简洁的形式.对于物理规律公式, 一要研究它是怎样建立起来的.在实验归纳法中, 是怎样把实验数据通过思维加工和数学加工, 转化为规律的表达式的; 在理论分析法中, 规律的表达式是怎样通过严密地推理而得出的.二是研究公式所表示的物理意义.要使学生从物理意义上去理解公式中所表示的物理量之间的数量关系, 而不能从纯数学的角度加以理解.例如, 牛顿第二定律公式 F = ma, 它揭示了一定质量的物体所受的合外力与由此而产生的加速度之间的关系, 如果只从数学形式考虑,就可能得出物体的质量与所受的外力成正比, 或物体的质量与它的加速度成反比 m =Fa, 这显然是错误的.
许多物理规律也可以用函数图像来表达, 函数图像有简明、清晰、直观的优点.在中学物理中, 利用图像表达物理规律有以下几个作用：
1 .利用函数图像归纳实验定律, 讨论实验定律.这是科学研究中常用的一种方法.
2 .用图像形象地描述物理规律.数学公式能精确地描述物理规律, 配合函数图像, 表达就
13 更形象、明显, 就能够加深学生对规律的理解, 例如, 光电效应中的爱因斯坦光电效应方程: 3 .在学生数学知识不足的情况下, 可以利用函数图像来表明物理规律, 利用函数图像导出有关公式.例如, 分子与分子间的相互作用力是怎样随分子间的距离而变化呢? 在中学阶段, 无法建立力与距离的函数关系。
3、使学生明确物理规律的适用条件和范围
每一个物理规律都是在一定条件下反映某个物理现象或物理过程的变化规律的, 规律的成立是有条件的.因此, 每一规律的适用条件和范围也是一定的.学生只有明确规律的适用条件和范围, 才能正确地运用规律来研究和解决问题, 才能避免乱用规律、乱套公式的现象.例如:
4、使学生认清所研究的物理规律与有关的物理概念和物理规律之间的关系
物理规律总是与许多物理概念紧密联系在一起的, 与某些物理规律也互相关联, 应当使学生把物理规律与和它相关的物理概念和物理规律之间的关系搞清楚.例如, 牛顿第一定律与物体的惯性虽有联系, 但二者有本质上的区别, 不能混为一谈.常发现中学生把惯性与运动状态等同起来, 把用力改变物体的运动状态说成是“打破物体的惯性”, 把物体不受外力作用保持原来的运动状态说成是“保持物体的惯性”, 有的教师也讲外力“克服惯性, 而使物体运动起来”.我们知道, 惯性是物体的固有属性, 物体无论是静止还是运动, 无论是从静到动还是从动到静, 任何时候都具有惯性.在经典力学范围内, 物体的质量视为不变, 惯性的大小也视为不变, 物体作平动时, 惯性大小的量度就是质量, 因此不能说“打破”惯性.牛顿第一定律是一个反映这些客观事实的物理规律, 与反映物体属性的惯性, 两者不能混为一谈.
5、使学生学会运用物理规律说明、解释现象, 分析和解决实际问题
对于重点物理规律, 不仅要求学生理解, 而且要求会灵活运用.因为掌握物理规律的目的就在于能够运用物理规律去解决问题.运用的过程, 是将抽象的物理规律具体化的过程, 从而完成认识上的第二个“飞跃”.在这一过程中, 一方面可以巩固、深化和活化对规律的理解; 另一方面, 可以使学生学到分析、处理实际问题的方法, 发展学生分析、解决问题的能力, 运用数学解决物理问题的能力, 逻辑地说理和表达能力, 手脑并用、独立解决简单实际问题的能力, 以及创造能力等.
（四）中学物理规律的教学过程
重点物理规律的教学过程, 一般来说应当经历一个在教师的引导下学生在与物理世界的相互作用中发现问题、探索规律、讨论规律和运用规律的过程.所以, 物理规律的教学过程一般包括以下四个有序的步骤:
1、创设物理情境，形成科学问题
教师要带领学生探究和学习物理规律, 首先要让学生明确物理规律的研究主题以及与之相关的问题，因此, 在教学的开始阶段, 要创造便于发现问题的物理环境.在中学阶段, 一是通过观察、实验发现问题, 也可以从分析学生生活中熟知的典型事例中发现问题;二是从对学生已有知识的分析引申和逻辑推理中发现问题.另一方面, 创造的物理环境要有利于引导学生探索规律.还应有助于激发学生的学习兴趣和求知欲望.
2、实施科学探究，促进知识建构
在这一过程中, 教师应怀着对科学的热爱, 对探索的兴趣, 对学生的信任, 情绪饱满地引导学生去发现问题, 思考问题, 探索规律.在中学阶段, 主要是运用实验归纳法和理论分析法, 或者把两者结合起来进行.还可以尝试使用“假设—检验”方法。具体的方法大致有以下几种:
A、运用实验总结物理规律.具体的做法有: ( 1 ) 由对日常经验或实验现象的分析归纳得出结论.如研究蒸发快慢的条件、电磁现象中的
14 左、右手定则、力的平行四边形法则、楞次定律等等.( 2 ) 由大量实验数据, 经归纳和必要的数学处理, 得到结论.如力矩的平衡条件、胡克定律、光的反射定律、气体实验定律等等.( 3 ) 先从实验现象或对实例的分析中得出定性的结论, 再进一步通过实验寻求严格的定量关系, 得出定量结论.如研究液体内部的压强、牛顿第三定律、光的折射定律等等.( 4 ) 在通过实验研究几个物理量的关系时, 先分别固定某些物理量, 研究其中两个物理量间的关系, 然后加以综合, 得出几个量的关系.如欧姆定律、牛顿第二定律、焦耳定律的研究等等.( 5 ) 限于实验条件, 先介绍前人通过实验得出的结果, 再通过对实验结果的分析, 得出结论.如对光电效应公式, 以及近代物理中的一些规律的研究.B、运用已有知识, 通过理论推导, 得出新的物理规律.具体做法大致有: ( 1 ) 先用实验或实例做定性研究, 再运用理论推导得出结论, 如对电磁感应定律、动量守恒定律的研究等.( 2 ) 在观察实验和日常经验的基础上, 研究理想实验, 通过推理、想象, 得出结论, 如对牛顿第一定律的研究.( 3) 运用已有知识和数学方法, 进行演绎或归纳推理, 得出结论, 如动量定理、动能定理、气态方程、万有引力定律等等.( 4 ) 运用物理量的定义式或函数图像, 导出表达物理规律的公式. C、提出假说, 检验和修正假说, 得出结论.
对有些物理规律的研究, 可以先引导学生在观察实验或分析推理的基础上进行猜想, 提出假说, 然后再运用实验或理论加以检验, 修正假说, 得出科学的结论, 如讲授阿基米德定律、楞次定律等可以采用这种方法.无论是采用哪种方法, 最后都要在探索的基础上, 得到物理规律的文字表述和数学表达( 初中阶段有些规律只要求用文字表述) .
3、讨论物理规律。理解物理意义 一般往往要从以下三个方面进行讨论: ( 1 ) 讨论规律( 包括公式和图像) 的物理意义, 包括对文字表述含义的推敲, 对公式和图像含义的明确;
( 2 ) 讨论和明确规律的适用条件和范围; ( 3 ) 讨论这一规律与有关概念、规律、公式间的关系.在讨论的过程中, 应当注意针对学生在理解和运用中容易出现的问题, 以便使学生对这一物理规律获得比较正确的理解.
4、运用物理规律，解决实际问题
在这一过程中, 一方面要用典型的问题通过教师的示范和师生共同讨论, 使学生结合对实际问题的讨论, 深化、活化对物理规律的理解, 逐渐领会分析、处理和解决问题的思路和方法.另一方面, 更主要的是组织学生进行运用规律的练习.要引导和训练学生善于联系日常生活中的实际问题学习物理规律, 经常用学过的规律科学地说明和解释有关的现象; 通过训练, 使学生逐步学会逻辑地说理和表达.对于运用物理规律分析和解决实际问题, 要逐步训练学生运用分析、解决问题的思路和方法, 使学生学会正确地运用数学解决物理问题.还应当鼓励学生运用学过的规律独立地进行观察和实验, 自己动手、动脑进行小设计和小制 作, 创造性地解决一些简单的实际问题.要帮助和引导学生在练的基础上, 逐步总结出在解决问题中一些带有规律性的思路和方法, 逐步提高各种思维品质的水平.
最后应当指出: 物理规律的教学要有阶段性, 有一个逐步深化、提高的过程.对同一个物理规律, 初中、高中、大学有不同的层次, 不同的要求.例如, 对于力和运动的规律, 初中只要求有个定性的了解, 高中要求用初等数学进行定量研究,大学则有更高的要求.对于高中的必修与选修阶段, 大纲上也规定了不同的要求.另一方面, 学生对某一规律的掌握, 也需 15 要由浅入深, 一步步地通过一系列教学活动, 最后达到教学大纲的要求.那种企图通过
一、两节课的教学, 就要使学生对某些规律完全掌握的做法, 往往既加重了学生的负担, 又不能取得良好的教学效果.
实例：动能定理、平抛运动
