物理观念的构成与培养策略,本文是观念类硕士毕业论文范文跟物理观念和策略和构成方面毕业论文题目范文.
观念论文参考文献：
王高
(江苏第二师范学院,210013)
摘 要：物理观念是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华.物理观念是物理核心素养的重要组成部分.物理观念培养是物理教育的重要目标之一.物理观念的构成包括自然观、物质观、时空观、运动观、相互作用观、能量观和物理价值观等.物理观念的培养策略有：融人物理学史,感知物理观念作用；加强知识学习,促进物理观念形成；亲历探究体验,实现物理观念内化；强化问题解决,完成物理观念提升.
关键词：核心素养物理观念构成培养策略
观念是客观事物在人脑中留下的概括性的认识,同时它又反过来影响和支配着人们的行动.物理观念是从物理学视角形成的关于物质、运动与作用、能量等的基本认识,是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华,具有涉猎范围广、概括程度高的特征,具体表现为运用物理思想、观点和方法看待、认识事物,处理、解决问题的意识或习惯.学生通过物理学习所形成的物理观念是在他们将具体的物理知识都忘掉时头脑中“剩下的东西”.
物理观念是物理核心素养的重要组成部分,决定着学生对物理知识理解的深入度和应用的灵活性,对学生的终身学习和发展具有重要作用.物理观念培养是物理教育的重要目标之一,即将发布的普通高中物理课程标准修订稿指出：通过高中阶段的学习,学生应形成经典物理的物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念等,并能用其解释自然现象和解决实际问题；初步形成现代物理的物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念等,并能用其描述自然界的图景.
一、物理观念的构成
物理观念主要由以下几个方面构成：一是基于物理学科知识的基本观念,如自然观、物质观、时空观；二是基于物理探究过程、学习方法的基本观念,如运动观、相互作用观、能量观；三是基于物理在社会生活中价值的基本观念,即物理价值观.
(一)自然观
自然观指的是人类对大自然最基本的看法,即最基本的科学世界观.比如：宇宙是由物质和时空构成的一个系统；整个自然界中的物体都处在永恒的产生和消亡之中,并且永不停息地运动和变化.
(二)物质观
宇宙是物质的、有秩序的,能够凭借实证的观测而被感知,能够凭借理性的推理而被理解.物质由原子组成,原子有内部结构.自然界的物质可以分为两类：实物粒子、场.场是物质存在的一种形式,场充满宇宙且具有能量,同时具有和普通物体一样的属性.微观世界与宏观世界遵循着不同的规律.“反物质”是物质的一种形态,真空是物质的一种特殊形态,物质的总量不会发生变化.
(三)时空观
物质的运动是绝对的,但在其中运动的空间和时间却是相对的.时间和空间是物质运动的存在形式.没有离开时空的纯粹物质运动,也没有离开物质运动的绝对时空.
(四)运动观
一切物质都处于相对运动或相对静止之中,没有绝对的静止.运动是不灭的,动量守恒、能量守恒是运动不灭的表达方式.物质运动有机械运动、物理运动、化学运动、生物运动和社会运动,每一种运动又包含许多具体的运动形式,如机械运动包括直线运动、曲线运动、平动、转动等.物质运动的发展变化有它本身的规律性,不同的运动形态有不同的运动规律.物理学的定律、定理、原理、原则、法则、公式等都是物质运动的客观规律.
(五)相互作用观
宇宙中存在四种基本相互作用力：万有引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用.力的作用效果是使物体的运动状态或形状发生变化.牛顿运动定律揭示了力与运动的关系.
(六)能量观
任何物理过程的全部参与者的总能量在变化过程中始终保持不变,而其总熵一定不减少.能量的转化是通过做功来实现的,功是能量转化多少的量度.
（七）物理价值观
物理学习能够改变人们对物质世界的认识,丰富人类的文化.倡导利用物理知识实现自然与社会的和谐、可持续发展是物理的价值追求.物理教学中要注重认识物理研究与技术进步、社会发展的关系,认识到科学具有相对性,是一个永无止境的探究过程,科学进步既体现在“累积式”的量变中,又体现在“革命式”的质变中.
以上物理观念是物理观念体系中最为基础的,是深入认识物质的性质和运动规律以及形成更高层次物理观念（如量子观、统计观、对称观等）的前提.随着知识经验的丰富和认知能力的提高,物理观念也在不断丰富发展,这有利于科学世界观和方法论的培养.
二、物理观念的培养策略
研究表明,观念是在精心组织和真实开展的活动中形成的.通过物理概念和规律等内容的学习,才能逐步形成物理观念.通过物理概念和规律等的逐步学习、系统反思和迁移应用,才能促进学生物理观念的不断发展,并使得学生学会运用这些观念解释自然现象,解决生产生活中的实际问题.
(一)融入物理学史,感知物理观念作用
融人物理学史,能够帮助师生从众多繁杂的概念、规律、定律、公式中跳出来,站在更高的位置上,以知识和技能为基础,研究真实、典型的科学过程,理解物理课程的教育价值.物理教学中,引用物理学史料,能使学生经受物理观念变革的洗礼,深刻领会物理学思想方法的真谛；阐述物理学发展,能使学生深刻理解物理学理论范式的变革与物理观念的转变的一致性,了解物理学中复杂的数学公式和定义等都不过是物理观念的表达形式和演绎工具,而物理观念才是先导的、本质的东西.爱因斯坦指出：在建立一个物理学理论时,基本观念起最主要的作用；物理书上充满了复杂的数学公式,但是所有的物理学理论都起源于思维与观念,而不是公式.
例如,对于自然下落物体的运动,亚里士多德说道：“我们看到同一重量或同一物体运动的快慢有两个原因：(1)运动所通过的介质不同；(2)运动物体自身轻或重不同——如果运动的其他条件相同的话.”并推断：两种轻重不同的物体从同一高度在同一介质中下落,重的物体比轻的物体先落地.亚里士多德的理论是建立在观察的基础上的,既有一定的合理成分,也有很大的荒谬性.但是亚里士多德的理论由于属于当时一个重要且令人满意的包括神学和其他领域在内的哲学体系的一部分,因而牢固地立足于知识界,被人们敬为不可触犯的圣贤之言.正因为如此,批驳亚里士多德关于落体运动的错误理论,不仅是一个具体的运动学问题,也是一个涉及自然哲学的基础问题,是一场从亚里士多德的精神枷锁下解脱的思想革命的重要组成部分.伽利略首先对亚里士多德的论断提出了怀疑,他运用逻辑的力量推出矛盾的结论,进而认为重物与轻物下落得同样快.他大胆地猜想：落体运动一定是一种最简单的变速运动,它的速度是均匀变化的.接着他通过斜面实验进行了验证,并对实验结论进行了合理的外推,得到落体运动是匀加速运动的结论.
教学中,教师可以把学生带回伽利略的时代,体验伽利略的研究过程：提出问题逻辑推理大胆猜想实验验证结论外推.还可以帮助学生树立正确的运动观和物理价值观,把握正确的自由落体运动规律,切身感受伽利略的伟大：把实验和逻辑推理（包括数学演算）和谐地结合起来,是人类思想史上最伟大的成就之一,标志着物理学的真正开端.
(二)加强知识学习,促进物理观念形成
基本物理观念来源于具体的物理知识,但不等同于具体的物理知识,它不是具体知识的简单积累,而是对具体知识的概括提升,具有超越事实的持久价值和迁移价值.物理学中的核心概念及其所涵盖的具体知识充实、发展着物理观念的内涵,它们是形成物理观念的基础和源泉.物理观念对物理知识具有自上而下的引领作用,它赋予具体知识一定的能动性和灵活性；若缺乏物理基本观念的引领,物理知识就难以发生有效的迁移和应用.可见,二者之间是相互依存、相互促进的.因此,加强物理知识的学习,能够促进物理观念的形成.
例如,万有引力概念建立的过程,并不是像人们传说的“苹果的故事”那么简单,除了牛顿的敏锐的观察力——“当每个人都认为月亮不往下掉的时候,只有牛顿这样的人才看到月亮正在往下掉”（法国诗人和哲学家瓦莱里语）——还有他严谨细致的分析推理和物理学家的智慧.
从苹果与月亮的运动说起.一个被自由释放的苹果,被来自地球的力拉向地球加速下落.苹果的速度和加速度的方向与拉力的方向都竖直向下,（近似）指向地心.月亮的运动则完全不同,它的速度方向环绕地球（沿着切线）而不是指向地心.按照惯性观点,力产生加速度而不是速度.所以,尽管它们的速度完全不同,但是作用于它们的力仍然可能相似.两个受力有什么相似之处呢？如果月亮在图1中的点A处,而且没有力作用于它,那么它会由于惯性保持直线从A运动到B.但是,月亮实际上沿圆周运动到了点C处,可见它同时做了两种运动：惯性使它保持直线运动,由A到B；被地球向里拉则使它又在另一个方向上运动,由B“掉到”C.这里,把月亮向里拉从而使它到达点C而不是点B处所需的力也指向地心,就像作用于苹果的力一样.牛顿假设这个拉力与把苹果向下拉的力的来源相同,都是地球的引力.
既然两种运动有共同的原因,那么在一定条件下,它们就应该可以相互转化.地面上苹果的运动在一定条件下可以转化为天上月亮的运动吗？如果我们水平抛出一个苹果,它将沿一弯曲的路径落向地面.把苹果抛出得越快,它落地之前会走得越远.如果将这个苹果以很大的速率抛出,它的路径的曲率恰好与地球的曲率一样,它就会一直沿着圆周运动,与月亮的运动一样.于是,牛顿猜想天上物体和地上物体都受到地球的引力,并推广到任意两个物体之间都有引力,即万有引力.总之,牛顿坚信伽利略和笛卡儿的惯性运动观点,并应用相互作用的观点建立了万有引力的概念.
(三)亲历探究体验,实现物理观念内化
物理观念的形成既是认知性的,更是体验性的.物理观念不可能通过记忆物理知识自发形成,而需要学生在积极主动的探究活动中深刻理解和掌握有关的物理知识,并且在对知识的理解、应用中不断概括、提炼而形成.这需要教师抓住一些能有效形成物理观念的核心概念以及能形成这些核心概念的典型物理模型,充分调动学生的思维,使学生在积极主动的探究过程中深刻理解相关的知识,并且通过在具体情境中的迁移应用,不断提高头脑中知识的整体性和概括性水平,实现物理观念的内化.
例如,验证机械能守恒定律的实验如图2所示：借助打点计时器记录物体做自由落体运动的情况,选择下落过程中的若干位置（时
还是小？为什么？对于(1),可以引导学生发现实验验证可以选取从O开始至某一时刻的过程,当然也可以选择运动过程中任意两个时刻之间的过程,并让学生实际体验.对于(2),可以引导学生发现重物和纸带在下落的过程中要克服阻力做功,因此实验误差主要来自纸带与打点计时器之间的阻力,即减少的重力势能中有一部分用来克服阻力做功,所以比,ngh小；还可以引导学生发现交流电的频率不一定是50 Hz,对实验结果也会有影响,若交流电的频率小于50 Hz,则使动能小于势能的误差进一步扩大,若交流电的频率大于50 Hz,则可能出现动能大于势能的结果.通过这样的探究,帮助学生认识到动能和势能的转化以及机械能的守恒,从而树立正确的能量观.
(四)强化问题解决,完成物理观念提升
物理观念是学生在反思感悟和实践应用中将蕴含于具体知识中的物理思想、观点和方法等抽象概括出来的观念性认识,是物理学科的研究对象、过程和结果在学习者头脑中整体的、概括的反映.所以,强化物理知识、思维方法的应用,在问题解决中完成物理观念的提升,是极其重要的培养策略.
例如,我们可以利用生活中的“蹦极”运动作为情境,呈现如下问题,引导学生运用运动与相互作用观念和能量观念分析物理过程,建构物理模型,并通过科学推理解决问题.
研究“蹦极”运动时,需要在运动员身上装好传感器,用此测量他在不同时刻下落的高度及速度.如图3所示,运动员及所携带的全部设备的总质量为60 kg,弹性绳原长为10 m.运动员从蹦极台自由下落,根据传感器测到的数据,得到如图4所示的“速度一位移”图像.不计空气阻力,重力加速度g取10m/S2.
(l)运动员下落过程中在什么位置动能最大？该位置受力有什么特点？
(2)运动员下落速度最大时和落到最低点时,绳的弹性势能分别为多大？
本题中,当蹦极者从平台下落时,由于不计空气阻力,可视为自由落体运动.当弹性绳刚好伸直时,绳将要对运动员施加拉力作用,绳的拉力随绳伸长长度的增加而增大.开始,拉力小于重力,运动员继续做加速运动,直到平衡点,速度最大；后来,拉力大于重力,运动员开始做减速运动,直到最低点,速度为零.整个下落过程中机械能守恒.因此,当运动员速度最大时,动能最大,绳的弹性势能最小,此时拉力等于重力,运动员所受的合外力为零；当运动员位于最低点时,速度为零,此时动能为零,绳的弹性势能最大.
(1)由“速度一位移”图像可知,当s等于15 m时速度最大,即动能最大.由动力学知识可知,此时运动员所受拉力等于重力,运动员所受合外力为零.
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