(上海師范大學(xué)數(shù)理學(xué)院物理系　上海　200234)

?

新課程背景下建立物理概念科學(xué)思維方法的研討*

(上海師范大學(xué)數(shù)理學(xué)院物理系上海200234)

摘 要：概念是人類科學(xué)思維的最基本單元．概念的內(nèi)涵和外延之間呈反變的邏輯關(guān)系．中學(xué)物理新課程強(qiáng)調(diào)科學(xué)思維方法教育，因?yàn)椋绊懳锢砀拍罱膛c學(xué)效率的關(guān)鍵因素是科學(xué)思維方法的恰當(dāng)運(yùn)用．根據(jù)這個(gè)思想，本文研討了如何應(yīng)用科學(xué)思維方法，來(lái)建立物理概念，其中包括物理教師必須針對(duì)不同類型物理概念的特點(diǎn)，有意識(shí)地運(yùn)用相應(yīng)的科學(xué)思維方法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析、綜合、歸納、類比、概括、抽象、演繹和理想化等.最后，落實(shí)于物理概念的定義，強(qiáng)調(diào)闡述了比值定義法的意義．

關(guān)鍵詞：物理概念科學(xué)思維方法實(shí)驗(yàn)歸納方法定義法

概念是人們對(duì)事物本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，是邏輯思維最基本的單元和形式．概念既具有客觀屬性，又具有主觀屬性．其客觀屬性是指概念的對(duì)象是客體，是客觀的，其主觀屬性是指概念的定義是主觀的，隨人們認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的程度、深度或目的不同而不同．概念是理性認(rèn)識(shí)的第一階段．概念的建立必須借助于感性的材料、理性的邏輯思維方法．科學(xué)思維方法作為物理學(xué)研究和發(fā)展的邏輯工具，為物理學(xué)提供了建立物理概念(發(fā)現(xiàn)規(guī)律、形成物理原理和提供實(shí)驗(yàn)探究和檢驗(yàn))的根本途徑，同時(shí)，也是物理學(xué)技術(shù)應(yīng)用的必由之路．物理教師必須針對(duì)不同類型物理概念的特點(diǎn)，有意識(shí)地融入相應(yīng)的科學(xué)思維方法，引導(dǎo)中學(xué)生追憶物理學(xué)的思維發(fā)展歷程，恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用實(shí)驗(yàn)、分析、綜合、歸納、類比、概括、抽象、演繹和理想化等方法，才能真正激發(fā)其物理學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，從根本上改變中學(xué)生物理學(xué)習(xí)的被動(dòng)局面，有效地培養(yǎng)中學(xué)生科學(xué)思維能力，有效達(dá)成物理概念教學(xué)的目標(biāo)．

1物理概念的特點(diǎn)

物理概念是自然科學(xué)基本概念的一個(gè)子范疇，所以，物理概念既有一般自然科學(xué)概念的共性，又有其自身的個(gè)性，根據(jù)物理學(xué)本身的特點(diǎn)，物理概念特性可以概括為：其一是確定性，即物理概念是從同一類物理現(xiàn)象中概括和抽象出來(lái)的，其反映了物理研究對(duì)象的本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系，而這種本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系是物體固有的客觀存在，因而具有確定性，這種確定性是客觀性和主觀性共同作用的結(jié)果；其二是抽象性，即物理概念的起源與物理的感性經(jīng)驗(yàn)、實(shí)踐內(nèi)容和原有物理基礎(chǔ)有關(guān)，但是又不能從感性經(jīng)驗(yàn)邏輯地推導(dǎo)出來(lái).既與具體客體和過(guò)程(比如，必須借助于觀察實(shí)驗(yàn)和歸納方法)有密切聯(lián)系，但又超越了具體的客體和過(guò)程(比如，必須借助于分析、綜合和概括方法)，最終形成物理概念；其三是階段性，根據(jù)中學(xué)生的思維特點(diǎn)和學(xué)習(xí)能力，物理概念隨著學(xué)生物理知識(shí)掌握的不斷增加，物理問(wèn)題研究的不斷深入而不斷地變化和發(fā)展，即一個(gè)完整物理概念的形成需要一個(gè)發(fā)展過(guò)程．

因此，物理新課程改革順應(yīng)新時(shí)期對(duì)青少年科學(xué)素養(yǎng)教育的時(shí)代要求，努力貫穿辯證立體的“觀察與實(shí)驗(yàn)→假說(shuō)→科學(xué)方法→反復(fù)曲折→數(shù)學(xué)工具→物理學(xué)理論→實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)→技術(shù)應(yīng)用→新課題……”邏輯鏈條不斷發(fā)展，蘊(yùn)含了豐富的科學(xué)方法教育元素．

2物理概念的內(nèi)涵和外延

按照邏輯學(xué)的原理，概念不僅有明晰的內(nèi)涵，而且必須限定其確定的外延，同時(shí)，概念的內(nèi)涵和外延之間呈現(xiàn)反變的邏輯關(guān)系．

(1)物理概念的內(nèi)涵

(2)物理概念的外延

物理概念的外延就是適合于那個(gè)概念的一切對(duì)象的范圍．例如，重力、彈力、摩擦力、靜電力、洛倫茲力、浮力、壓力、支持力、下滑力、張力等等的全體，就是“力”概念的外延．同樣在“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”概念的外延中，包含著一切類型的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，如勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)、平拋、斜拋、圓周運(yùn)動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)等．

(3)概念的內(nèi)涵和外延之間的反變關(guān)系

概念的內(nèi)涵和外延除了相互依存，同時(shí)又是相互制約的．一方面，概念的內(nèi)涵確定了，在一定條件下，概念的外延也跟著確定了；另一方面，概念的外延確定了，在一定條件下，概念的內(nèi)涵也就跟著確定了．邏輯學(xué)研究表明：概念內(nèi)涵的多少與概念外延的寬窄存在著反變關(guān)系：即如果一個(gè)概念的內(nèi)涵屬性越少，其外延就越大；反之亦然．例如，機(jī)械運(yùn)動(dòng)：“我們把一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)物體的位置變化叫做機(jī)械運(yùn)動(dòng)”；直線運(yùn)動(dòng)：“運(yùn)動(dòng)路徑是直線的運(yùn)動(dòng)叫做直線運(yùn)動(dòng)”；勻速直線運(yùn)動(dòng)：“物體沿直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在相等時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程相等，這種運(yùn)動(dòng)稱之為勻速直線運(yùn)動(dòng)”．不難看出，機(jī)械運(yùn)動(dòng)→直線運(yùn)動(dòng)→勻速直線運(yùn)動(dòng)，其內(nèi)涵在增加，而外延則在減小，這就是概念的內(nèi)涵和外延之間的反變關(guān)系．再比如，力→摩擦力→滑動(dòng)摩擦力，其外延也是隨著內(nèi)涵的增加而減?。鹊?，請(qǐng)讀者自行分析考察．

3科學(xué)方法指導(dǎo)下的物理概念的構(gòu)建模式

根據(jù)物理概念性質(zhì)不同，物理概念建立的過(guò)程不僅需要借助于截然不同的科學(xué)思維方法，而且觀察和實(shí)驗(yàn)的“情景材料”不同、呈現(xiàn)的程序不同、認(rèn)知的難易度不同，其教學(xué)模式也有比較大的差別．

3.1理想化方法

理想化方法的思維特點(diǎn)是忽略或摒棄原型中的次要因素，集中突出原型主導(dǎo)因素，突出主要矛盾．

(1)理想化方法的思維特點(diǎn)

首先，理想化方法具有客觀性．理想化的研究對(duì)象是客觀的物理事實(shí)，是客觀物質(zhì)對(duì)象的確定屬性的反映；經(jīng)過(guò)理想化方法加工的客觀物理事實(shí)，必須能夠突出物理事實(shí)的客觀本質(zhì)特征．其次，理想化方法具有絕對(duì)性．在進(jìn)行理想化方法加工時(shí)，必須忽略或摒棄原型中的次要因素，必須集中突出原型主導(dǎo)因素，否則，就不可能突出主要矛盾，模型就不是理想的，理想過(guò)程不可能形成，理想實(shí)驗(yàn)不可能實(shí)現(xiàn)．比如，作為經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)的慣性定律，不可能直接從現(xiàn)實(shí)的具體實(shí)驗(yàn)中得出，伽利略必須借助于“理想實(shí)驗(yàn)”的邏輯推論，才能夠得出定律的絕對(duì)表述．第三，理想化方法具有相對(duì)性．即理想模型、理想過(guò)程和理想實(shí)驗(yàn)必須實(shí)踐于特定環(huán)境的具體物質(zhì)運(yùn)動(dòng)．不同的運(yùn)動(dòng)環(huán)境，對(duì)研究對(duì)象的要求不盡相同，也就是異化了理想化方法的絕對(duì)條件，放寬了思維加工的嚴(yán)密性．而且，理想化方法不可能完全地進(jìn)行到底．比如，無(wú)論是萬(wàn)有引力定律還是庫(kù)侖定律，當(dāng)其適用對(duì)象的“質(zhì)點(diǎn)”或“點(diǎn)電荷”之間的距離趨于零時(shí)，兩個(gè)定律就都不能成立了．

(2)理想化方法建立物理概念的教學(xué)模式結(jié)構(gòu)

物理教學(xué)中理想模型方法的應(yīng)用主要有3種形式：理想模型、理想過(guò)程和理想實(shí)驗(yàn)．“理想模型”是為了便于研究而建立的一種高度抽象的理想客體．實(shí)際的物體都是具有多種屬性的，當(dāng)我們針對(duì)某種目的，從某種角度對(duì)某一物體進(jìn)行研究時(shí)，有許多對(duì)研究問(wèn)題沒(méi)有直接關(guān)系的屬性和作用卻可以忽略不計(jì)．“理想過(guò)程”就是傳質(zhì)阻力又可不計(jì)的物理狀態(tài)演化過(guò)程．比如，簡(jiǎn)諧波的傳播過(guò)程和準(zhǔn)靜態(tài)的等值過(guò)程等． “理想實(shí)驗(yàn)”又叫做“假想實(shí)驗(yàn)”、“抽象的實(shí)驗(yàn)”或“思想上的實(shí)驗(yàn)”，它是人們?cè)谒枷胫兴茉斓睦硐脒^(guò)程，是一種邏輯推理的思維過(guò)程和理論研究的重要方法．

3.2實(shí)驗(yàn)歸納概括抽象——實(shí)驗(yàn)舉例方法

(1)實(shí)驗(yàn)舉例方法的思維特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)舉例方法的思維特點(diǎn)是先運(yùn)用枚舉方法，對(duì)多個(gè)感性材料進(jìn)行分析、概括和抽象，得到其本質(zhì)屬性，然后給出文字表達(dá)及其(物理量)定義式．再分析和說(shuō)明其物理意義(質(zhì)和量)和適用范圍；并與有關(guān)概念對(duì)比分析；最后明確它們之間的區(qū)別和聯(lián)系．其思維流程可以簡(jiǎn)化為：提供感性材料→歸納事例特征→概括共同特征→抽象本質(zhì)屬性→表征定性定義(文字表達(dá))→演繹定義式(物理量)→討論物理意義(質(zhì)和量，單位，測(cè)量方法)→ 確定適用范圍→對(duì)比應(yīng)用(有關(guān)概念的區(qū)別和聯(lián)系)→解決物理實(shí)踐問(wèn)題等．

(2)實(shí)驗(yàn)舉例方法建立物理概念的教學(xué)模式結(jié)構(gòu)

關(guān)于“機(jī)械振動(dòng)”概念的建立．

第一步是提供感性材料——舉事例．

事例1：豎直的擺動(dòng)，用單擺裝置演示，突出擺動(dòng)特征；(注意：不是研究單擺模型)．

事例2：水平的擺動(dòng)，用橡皮筋穿過(guò)一個(gè)乒乓球演示，突出擺動(dòng)特征；

事例3：點(diǎn)的擺動(dòng)，用手壓住塑料米尺的一段．撥動(dòng)另一端，叫學(xué)生們一起做．突出擺動(dòng)特征；

第二步是找特征——找共性．即，在以上3個(gè)事例中尋找.

事例1：豎直的擺動(dòng)，單擺球在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

事例2：水平的擺動(dòng)，乒乓球在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

事例3：塑料米尺的一端在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

找到的共性1是“往復(fù)運(yùn)動(dòng)”；則3個(gè)事例演變?yōu)椋?/p>

事例1：豎直的擺動(dòng)，單擺球在豎直位置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

事例2：水平的擺動(dòng)，乒乓球在水平位置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

事例3：塑料米尺的一端在鋼錠位置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

找到的共性2是“平衡位置”；則3個(gè)事例進(jìn)一步演變?yōu)椋?/p>

事例1：豎直的擺動(dòng)，單擺球在豎直位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

事例2：水平的擺動(dòng)，乒乓球在水平位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

事例3：塑料米尺的一端在鋼錠位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

找到的共性3是“平衡位置附近”.

第三步是歸納、概括——共性——共同特征．歸納3個(gè)事例共性；忽略原型的次要因素，集中突出原型主導(dǎo)因素，摒棄次要矛盾，突出主要矛盾．概括出一般性共性——共同特征．3個(gè)事例的運(yùn)動(dòng)物體(單擺球、乒乓球、塑料米尺的一端)都是在某一平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)．

第四步是抽象本質(zhì)特征.某一物體(單擺球、乒乓球、塑料米尺的一端)都是在某一平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)．

第五步是下定義——文字表達(dá)．定義：我們把某一物體在某一平衡位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)叫做機(jī)械振動(dòng)．

3.3演繹教學(xué)模式建立物理概念

(1)演繹方法的思維特點(diǎn)

演繹，是以一般概念、原則為前提推導(dǎo)出個(gè)別結(jié)論的思維方法，即依據(jù)某類事物都具有的一般屬性、關(guān)系來(lái)推斷該類事物中個(gè)別事物所具有的屬性、關(guān)系的推理方法．

(2)演繹方法建立物理概念的教學(xué)模式結(jié)構(gòu)

物理學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)數(shù)學(xué)，數(shù)學(xué)是研究和解決物理問(wèn)題的工具．依據(jù)新知識(shí)→舊知識(shí)→邏輯關(guān)系，采用數(shù)學(xué)的方法從舊知識(shí)中得到新知識(shí)．比如，關(guān)于“沖量”的概念的建立．由牛頓第二定律出發(fā)

通過(guò)數(shù)學(xué)演繹

FΔt=mv2-mv1=p2-p1

即只在數(shù)學(xué)方法上進(jìn)行了恒等變換，但是其物理上實(shí)質(zhì)就發(fā)生變化：牛頓第二定律的狀態(tài)“時(shí)刻”“瞬時(shí)力”演繹出了過(guò)程“時(shí)間間隔”的“沖力”，進(jìn)而引入了過(guò)程量新概念“沖量”，通過(guò)對(duì)動(dòng)量變化量的討論，在明確“沖量”的物理意義的基礎(chǔ)上，逐步領(lǐng)會(huì)物理過(guò)程量的物理本質(zhì)．

3.4實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)模式

(1)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)模式的思維特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)模式就是課程標(biāo)準(zhǔn)提出的科學(xué)探究模式——按照7個(gè)要素進(jìn)行．通常是在教師的指導(dǎo)和幫助下，讓學(xué)生實(shí)際動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行科學(xué)探究時(shí)的相似過(guò)程，這種教學(xué)模式重在探索的過(guò)程，重在體驗(yàn)科學(xué)探究的樂(lè)趣．

(2)實(shí)驗(yàn)探究建立物理概念的教學(xué)模式結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)模式的基本實(shí)施途徑即是應(yīng)用變量控制方法，其具體結(jié)構(gòu)就是科學(xué)探究(關(guān)于該教學(xué)模式的研究成果已經(jīng)很多，本文不再贅述)．

3.5類比教學(xué)模式

(1)類比的思維特點(diǎn)

類比方法就是運(yùn)用比較的途徑和邏輯推理的方法探究?jī)蓚€(gè)或兩類事物某些方面相同或相似特性的相同點(diǎn)．類比方法的目的是要尋找未知的某些必然的聯(lián)系．從操作層面上，類比是一種主觀的不充分的似真推理．雖然類比方法的邏輯論證過(guò)程只能夠限于合情推理本身(而且合理推理只是得出合情的聯(lián)系)，但是，它卻給予人們獲得新思路新發(fā)現(xiàn)的一種觀點(diǎn)、手段和方法，所以，它對(duì)于科學(xué)研究和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)都是很重要的．

(2)類比方法建立物理概念的教學(xué)模式結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)類比結(jié)構(gòu)可以歸納為兩類．其一，特殊→特殊；比如，機(jī)械波具有干涉和衍射的特性，光也有干涉和衍射的特性，所以光具有波動(dòng)性，等等．其二，一般→一般；比如，電生磁、磁生電；電壓和水壓進(jìn)行類比，靜電場(chǎng)與重力場(chǎng)保守特性的類比，等等．實(shí)際上，在物理概念教學(xué)中的類比，不僅具有豐富多彩的形式和結(jié)構(gòu)，而且具有多重的教學(xué)功能．比如，遷移思維類比：勢(shì)阱和勢(shì)壘類比原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)，可以清晰和量化地表征原子的能量狀態(tài)；經(jīng)典概念的對(duì)照類比：機(jī)械振動(dòng)類比電磁振蕩，可以有效地降低學(xué)習(xí)難度；物理假說(shuō)類比：電磁波類比引力波，可以激發(fā)學(xué)生探尋物理世界的遠(yuǎn)景動(dòng)機(jī)；實(shí)證類比：講授盧瑟福的原子散射實(shí)驗(yàn)，以太陽(yáng)系類比原子的核式結(jié)構(gòu)，可以淺顯地呈現(xiàn)原子的結(jié)構(gòu)；對(duì)稱思維類比，光的波粒二象性類比物質(zhì)波，促使學(xué)生自然而然地理解德布羅意波的概念，等等．因此，新課程物理概念教學(xué)運(yùn)用類比方法能啟發(fā)和開(kāi)拓中學(xué)生的思維，提供建立物理概念的線索，有效縮短概括抽象的思維進(jìn)程，加快形成概念的思維成熟速度．

4物理概念的定義方法

定義就是對(duì)于一種事物的本質(zhì)特征或一個(gè)概念的內(nèi)涵和外延所作的確切表述．定義的要求是對(duì)認(rèn)識(shí)主體使用判斷或命題的語(yǔ)言邏輯形式，確定一個(gè)認(rèn)識(shí)對(duì)象或事物在有關(guān)事物的綜合分類系統(tǒng)中的位置和界限．定義的邏輯程序是：基于實(shí)踐和邏輯方法得出基本概念，然后借用形式邏輯來(lái)導(dǎo)出概念．就物理學(xué)的概念來(lái)說(shuō)，物理概念的定義，一般是揭示概念內(nèi)涵．所以，對(duì)于基本物理概念，其定義的邏輯程序首先是基于實(shí)踐(觀察、實(shí)驗(yàn))，然后通過(guò)邏輯方法(概括、抽象等)，人為規(guī)定之；對(duì)于物理導(dǎo)出概念，其定義的邏輯程序首先是借用已知的基本物理概念，采用形式邏輯方法進(jìn)行之．

4.1基本概念物理量的定義方法

如上所述，基本物理概念定性定義的思維操作程序是：舉例→分析→概括→抽象→形式邏輯→下定義．

(1)定性定義

運(yùn)用實(shí)證和邏輯方法人為規(guī)定物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的某一基本的屬性．比如，“長(zhǎng)度”是指丈量空間距離上的基本單元，是人類為了規(guī)范長(zhǎng)度而制定的基本單位．其國(guó)際單位是“米”(符號(hào)“m”)，常用單位有毫米(mm)、厘米(cm)、分米(dm)、千米(km)等等．長(zhǎng)度單位在各個(gè)領(lǐng)域都有重要的作用．又比如，時(shí)間是物理學(xué)中的7個(gè)基本物理量之一，符號(hào)t．在國(guó)際單位制(SI)中，時(shí)間的基本單位是秒，符號(hào)s．等等．

(2)定量定義或操作性定義

4.2基本物理概念的定性定義

基本物理概念的定性定義必須借助于形式邏輯方法．形式邏輯定義法最有代表性的是所謂的“種差+屬”定義方法，即把某一概念包含在它的屬概念中，并揭示它與同一個(gè)屬概念下其他種概念之間的差別．這里先介紹邏輯學(xué)關(guān)于“分類”的幾個(gè)概念．一是關(guān)于“種”和“屬”的規(guī)定(也是定義)：按照分類方法，其大類稱之為“屬”，該“屬”包含的幾個(gè)小類稱之為“種”，上一級(jí)種是下一級(jí)屬．二是關(guān)于“種差”的規(guī)定(也是定義)：在屬概念之下的其他并列(注意，一定是要并列，屬種關(guān)系是不能構(gòu)成并列的)的種概念所反映的對(duì)象的差別，即種差；三是“臨近屬”的規(guī)定，即與這一概念最靠近的“屬概念”.比如，“力”是“各種力”的臨近屬；四是“種”之和應(yīng)當(dāng)是“屬”的全部(外延)．

(1)種差加臨近屬定義法

種差加臨近屬定義又稱真實(shí)定義或?qū)嵸|(zhì)定義．定義項(xiàng)是由被定義概念的鄰近的屬和種差所組成．它的公式是：被定義項(xiàng)=種差+鄰近的屬．運(yùn)用該方法下定義時(shí)，首先應(yīng)找出被定義項(xiàng)鄰近的屬概念，即確定它屬于哪一個(gè)大類，然后，把被定義項(xiàng)所反映的對(duì)象同該屬概念下的其他并列種概念進(jìn)行比較，找出被定義項(xiàng)所反映的對(duì)象不同于其他種概念所反映的對(duì)象的特有屬性，即尋找種差，最后把屬和種差有機(jī)地結(jié)合起來(lái)．比如，“只用數(shù)值就能完全確定的物理量稱為標(biāo)量”．這里的“物理量”是“標(biāo)量”的臨近屬，“只用數(shù)值就能完全確定”是“標(biāo)量”相對(duì)于其他“物理量”的種差．又比如，“反應(yīng)過(guò)程中有電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)稱為氧化還原反應(yīng)”．這里的“反應(yīng)”是“氧化還原反應(yīng)”的臨近屬，“反應(yīng)過(guò)程中有電子轉(zhuǎn)移”是“氧化還原反應(yīng)”相對(duì)于其他“反應(yīng)”的種差．找到了臨近屬和確定了種差，定義也就容易得出了．種差加臨近屬定義法應(yīng)當(dāng)滿足以下4條規(guī)則：其一，屬概念和種概念的外延要相應(yīng)相稱．即“外延不能過(guò)窄或過(guò)寬；其二，并列的概念一般不應(yīng)是否定判斷．比如，“摩擦力不是重力”，這樣表述毫無(wú)意義；其三，構(gòu)成屬種關(guān)系的概念不能倒置(有時(shí)可以順置，比如，可以說(shuō)“摩擦力是力”，但是不能說(shuō)“力是摩擦力”)；其四，“種差”應(yīng)盡可能詳細(xì)確切．

(2)詞語(yǔ)定義法

其一，內(nèi)涵定義法：即運(yùn)用學(xué)科詞語(yǔ)列出被定義概念的本質(zhì)屬性．比如，“機(jī)械運(yùn)動(dòng)：一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)物體位置的變化”．這里運(yùn)用物理學(xué)的學(xué)科術(shù)語(yǔ)明確列出了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)基本屬性：位置的變動(dòng)；有相對(duì)性．其二，外延定義法: 列舉概念所指事物的范圍——優(yōu)缺點(diǎn)．比如，“機(jī)械能的定義：物體系的動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能，統(tǒng)稱為機(jī)械能 ”優(yōu)點(diǎn)：直觀、具體；缺點(diǎn)：難以列舉外延全部；內(nèi)涵仍然不明確；其三，最佳定義法：內(nèi)涵為主，外延為輔．比如，“機(jī)械能的另一種定義：機(jī)械能是物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的能量，它包括動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能．

4.3導(dǎo)出物理概念的定義方法

按照進(jìn)一步量度物質(zhì)的屬性或描述物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)定義由基本物理量組合而成的，叫做導(dǎo)出物理量．在選定了基本單位和輔助單位之后，按物理量之間的關(guān)系，導(dǎo)出單位是用基本單位或輔助單位以代數(shù)式的乘、除數(shù)學(xué)等運(yùn)算所表示的單位．

(1)導(dǎo)出物理概念的定性定義

由基本概念物理量按形式邏輯的法則，給出反映物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的某一方面的本質(zhì)特性．比如，“力是物體之間的相互作用”；“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”；又比如，“速度是描述物體運(yùn)動(dòng)快慢的物理量”；“速度是位移對(duì)時(shí)間的變化率”；等等．

(2)導(dǎo)出物理概念的定量定義或操作性定義

定量定義．定量定義式由一定的實(shí)驗(yàn)規(guī)律得出；反映導(dǎo)出概念物理量與已知量之間的邏輯關(guān)系．物理量的定量定義式在選擇原則上是任意的．比如，就電阻來(lái)說(shuō)，可以用基于實(shí)驗(yàn)規(guī)律的比值定義法，即

(3)比值法定義導(dǎo)出物理概念

所謂比值定義法，就是在定義一個(gè)物理量的時(shí)候采取比值的形式定義．大部分導(dǎo)出物理概念的定量定義都由比值法來(lái)完成．比值法適用于物質(zhì)屬性或特征、物體運(yùn)動(dòng)特征的定義．應(yīng)用比值法定義物理量，往往需要一定的條件；一是客觀上需要，二是間接反映特征屬性的的兩個(gè)物理量可測(cè)，三是兩個(gè)物理量的比值必須是一個(gè)定值．

1)比值定義法的思維特點(diǎn)

適用于比值法定義的物理量有兩類．

第二類是對(duì)描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)特征的物理量的定義．該類物理量的定義特征是：其屬性由外部條件決定，需要兩個(gè)增量(相對(duì)量)的比值決定．如速度v的定義，電容C的定義等．這些物理量是通過(guò)另外的實(shí)驗(yàn)引入的．

2)比值定義法的教學(xué)模式結(jié)構(gòu)

被定義量→確定兩個(gè)間接相關(guān)的物理量(屬性完全相同)→文字定義→比值演繹→獲得定義式→討論物理意義→應(yīng)用．比值演繹的含義有兩類，其一是兩個(gè)量的絕對(duì)量的比值，其適用于物質(zhì)或物體屬性特征，比如，電場(chǎng)強(qiáng)度的定義；其二是兩個(gè)量的相對(duì)量(增量或變化量)的比值，描述物體穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)特征，比如，電流強(qiáng)度的定義和導(dǎo)體電容的定義；或描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)特征，比如，速度和加速度的定義，等等．

以電場(chǎng)強(qiáng)度為例，說(shuō)明適用于物質(zhì)或物體屬性特征的比值定義法．第一步是確定被定義量：電場(chǎng)強(qiáng)度．引入目的是為了描寫電場(chǎng)的強(qiáng)弱；第二步是確定兩個(gè)間接相關(guān)物理量：需要選擇檢驗(yàn)電荷——借助于理想模型點(diǎn)電荷q，觀測(cè)正的檢驗(yàn)電荷在場(chǎng)中的不同位置所受電場(chǎng)力F；第三步是運(yùn)用概括抽象等方法，給出文字定義：放入電場(chǎng)某點(diǎn)的正的檢驗(yàn)點(diǎn)電荷所受電場(chǎng)力F與該檢驗(yàn)點(diǎn)電荷所帶電荷量q的比值對(duì)于電場(chǎng)中的同一個(gè)位置是一個(gè)定值，此定值就是該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度．第四步是獲得比值定義式

5結(jié)論

物理概念教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的中心任務(wù)之一．物理概念是建立物理規(guī)律的基礎(chǔ)，物理概念之間的相互聯(lián)系和數(shù)量依存關(guān)系就構(gòu)成了物理規(guī)律．物理教師結(jié)合物理新課程的教學(xué)理念，有意識(shí)運(yùn)用科學(xué)方法指導(dǎo)物理概念教與學(xué)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，具有重要的促進(jìn)意義．在大量物理事實(shí)及復(fù)雜物理現(xiàn)象中，運(yùn)用各種邏輯規(guī)律和思維方法，把物理事實(shí)的本質(zhì)特征綜合起來(lái)加以概括，在人腦中形成的具有相對(duì)穩(wěn)定性的反映，并用“詞”這個(gè)語(yǔ)言單位來(lái)標(biāo)志，如此說(shuō)來(lái)物理概念教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的基礎(chǔ)性工程．

參 考 文 獻(xiàn)

1張光濤.物理學(xué)方法論.濟(jì)南：山東科技出版社，1990

2張憲魁.物理科學(xué)方法教育.青島：中國(guó)海洋出版社，2000

3張憲魁,李曉林，陰瑞華.物理方法論.青島：中國(guó)海洋出版社，2007

4中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn).北京：北京師范大學(xué)出版社，2011

5中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn).北京：人民教育出版社，2003

6張?jiān)?，徐在?高中物理.上海：華東師范大學(xué)出版社，2008

7趙凱華.新概念物理學(xué)·力學(xué).北京：高等教育出版社(第二版)，2005

8劉風(fēng)領(lǐng).中學(xué)生理解力學(xué)基本概念的困難分析及教學(xué)策略研究:[碩士論文].銀川：寧夏大學(xué)，2010

9馮杰，陸偉,等.物理概念的內(nèi)涵與外延的反變關(guān)系及其教學(xué)啟示芻議.物理教師，2014(5)(人大復(fù)印資料全文轉(zhuǎn)載)

8馮杰.大學(xué)物理專題研究.北京：北京大學(xué)出版社，2011

馮 杰葉 翔張 悅姚黃濤**本文曾獲第七屆(2015年)“物理科學(xué)方法教育”學(xué)術(shù)研討會(huì)論文一等獎(jiǎng).作者簡(jiǎn)介：馮杰(1961-)，男，博士，教授，物理課程論學(xué)科帶頭人，導(dǎo)師組組長(zhǎng)，從事物理學(xué)(師范)教育教學(xué)實(shí)踐及研究.

(收稿日期：2015-06-28)