探究物理概念的基本特征
作者:轉(zhuǎn)載 發(fā)布時(shí)間:2015-4-28 點(diǎn)擊數(shù):385
摘要：從探究物理概念的基本特征入手，旨在從整體上把握物理概念，建立一幅清晰的物理概念圖景.關(guān)鍵詞：物理概念物理量屬性特征
概念是對(duì)客觀事物本質(zhì)的抽象，它是思維活動(dòng)的一種形式.物理概念是哲學(xué)意義上的一種，物理學(xué)是一個(gè)概念群，或者稱為概念系統(tǒng)，所以物理概念既具有客觀性，又具有主觀性.客觀性是事物本質(zhì)的一種反映，主觀性是一種思維形式.因此，物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映，是物理事物的抽象.物理概念是物理理論和知識(shí)的重要組成部分；同時(shí)也是構(gòu)成物理規(guī)律和公式的基礎(chǔ).它是學(xué)生學(xué)好物理的基礎(chǔ).對(duì)于物理概念，國內(nèi)研究者研究的重點(diǎn)主要集中在“物理概念教學(xué)環(huán)節(jié)”上，比如概念的引入、概念的形成、概念的理解和概念的運(yùn)用，而忽視了對(duì)物理概念自身結(jié)構(gòu)、特征等方面的分析研究.
1概念、概念的形成及定義
1.1什么是概念邏輯學(xué)認(rèn)為概念是思維形式的一種，是人們進(jìn)行正確思維必不可少的基本要素；概念的性質(zhì)，即它是理性認(rèn)識(shí)，反映了客觀事物的本質(zhì)屬性，構(gòu)成這一事物的根本特征，這一事物之所以區(qū)別于它種事物的根本標(biāo)志.
1.2概念的形成人生活在社會(huì)里就要參與社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，接觸到各種事物，它們必然在人的頭腦中引起反映，并且在我們離開那些具體事物之后，通過回憶和想象，這些反映仍能在我們頭腦中浮現(xiàn)出來，這是感性認(rèn)識(shí)階段.感性認(rèn)識(shí)是認(rèn)識(shí)的初級(jí)階段，人們這時(shí)看到的大多數(shù)是事物的某些片面、表面現(xiàn)象和事物間的外部聯(lián)系.感性認(rèn)識(shí)一般不能全面認(rèn)識(shí)事物，不能深刻地反映事物的本質(zhì).在感性認(rèn)識(shí)到的基礎(chǔ)上，運(yùn)用邏輯思維的方法，即比較、分析與綜合、抽象與概括的方法，把事物本質(zhì)的、主流的、共同的東西概括起來就形成概念.這里比較的方法可以區(qū)分這一事物和另一事物的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)；分析是在頭腦中把對(duì)象的各個(gè)部分（或?qū)傩裕┓謩e地加以觀察研究，而綜合則是在分析的基礎(chǔ)上，把對(duì)象各個(gè)部分的狀況聯(lián)系起來，加以統(tǒng)一，從而得到關(guān)于整體事物的知識(shí)；抽象是從事物許多屬性中抽出本質(zhì)屬性，而概括則是把個(gè)別事物的本質(zhì)屬性推及為同類一般事物的共同本質(zhì)屬性.形成概念，我們也就從根本上認(rèn)識(shí)了事物，認(rèn)識(shí)過程從感性認(rèn)識(shí)階段躍進(jìn)到理性認(rèn)識(shí)階段.這時(shí)認(rèn)識(shí)的已不是事物的各個(gè)片面的外部聯(lián)系，而是事物的本質(zhì)的、全體的、內(nèi)部的聯(lián)系了.可見，概念是在實(shí)踐中形成的，是客觀事物的本質(zhì)在人們思想中的反映，是一種理性認(rèn)識(shí).
1.3認(rèn)識(shí)和運(yùn)用概念的定義概念所反映的事物的本質(zhì)屬性，可以通過給概念下定義的方法來表明，并且用文字或語言把它標(biāo)志出來，借以交流和傳播.這時(shí)概念就成為一種知識(shí).中學(xué)物理中的有關(guān)概念，就是前人通過實(shí)踐、經(jīng)過思維加工而總結(jié)出來的知識(shí).當(dāng)然，在概念教學(xué)過程中，如果可能，引導(dǎo)學(xué)生適當(dāng)重復(fù)前人的認(rèn)識(shí)過程，將十分有助于學(xué)生對(duì)概念知識(shí)的理解和掌握.概念的定義都是盡可能簡短，簡短到不會(huì)妨礙定義應(yīng)有的完整.定義都是準(zhǔn)確清楚的，定義把對(duì)象的最主要之點(diǎn)加以概括，使我們?cè)谝粌删浜喍痰脑捓?，掌握該?duì)象具有一定限度的基本知識(shí)，從而較容易地認(rèn)識(shí)其根本特征，區(qū)分對(duì)象與對(duì)象之間的不同.但是，定義僅局限于反映最主要的東西，它遠(yuǎn)不能把對(duì)象的全部知識(shí)包括無遺.事實(shí)上，每一對(duì)象有許多特征，要想在定義里指出對(duì)象所有的特征是不可能的，定義只能包含一些劃清這一概念與其他概念的界限的重要特征.因此，在我們掌握和運(yùn)用概念的過程中，定義固然有重要的作用，但把它的作用過分夸大，則是不恰當(dāng)?shù)?
2物理概念與物理量
2.1物理概念一般的概念所反映的對(duì)象可以是社會(huì)的、生產(chǎn)的、政治的客體和現(xiàn)象，也可以是有生命的、無生命的客體和現(xiàn)象；其中反映自然界客體和物理現(xiàn)象本質(zhì)狀況的概念，叫做物理概念.物理概念也是在實(shí)踐中形成的，不過，這種實(shí)踐還包括在實(shí)驗(yàn)室里，在特定條件下使一些物理現(xiàn)象重現(xiàn)，也就是說還有物理實(shí)驗(yàn)這種實(shí)踐；而且對(duì)物理概念形成來說，這是主要的實(shí)踐，我們從“物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)”這句話里就可以體會(huì)到這一點(diǎn).例如，我們?cè)趯?shí)踐中觀察到：人在地上走，汽車在馬路上行駛，船在水中前進(jìn)，飛機(jī)在空中航行，工廠中的各種機(jī)床在動(dòng)作；在實(shí)驗(yàn)室里，木塊沿斜面滑下，動(dòng)滑輪在空中上下移動(dòng)等等.我們把這些現(xiàn)象加以比較，經(jīng)過分析與綜合之后，看到它們雖然形式多樣卻有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)我們認(rèn)為是不動(dòng)的物體的位置發(fā)生了變化.我們拋開這些物體動(dòng)作的具體形象，而把上述的共同特征抽象出來予以概括，就形成了機(jī)械運(yùn)動(dòng)這個(gè)概念.并用“一個(gè)物體相對(duì)于其他物體的位置的變化叫做機(jī)械運(yùn)動(dòng)”這個(gè)定義，把它固定下來.定義一個(gè)物理概念要符合兩個(gè)要求：一是定義本身需符合事物的客觀實(shí)際；二是定義的結(jié)果從質(zhì)的方面反映出事物的物理性質(zhì)或特征.為什么要有這兩要求呢？因?yàn)椋?1)引用物理概念的目的是用它來定性地表征客觀事物的物理性質(zhì)或特征，所以定義的結(jié)果必須跟引用的一致；(2)辯證唯物主義認(rèn)為，概念是客觀事物的本質(zhì)屬性在人腦中的反映，是在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上經(jīng)過思維加工，而形成的理性認(rèn)識(shí).因此，物理概念的定義不能憑主觀臆斷，自然應(yīng)從實(shí)踐出發(fā).實(shí)際上，物理概念定義的這兩個(gè)要求是可以同時(shí)滿足的.邏輯學(xué)為概念下定義規(guī)定了一些方法規(guī)則，而在物理學(xué)中給物理概念下定義時(shí)，雖然也要考慮這些方法和規(guī)則，卻不應(yīng)該機(jī)械地運(yùn)用這些規(guī)則，因?yàn)槲锢韺W(xué)跟屬于抽象科學(xué)的邏輯學(xué)不同，它是具體實(shí)質(zhì)性的科學(xué).給物理概念下定義，主要考慮通過定義將概念所反映的客觀事物的物理性質(zhì)或特征揭示出來，區(qū)別于其他概念，以便于新概念參與有關(guān)的討論和計(jì)算.在物理學(xué)中每個(gè)物理名詞都代表一個(gè)物理概念.我們比較、分析一下物理學(xué)中的物理概念可以看出，有些物理概念的含義比較簡單，像“物體”、“運(yùn)動(dòng)”、“路程”等.對(duì)于這樣的概念學(xué)生是容易掌握的.還有些物理概念，雖然它的含義不那么簡單，但它在物理學(xué)中的地位不怎么重要，如“穩(wěn)度”、“電池容量”等.還有一些物理概念，它們是構(gòu)成物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)所必需的，應(yīng)用得很廣泛，通常稱它們?yōu)榛靖拍睿纭傲Α?、“加速度”、“沖量”、“動(dòng)量”等.教學(xué)中應(yīng)將重點(diǎn)放在弄懂基本概念上.其中包括：(1)物理概念的內(nèi)容：概念所反映客觀事物(物體、物質(zhì)、物理現(xiàn)象、物理過程、物理事實(shí))的性質(zhì)和特征；.概念所表示的物理意義；概念的內(nèi)涵和外延（物理概念的內(nèi)涵就是概念所反映的物理現(xiàn)象、物理過程特有的本質(zhì)屬性，使該事物區(qū)別于他事物的本質(zhì)特征，是概念所反映的物理意義.物理概念的外延是指具有概念所反映的本質(zhì)屬性的對(duì)象，即通常所說的適用條件和范圍）；(2)物理概念的結(jié)構(gòu)：概念的結(jié)構(gòu)指構(gòu)成它的要素，例如“速度”的結(jié)構(gòu)是位移與時(shí)間，“沖量”的結(jié)構(gòu)是力與時(shí)間等等.對(duì)于概念教學(xué)，要把概念與構(gòu)成它的要素區(qū)分清楚.
2.2物理量
(1)物理量的含義物理概念不僅是定性地反映客觀事物的本質(zhì)屬性，而且有一些還定量地反映了客觀事物的本質(zhì)屬性.對(duì)于后一種物理概念，我們也叫做物理量.如“加速度”、“力矩”、“電容”、“電勢(shì)”等，即可以說它是物理概念，又可以說它們是物理量，而像機(jī)械運(yùn)動(dòng)、簡諧振動(dòng)、電磁波等，就只能說它們是物理概念，不能說它們是物理量.所以物理量隸屬于物理概念，而且大多數(shù)是基本概念；物理概念則不一定是物理量.物理量在物理學(xué)中占重要地位，物理公式也就是由代表各個(gè)物理量的文字符號(hào)組成.
(2)物理量的引入物理量是能夠定量地反映客觀事物（物體、物質(zhì)、物理過程、物理事實(shí)、物理現(xiàn)象）的物理性質(zhì)或特征的物理概念.物理量是物理概念，因此它自然是在實(shí)踐（包括物理實(shí)驗(yàn)）中形成的.例如，在自然界和生產(chǎn)生活實(shí)際中，普遍存在著物體速度不斷增加或減小的運(yùn)動(dòng).我們考察各種物體的變速運(yùn)動(dòng)可以看到，在不同的變速運(yùn)動(dòng)里，速度改變的情況不一樣，有的速度改變得快，有的改變得慢些.進(jìn)一步觀察、分析和研究可以看出，速度變化的快慢跟速度變化量有關(guān)，也跟發(fā)生速度變化的時(shí)間有關(guān)，但并不單獨(dú)取決于它們中的任何一個(gè)，而是取決于速度變化量跟發(fā)生這種變化所用的時(shí)間的比.這個(gè)比值大，速度變化得快；比值小，速度變化得慢.并用“速度的變化量跟發(fā)生這種變化所用的時(shí)間的比叫做加速度”來定義.通常引用新物理量并不需要這樣詳加說明，可以簡略地說，物理量是為了滿足定量地表征客觀事物（物理過程、事實(shí)或現(xiàn)象）的物理性質(zhì)或特征的需要而引入的.為了定量地表征物體運(yùn)動(dòng)的快慢程度這一物理特征，引入了速度這個(gè)物理量.而當(dāng)我們考察研究物體的加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度變化快慢有所不同這一物理特征是速度這個(gè)物理量所不能表征的，于是我們又引入了一個(gè)新的物理量，就是加速度.
(3)物理量的定義引入新的物理量，建立新的概念，自然要給它下定義，由此把該物理量所表征的客觀事物的本質(zhì)特征揭示出來.定義一個(gè)物理量要符合下述兩個(gè)要求：1)定義的結(jié)果應(yīng)該跟引用該量的目的一致；2)定義本身符合事物的客觀實(shí)際，即定義所得到量值受客觀事物的屬性制約，事物給定，其量值不變，事物不同，其量值不同.實(shí)際上，物理量定義的這兩個(gè)要求是能夠同時(shí)滿足的，讓我們舉例來說明這一點(diǎn)：物體在力的作用下沿著力的方向移動(dòng)一段距離這一物理過程的特征，雖然這一物理過程的特征與這兩個(gè)物理量有關(guān)，但是力和位移這兩個(gè)物理量都不能單獨(dú)予以表征.為此需要引用一個(gè)新的物理量，就是功.對(duì)不同的這種物理過程，功也將不同.所謂不同的物理過程，即兩個(gè)過程的位移相同而力不相同，或者力相同而位移不同，那么這兩個(gè)過程就是特征不同的物理過程，這是易于理解的.如果兩個(gè)過程中的力和位移都互不相同，那么這兩個(gè)過程不一定就是特征不同的物理過程，要看具體情況來定.假若兩過程中力和位移的乘積相等，兩過程的特征是相同的；若力和位移的乘積互不相等，兩過程就是特征不同的物理過程.因此，我們將功定義為：功等于力跟物體在力的方向上位移的乘積.做功的過程是能量變化的過程，過程特征是否相同主要看能量變化是否相同.能量變化相同，則過程的特征相同，也必然是力和位移的乘積相同.因此，對(duì)做功這一物理過程的理解，不要受感性認(rèn)識(shí)的束縛，誤認(rèn)為只要力或位移不同就一定是特征不同的物理過程.
(4)物理量的定義式與決定式在大多數(shù)情況下，物理量的定義還用數(shù)學(xué)形式表達(dá)出來，這就是物理量的定義式.例如電容的定義式為C=Q/U.定義式原則性地表達(dá)了如何去量度一個(gè)物理量.例如根據(jù)R=U/I式，我們量度一個(gè)導(dǎo)體的電阻，可以用電壓表和電流表分別測(cè)出導(dǎo)體兩端的電壓V和其中的電流I，從而量度出導(dǎo)體的電阻R.當(dāng)然，我們也可以用惠斯通電橋，還可以用歐姆表來直接測(cè)出導(dǎo)體的電阻.量度儀器多種多樣，構(gòu)造原理也各不相同，但是它們?cè)诹慷饶骋晃锢砹繒r(shí)，都是不違背其定義式的.物理量的定義揭示了這個(gè)物理量所反映客觀事物的根本特征，定義式創(chuàng)造了該物理量參與有關(guān)實(shí)際計(jì)算的條件.但物理量的定義或定義式并不能使我們認(rèn)識(shí)到?jīng)Q定該物理量量值大小的條件是什么，而這又是很重要的.根據(jù)物理量的定義式，結(jié)合其他理論，利用數(shù)學(xué)可以推求出物理量大小的條件公式，這樣的公式反映了各物理量間實(shí)際存在著的變化依賴關(guān)系.例如，由E=F/q和F=q1q2/4πε0r2導(dǎo)出E=q/4πε0r2；根據(jù)U=W/q，利用微積分方法計(jì)算出點(diǎn)電荷形成的電勢(shì)U=q/4πε0r.有人把決定物理量大小的條件公式叫做計(jì)算式（或稱決定式），這些公式實(shí)際上是定理.定義式具有普遍意義，凡有該物理量參與的場(chǎng)合，定義式都成立，都能適用.決定物理量大小的條件公式（決定式），都是根據(jù)定義式針對(duì)某些特定情況推導(dǎo)出來的，所以它的適用范圍也就以這些特定情況為限.例如，E=q/4πε0r2只適用于點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)，對(duì)于大塊帶電導(dǎo)體所形成的電場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)則不成立.而定義式E=F/q對(duì)于這三種情況都是適用的.
3物理概念與物理概念的聯(lián)系構(gòu)成物理學(xué)的基本定律
物理規(guī)律是建立在物理概念基礎(chǔ)上的更深一層次的物理知識(shí)，它反映物理概念間的相互關(guān)系.如果把物理知識(shí)看成是一座大廈，物理規(guī)律就是這座大廈的建筑結(jié)構(gòu)，而物理概念則是構(gòu)成這座大廈的建筑材料，沒有建筑材料是不可能按一定結(jié)構(gòu)蓋起大廈的.物理規(guī)律與物理概念的關(guān)系，正如建筑結(jié)構(gòu)與建筑材料的關(guān)系.物理學(xué)中的定律、定理等都是用有關(guān)的物理概念總結(jié)出來的.例如，慣性定律就包含有“外力”、“勻速直線運(yùn)動(dòng)”、“靜止”等概念，沒有這些概念，就不可能得出慣性定律.學(xué)生對(duì)這些概念沒有正確的理解，就不可能真正掌握慣性定律.因此，首先使學(xué)生建立正確的物理概念，是使學(xué)生掌握物理規(guī)律的前提，沒有這個(gè)前提，則物理規(guī)律的教學(xué)就無從談起，學(xué)好物理就會(huì)成為一句空話.
4結(jié)束語
以上我們僅對(duì)物理概念的一些基本特征進(jìn)行了一般性的討論，也談到了教學(xué)法,但只側(cè)重談如何引導(dǎo)學(xué)生理解和掌握這些基本特征，并未涉及具體的教學(xué)手段和方法.這應(yīng)由廣大一線教師來選擇和創(chuàng)新，使學(xué)生通過對(duì)物理概念的學(xué)習(xí)，不僅知其然，更知其所以然，能從整體上、從本質(zhì)上把握物理概念.
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