工程流体力学概念篇1
（浙江师范大学，321004）
摘要：通用技术课程具有跨学科、多学科的属性，是对学科体系的超越。现行的通用技术课程中有如下几个跨学科概念较为重要，它们分别是：设计、结构、流程、系统和控制，这些概念需要在教学中进一步探索和研究，从而最大限度地开发通用课程的价值。
关键词：通用技术跨学科概念新课题
21世纪，知识的增长一日千里。要想在这个世纪更好地生存，人们所需学习的知识和技能日益增多，特别是科学和技术知识。人们学习的时间和精力是有限的，为此，在当今国际课程领域提出新的变革，那就是跨学科概念（Crosscutting-Concepts）。跨学科知识整合有助于对事物整体属性的揭示和复杂性问题的创造性解决，已成为人类进行知识建构和知识生产的重要方式。在本文中跨学科概念是指一些可以在不同学科或相近学科与领域中都能应用的概念或概括性的理论等。
一、跨学科概念：国际科技课程改革的新主题
2009年，一个目的为确定学生在科学教育中应该接触到的核心概念的国际研讨会在英国邓斯召开，研讨会中提出了科学教育中的大概念这一术语。科学教育中大概念的选择考虑以下一些情况：能普遍应用；能通过不同的内容来展开；可以运用于新情况，使得大概念可以提供一些有力的工具，有效地应用于理解和解释改变着的世界。学过科技课程，学生应该能理解一些物质科学、生命科学、空间科学、能源等以及它们在自然界中相互关系的大概念，也就是本文所使用的跨学科概念。美国国家研究理事会（nRC）于2011年7月正式颁布的新一代科学教育框架（aFrameworkforK-12scienceeducation:practice,CrosscuttingConcepts,andCoreideas）中写到“跨学科概念（Crosscutting1Concepts）是指那些能应用于所有科学与工程领域的通用概念，它们都具有解释的价值”。主要包括7个，分别是：模式，原因和结果，尺度、比例和数量，系统和系统模型，能量和物质，结构和功能，稳定和变化。跨学科概念超越了科学中各分支学科间的界限，能培养学生以通用性的思维来思考科学和看待世界。
此外，国外日益流行的Stem教育更是包括了科学、技术、工程和数学等学科，在Stem课程学习中显然也更需要跨学科概念的学习和使用，才能更好地理解和学习Stem课程。跨学科概念已经成为了国际科学技术类课程改革的新主题。
二、通用技术课程的多学科属性
普通高中通用技术课程属于通识教育范畴，是以提高学生技术素养为主旨的课程，面向全体学生，拓展每一位高中生技术学习的经历。通用技术课程坚持基础性、通用性、选择性与时代性的高度统一，注重国际经验与我国国情相结合，体现未来走向，是具有中国特色、富于开拓创新的高中技术课程新架构。技术课程与自然科学和社会科学都有着密切的联系，强调各种学科资源的融会贯通和整合运用，注重在综合各个学科知识基础上的技术探究、技术设计和技术操作。
通用技术课程包括必修模块与选修模块，必修模块的基本内容是技术设计，技术设计是技术的基础内容和发展关键，是所有技术的通用性的基础内容，也是培养学生技术素养，让学生理解技术、使用技术解决问题的前提。选修模块有七部分，分别是：电子控制技术、建筑及其设计、简易机器人制作、现代农业技术、家政与生活技术、服装及其设计、汽车驾驶与保养。
从通用技术课程的内容可以看出，通用技术课程是通识类的教育课程，具有多学科的属性。现代社会科技的发展日新月异，新技术不断涌现，使得中小学技术教育的内容越来越丰富，技术发明、创造与使用中涉及的学科与相关学科的知识越来越广泛。
三、通用技术课程中的跨学科概念
跨学科概念能加强学科之间的联系，有助于学生形成对技术的整体、连贯的认识，形成适应社会发展的技术素养。通用技术课程具有高度综合性，是对学科体系的超越，现行的通用技术课程中有如下几个跨学科概念较为重要，它们分别是：设计、结构、流程、系统和控制。
（一）设计
设计是对造物活动进行预先的计划，可以把任何造物活动的计划技术和计划过程理解为设计。设计是一个跨学科的概念，一般意义上的设计是指综合设计，它涉及广阔的领域。技术世界中的设计，其核心是技术设计。在通用技术必修1模块中，技术设计是核心内容。关于设计的主要内容有：技术与设计的关系、设计中的人机关系、设计的一般过程和一般原则等。通过技术与设计关系的教学，学生可以学习到设计这个概念的丰富含义，也可以了解到设计在技术发展中的重要作用。在设计中的人机关系课程中主要学习如何合理地处理人机关系以达到高效、健康、舒适、安全的目标，合理人机关系的实现需要综合考虑普通人群与特殊人群、静态的人与动态的人、人的生理需求和心理需求以及信息交互等方面的问题。产品设计的一般过程包括发现与明确问题、制定设计方案、制作模型或原型、测试评估及优化、产品使用和维护等阶段。
《普通高中技术课程标准（实验）》指出：“技术设计具有通用性强、适用面广、可迁移性大、实施条件灵活等特点。”设计的一般过程和设计的原则是设计这个跨学科概念学习的重中之重，它不仅可以应用于技术上，还可以运用在一般的问题解决上。
（二）结构
结构是指不同类别或相同类别的不同层次按程度多少的顺序进行有机排列。从通用技术角度来讲，结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。世界上任何事物都存在着结构，结构多种多样且决定着事物存在的本质。结构不但在技术领域广泛使用，在文学、科学、工程、建筑等众多物质相关的学科中都是一个较为核心的概念。由此可见，结构是一个广泛使用的跨学科概念。
在通用技术课程必修2模块中，对结构这一跨学科概念进行了详细的讲解。首先从力学角度对结构进行了分析，不同的结构其受力分析不同，不同的结构适应不同的力，分析结构的受力情况可以更好地根据设计需要设计出与之相适应的结构。从力学架构与形态方面考虑，结构通常有实体结构、框架结构和壳体结构等基本类型。从技术设计中来考虑结构，主要是要学习如何设计结构使结构具有更好的稳定性和强度。总之，在进行结构设计时注意追求的是牢固、稳定、简约、和谐、美观。
把握物质或产品的结构，使结构牢固、简约、美观等，是一种技术设计思想的体现。学习和掌握结构这个跨学科概念，有助于对其他具有一定抽象或者具体的结构的理解和把握，从而更好地把在通用技术学科中学习过的结构的知识迁移应用到别的学科、领域和生活中去。
（三）流程
流程是指事物进行中的次序或顺序的布置和安排。人的任何活动都是在一定的时间和空间内按照一定的顺序和规则发生的。生活学习和工作中处处都有流程，科学、合理地安排流程可以指导我们正确地做事，提高工作和学习的效率。
在通用技术必修2模块中主要从流程的含义、流程与生活工作和流程的设计优化等方面对流程进行了阐述。流程是一项活动或一系列连续有规律的事项或行为进行的程序。通过流程的学习，为日常生活中常见的活动和技术活动中工艺流程的安排提供了优化设计的可能。流程设计的改进通常以提高工作效率，或降低成本，或节约能源，或省力，或减少环境污染等为目的。流程的表达有多种方式，包括文字、表格、图示、模型等多种方式。流程的优化是一个需要不断探索的过程，根据不同的目标可以安排确定不同的流程。
流程的设计根据不同的目标需要考虑许多不同的因素，流程需要根据具体事务的内在性质和本质特点进行安排。很显然，流程是一个跨学科概念。
（四）系统
系统是由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体。系统论的基本思想方法，就是把所研究和处理的对象当作一个系统，分析系统的结构和功能，研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性，并优化系统观点。世界上任何事物都可以看成是一个系统，系统是普遍存在的。
通用技术必修2模块从系统的结构、系统的分析和系统的设计三个方面对技术中的系统进行了阐述。系统的基本特性是整体性、相关性、目的性、动态性和环境适应性。
整体性是观察和分析系统的基本思想和方法，掌握进行系统分析的步骤、原则和方法，学会对系统进行分析，并在分析的基础上对系统进行优化，提高系统的效益。系统分析要坚持整体性、科学性和综合性的原则，系统优化是指在给定的条件下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。
系统是现代社会最重要的方法论之一，是一个跨学科概念，在各学科、技术、工程领域中均可以应用。在通用技术课程中教学“系统”这一跨学科概念，可以拓展学生的思维，帮助学生形成系统的思维和方法，有利于学生把这一方法论和思想迁移应用到生活、学习和工作中去。
（五）控制
事物的发展有多种可能性，人们根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。控制的概念是很普遍的，工程技术中的调节、补偿、校正、操纵，社会过程中的领导、指挥、支配、管理、经营、教育、批评、制裁等，都是一定的控制行为。在生产和生活中的应用十分广范。
通用技术必修2模块主要从控制的手段与应用、控制系统的工作过程与方式、闭环控制系统的干扰与反馈、控制系统的设计与实施四个方面对控制进行了阐述。过去人们对事物的控制主要采用人工控制的手段，随着科学技术的发展，出现了自动控制。在现实生活和工作中，往往需要对各种事物进行控制，从而提高人们的生活质量。而任何一个控制都需要若干个环节来共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了控制系统，控制系统主要有开环控制系统和闭环控制系统。
四、研究小结
通用技术课程中的跨学科概念具有广泛的迁移价值。设计、结构、流程、系统和控制是现代社会广泛使用的跨学科概念，可以在各学科之间相互迁移使用，也可以迁移到人们日常的生活、学习和工作中去。在通用技术课程中教学具有广泛迁移价值的跨学科概念为学生的迁移能力的形成和技术知识与思想的迁移应用，打下了坚实的知识基础。
目前，尤其是广大通用技术教师还没有意识到这些跨学科概念对学生终身发展的巨大价值和意义。因此，通用技术跨学科概念的教学需要进一步的探索和研究，从而最大限度地开发通用技术课程的价值，更好地服务于学生的终身发展。
参考文献：
［1］陈英和，张淳俊.基于跨学科概念图的跨学科知识整合模型［J］.北京师范大学学报（社会科学版），2010（1）
［2］【英】温·哈伦.科学教育的原则和大概念［m］.韦钰译.北京：科学普及出版社，2011
［3］national/Research/Council.a/Framework/for/K-12/Science/education:practice,Crosscutting/Concepts,and/Core/ideas［m］.washington,D.C.:the/national/academies/press,2011
工程流体力学概念篇2
一、知识可视化
1、知识可视化的涵义。eppler，m.J.&Burkard，R.a.（2004）认为：知识可视化是在科学计算可视化、数据可视化、信息可视化基础上发展起来的新兴研究领域，应用视觉描述，促进群体知识的传播和创新。知识可视化指的是所有可以用来建构和传达复杂知识的图解手段。除了对事实信息进行传达之外，知识可视化的目标在于传输见解、经验、态度、价值观、期望、观点、意见和预测等，并以这种方式帮助他人正确地重构、记忆和应用这些知识。
2、知识可视化工具。常见的知识可视化工具包括流程图、概念图、认知地图、语义网络、思维导图和思维地图。在运用知识可视化工具时要做到从大处着眼、小处着手、图文并茂、通俗易懂、简单实用。下面就简单介绍一下这几种知识可视化工具。（1）流程图。流程图是由一些图框和流程线组成，其中图框表示各种操作的类型，图框中的文字和符号表示操作的内容，流程线表示操作的先后次序。无论是简单的还是复杂的流程图，均以流向的方式直观地呈现出操作过程。在教学中使用流程图，有利于教学内容的清晰化，更有利于学生的理解和接受。（2）概念图。概念图是若瓦克博士等根据奥苏伯尔的有意义学习理论提出的一种教学技术。它通常将某一主题的有关概念置于圆圈或方框中，然后用连线将相关概念和命题连接，连线上标明两个概念间的意义关系。知识的体系结构能够一目了然地表达出来并且能够表现知识体系的层次结构，这是它最大的优点。3.认知地图。认知地图也可称为因果图，是由ackerman&eden提出的，它将“想法”作为节点，并将其相互连接起来。想法与概念不同，它们大多是句子或段落。认知地图是以个体建构理论为基础提出的，其中的“想法”都是由带箭头的连接线连起来的，但不需要用连接词。人们进行规划工作，小组决策就可以利用认知地图。（4）语义网络。语义网络是以概念和有意义的、不受限的连接词为基础，形成基本的实例或命题。Fisher认为语义网络可以被看成多维的，而非二维的。语义网络可以非常大，能够包含成百上千的相互关联的概念。正因为它非常大，使用者在某一时刻只能看到其中的一个部分，也就是与中心概念直接关联的概念。（5）思维导图。思维导图最初是英国人托尼・巴赞创造的一种笔记方法。改进笔记方法就是其最初的目的，随着研究和应用它的作用和威力开始不断的显现出来，逐渐被个人、家庭、教育和企业所广泛应用。思维导图是一种非常有用的图形技术，是打开大脑潜能的万能钥匙，在生活的各个方面都可以得到应用，人们的学习能力、思维方式和行为表现都会随着由思维导图的应用而得到改善、提高。（6）思维地图。思维地图是由DavidHyerle博士开发的帮助学习的语言。在这种语言中，教师和学生一共使用8种图，用以帮助解决阅读理解、写作过程中的问题、提高思维技巧。基本的认知技巧是这8种图的基础，技巧有比较、对比、排序、归类和因果推理。在学生建构知识时，要结合多种图来提高基本能力、解决问题的能力和高级思维能力。
二、知识可视化工具在小学信息技术教学中的可行性
1、小学信息技术教学的特点。目前的科学技术突飞猛进，小学生的学习任务也多种多样，同时小学信息技术教学也呈现出了多种特点：（1）学生基础的差异性。小学生在计算机应用方面的知识和技能差异相差很大。家庭条件好的学生已经会些操作了，而条件差的，只是见过别人使用而已；有的学生会用电脑完成许多事，而有的除了玩游戏什么都不会。同一年龄段的学生基础差异较大，却使用着同样的教材。（2）课堂组织的特殊性。学生在课堂上主要靠练习实践，在练习中往往会遇到许多小问题，若是不解决，下面的教学就没法进行，若靠教师逐一解决，时间不允许，若靠学生互助解决，课堂纪律就难以保证了。（3）教学内容的趣味性。教学内容应该重视体现和挖掘信息技术课程的趣味性，从小培养学生对信息技术课程的兴趣，同时教师要抓住时机，加以引导、扶植、培养，使学生形成真正的学习兴趣。（4）课程目标的特殊性。如今的小学信息技术教材，要求学生学习许多应用软件，这些都是以操作技能为主的目标，而知识目标占极少的分量。这就要求课堂以培训技能为主要目标，在课堂上反复训练，而现在的小学信息技术课是一星期一节课，时间有限。这就会出现前面的技能尚未熟练又要开始新技能的学习的局面了，这样给完成教学目标带来了一定的难度。
2、小学生自身的特点。小学阶段的学生正处在皮亚杰认知发展论中的具体运算阶段：他们形成了初步的运算结构，出现了逻辑思维，但思维还直接与具体事物相联系，离不开具体经验，还缺乏概括的能力，抽象推理尚未发展，不能进行命题运算，同时他们又活泼好动对新鲜事物充满了好奇。所以对于小学生来说，一些形象具体的、图文并茂的内容更容易吸引他们，也便于知识的理解和接受。
3、小学信息技术教学与知识可视化工具的联系。根据上述小学信息技术教学的学生基础的差异性、课堂组织的特殊性、教学内容的趣味性和课程目标的特殊性的特点以及小学生自身的特点，信息技术教学应该始终“面向应用”，以实践操作为主，同时教师要精讲、学生要多练，两者相辅相成缺一不可，同时应尽量避免向学生传授抽象的内容，宜直观形象。
“精讲”是指教师不仅要讲出内容的基本知识点还要讲出精华，而且要注意怎样讲，这时利用知识可视化工具能够将所要讲授的知识更直观、更形象生动地呈现给学生，这样学生也就更容易接受；“多练”就是要给学生充足的上机操作时间，这里的操作是指带着任务进行有目标、有实效的操作。上机时，学生可以综合运用自己所学到的各学科知识和方法进行操作，利用多种知识可视化工具尝试着去解决信息技术课上所遇到的问题，完成自己的各项任务。这样可以增强学生的信息技术操作意识和应用意识，有效培养他们的观察能力、想象能力、审美能力、逻辑思维能力，从而使学生的信息技术综合素质得到全面提高。
教师借助知识可视化工具对学生进行信息技术知识讲解，能够形象化地呈现教学内容，使其达到容图文并茂的效果，系统化相关主题知识，不仅易于教师讲授，也便于学生理解，从而增强教学效果。知识可视化工具能够把教学材料视觉化，它是呈现信息的方式和解决问题的手段，在某种程度上说运用知识可视化工具可以改变传统的教学模式。
三、知识可视化工具在小学信息技术教学中的具体应用
知识可视化工具在小学信息技术教学中该如何应用呢？下面选择了三个案例分别对流程图、概念图和思维导图这三种知识可视化工具进行具体分析。
（一）利用流程图呈现出顺序
流程图通常给人以明朗、清晰的视觉效果，更有利于学生的理解和接受。教学中常用的powerpoint软件中就提供了28种绘制流程图的形状。每种形状都有其特定的意义。把鼠标放在图形上，就可以看到对该图形的描述。无论是简单还是复杂的，流程图均以流向的方式直观地呈现出操作过程。
在教学中，对于解决问题类的内容可以通过流程图来描述，从而使学生能够较为轻松地掌握所学的内容。教师利用流程图的流向结构呈现出问题的解决过程，使教学内容直观、清晰，这样不但加深了学生的印象，也便于学生在出错或遗忘时快速找到正确的做法，也促进了学生学会自己思考问题，养成良好的计算机操作习惯。同时学生在看到了计算机开机顺序的流程图后，可以自己思考、与同学合作或请教教师，再绘制出计算机关机顺序的流程图。
（二）概念图的利用
概念图的层级关系给学生提供了一种理解概念间关系的方式和技巧，有利于学生在头脑中形成对概念间关系的清晰认识。教师除了给学生展示概念图外也可以引导学生自己绘制，这有助于教师及时发现学生对概念的掌握情况。
1、通过概念图进行课堂讲授。一般来说，教师需要在课前画好概念图，这相当于一个备课的过程，教师通过画概念图，可以明确本节课的教学内容、各个环节之间的相互关系以及在教学中应考虑的问题等。然而在信息技术教学中，将课前画好的概念图直接应用于课堂教学的并不是很多，特别是在小学义务教育阶段。不过在实际教学过程中我们可以采用另外一种方式进行课堂讲授――现场画概念图。在小学信息技术教学过程中，教师可以打开inspiration概念图软件，根据教学内容，教师一边讲授一边绘制，学生就可以清楚地看到整个绘制过程。通过这个过程，不仅让学生了解概念，理解各操作之间的关系，还可以让学生感受到如何利用概念图对知识进行分类或表示，从而激发学生的好奇心使其对画概念图产生兴趣。
2、引导学生画概念图进行学习。通过小学信息教师之间的交流，可以发现在以往教学中，一般是通过提问――归纳――强调的教学方式，让学生回忆学习过的知识点、确定小报的主题和结构来规划小报，但学生还是容易丢三落四，即使最终可以完成学习目标，但也耗费大量的时间，效率不高。要想避免这些问题，教师除了要进一步优化教学设计，加强课堂调控外，利用inspiration概念图软件能很好地增进效率。通过概念图，要求学生按照概念图的指引，围绕主题，用自己的语言在概念图上进行表述，概念图的良好的可视性规划使任务更清晰、完成任务更有条不紊，提高规划电子小报的能力，能更好地提高课堂效率，有利于教师的教和学生的学，有助于信息技术学科教学的有效性。学生利用软件画概念图之前，教师需要让学生对该软件有一定的了解与熟悉，在这之后就可以教学生利用软件画概念图了。inspiration概念图软件提供的素材库丰富多彩，可供学生创作出各类主题、充满生趣的概念图。
（三）利用思维导图指导学生如何上网
思维导图是常用的一种知识可视化工具，它的关键是呈现出思维过程。在信息技术课堂上使用思维导图不仅有助于学生对相关信息进行加工整理，还能以简洁明了的形式把相关信息形象化地呈现出来。通过思维导图教师可以将纷繁复杂的信息用图表形式呈现在学生面前。在这个过程中，不仅增强了学生的学习热情，更加培养了学生对信息的组织能力。
四、总结
教师将知识可视化工具运用到小学信息技术教学中时，要关的注不仅是知识的内容和表现形式，还要考虑到学生的个体差异，从而确定更加有效的传播知识的方法。并不是说所有信息技术课堂上的知识都要借助知识可视化工具来进行教学，对于一些晦涩难懂或是相对较为复杂的操作，教师借助知识可视化工具帮助学生理解、解决问题；相反，若是一些浅显易懂的基础知识或是学生早已掌握操作，就没有必要把简单的事情复杂化了，因为使教学最优化才是使用知识可视化工具的最终目标。
工程流体力学概念篇3
关键词：课改背景下；物理概念课；教学策略
作者简介：俞中顺（1981-），男，本科，中学一级，研究方向课堂教学改革和物理基础教育研究.
新课程改革提出“要把课堂还给学生，让课堂充满生命气息”.要求教师要在课堂上努力为每个学生的主动参与提供广泛的可能性，这种思想正在深刻影响着我们众多教师的教学实践.初中物理作为一门基础学科，其自身学科特点决定了很多概念完全可以在教师的引导下让学生自己发现，因此在教学过程中更应该与新课程理念接轨.本文针对在初中物理概念课这一课型中如何更好的落实课改理念，突出学生的主体地位，使每一节概念课都能生动有效浅谈个人的认识和做法.
1通过创设概念的构建活动，以探究的形式推导出科学概念
在大多数情况下对于学生马上要学习物理新概念，首先可以先创造出挖掘问题、思考问题的学习环境，使学生获得必要的、充分的认识.这种环境设置可以是合作实验探究，交流讨论，亦可是知识的迁移，公式的推导等等.然后把新的概念与学生先前熟悉的观念或事物进行类比，加深学生对新概念的理解.最后在前两步的基础上，引导学生运用分析、综合、概括等思维方法，对感性认识进行再加工，将生活实际与概念结合起来，做到知识的有效应用，体会知识的价值.
密度是学生学习初中物理过程中遇到的一个非常重要的物理概念，密度知识在工农业生产和生活中有广泛的应用，密度概念的教学中所包含着“用比值定义物理量”的方法，此方法是初中物理以及高中物理学习的重要方法之一.在《密度》这节课的教学过程中教师可以先通^出示铁块和铜块、水和酒精、钢丝和铝丝三组物品，要求学生用简单的方法来加以区分，通过活动明确本节课要学习物质的另一特性，引出密度这一课题，然后教师指导学生进行探究实验：用正确的实验方法分别测量几组大小不同的铁、铝、木等长方体的体积和质量，并把测得的数据填入数据表中，实验数据的分析与处理是通过实验得出正确结论的重要途径，得到实验数据后，教师引导学生发现数据间的内在联系，点拨学生分析同种材料大、小不同的两个长方体的体积关系和质量关系，初步得到“铁（铝、木）的质量与体积成正比”的结论.教师进一步引导学生分析质量与体积的比值，初步得到“铁（铝、木）的质量与体积的比值不随质量、体积的变化而变化，是个定值.而不同物质，这一比值一般不同”的结论，从而帮助学生提炼出物质的质量与体积的比值也是一种物质区别于另一种物质的特性之一，物理学中用“密度”来表示物质的这种特性.使学生理解“密度”的内涵，知道了每种物质都有一定的密度，而不同物质的密度一般不同，从而完成密度概念的初步教学.
2关注前概念，从不同维度帮助学生建立正确的物理概念
所谓前概念指的是学生在学习新的物理概念前已经存在的看法和认识.先入为主的日常生活经验，知识的正（负）迁移和原有概念的局限等都会潜移默化地渗透到学生的前概念中.学生头脑中广义的前概念大致可分为四类，即正确的前概念、错误的前概念、迷失的前概念和空无的前概念.
2.1正确的前概念
当学生头脑中的前概念正确时，在学习新概念时我们教师在教学中要帮助学生确认前概念的科学性和价值，使学生能够认识到个人观点、看法、认识的合理性；在教学中提供足够的信息来丰富学生前概念的内容，使学生枯燥、单一的前概念不断生动、丰富起来；在教学中通过促进学生理解使用概念的方法，使原来学生孤立、零散的前概念更为逻辑化、体系化.
例如在“速度”概念的教学过程中，对于物体运动有快慢之分，是学生在生活、游戏中早已体会到的，但要他们讲清比较物体运动快慢的方法，进一步确立“速度”概念却不容易，所以我们在教学过程中需以学生感兴趣的人和事为研究对象和建构材料，帮助学生进入师生共同设置的教学情境、合作探究、逐步理解速度的含义.因为从定性比较物体（小车）运动的快慢到定量比较物体（小车）运动的快慢，对学生实验设计和思维要求都较高，为了使大多数学生都能完成探究活动，教学中可采用循序渐进的阶梯式教学方法.从不用测量工具定性比较小车运动快慢，到只提供一种测量工具，但不允许小车同时运动的前提下比较小车运动快慢，最后到只给每一小组一辆小车，在提供两种测量工具但不允许不同小组之间交流的前提下比较小车运动快慢.在要求逐步变化、难度逐步加大的设计中，学生逐步解决了两辆小车在运动的路程和时间都不相等时比较小车运动快慢的问题，为建立速度概念奠定基础，同时提高了学生参与探究的兴趣和探究能力，突出了学生的主体地位.
2.2错误的前概念
当学生头脑中的前概念错误时应该允许学生为自己的前科学概念辩护，使学生间或师生间充分交换对同一事物与概念的不同看法.当学生发现他人的观念比自己更合理，能更好地解决自己悬而未决的问题时，他们往往会对自己先前所持有的观念提出怀疑和自我反省.
例如学生在学习“力”的概念时，头脑中存在着较多先入为主的错误认识：（1）只有有生命的人（或动物）才能施力，或认为只有某些物体才能施力；（2）力的作用是单方面的，如认为“地球吸引人，人不吸引地球”；（3）相互接触的物体间才有力的作用；（4）大小为1牛的力是很大的力；（5）只有在力的作用下，物体才能运动等等.这些已有的前概念在教学中会干扰学生形成正确的概念，在加上初中学生的辨识能力及抽象思维能力相对薄弱，也给力的概念的形成带来了一定的困难.所以在本节的的教学过程中教师可以采用小组辩论的方式，然后通过实验演示和多媒体展示，逐步消除学生头脑中原有的错误认识，让学生在思维碰撞中产生知识的火花，在实验事实面前建立正确的概念.
2.3迷失的前概念
当学生对头脑中的前概念迷失时，说明学生在头脑中具有多个前概念，对于这种情况，教师在教学过程中要通过陈述、交流等方式促进学生对前概念的辨别，对于学生头脑中矛盾的前概念，可以采用引入认知冲突、实验检验等方式进行取舍.
例如在《摩擦力》这节概念课的教学过程中学生其实对摩擦现象并不陌生，也知道存在多种摩擦情况，但对于各种摩擦的特点却理解的不够深入，特别是对静摩擦大小可以改变而滑动摩擦大小无论物体匀速还是非匀速运动一般保持不变；最大静摩擦力与滑动摩擦力的关系等难以理解.所以在教学过程中教师可采取让学生亲身体验的方法，先设计三组实验：第一组要求每个学生把手平放在桌面上用力推，使手运动起来，感受有没有阻碍手运动的力；第二组要求学生把手平放在桌面上用力推，但保持不动，感受有没有阻碍手运动的力；第三组要求每个学生把手平放在桌面上，保持手不动，也不用力推，感受有没有阻碍手运动的力.通过这三组实验先帮助学生明确滑动摩擦、静摩擦这些基本概念，然后逐渐加深难度通过用弹簧测力计在木板上拉小车，以及把小车一端固定在竖直平面上保持不动，然后用弹簧测力计拉动桌面上的木板让小车发生相对运动等实验明确最大静摩擦力与滑动摩擦力的关系，以及滑动摩擦力无论小车匀速还是非匀速时都保持不变的特点.
2.4空无的前概念
当学生头脑中的前概念空无时，往往这些概念所涉及到的物理F象和过程并不是学生在日常生活中常见的，我们教师在教学过程中可以利用多媒体、实验操作等手段逐层推进，从具体出发引出抽象的概念，也可以从学生熟悉的事物现象入手通过类比帮助学生找到共同点，理解抽象概念的内涵.
例如在电流、电压、声波的教学过程中由于这些概念非常抽象，学生很难理解，此时我们可以利用多媒体展示的方式把电流与水流、电压与水压、声波与水波作对比使学生更好的理解这些概念.同样在《内能》这节课的学习过程中也可以把分子动能和物体动能、分子势能与物体势能、内能与机械能相联系，化无形为有形、化微观为宏观帮助学生在感知上认识理解这些概念.
终上所述，概念课的教学目的是建构新知，体验过程，发展思维.需要我们教师关注学生的“前概念”，引导学生克服浅尝辄止的认知惯性，深刻体会科学要素；通过抽象概括所感知事物的本质特点，化感性认知为理性认知；斟酌概念的字里行间，学会挖掘概念潜在的内涵与外延.只要我们广大教师做到以上几点，相信一定能把课改落到实处，提高物理概念课的教学质量.
参考文献：
[1]张国才.物理概念课中的探究性教学[J].新课程，2010，（12）：114-115.
工程流体力学概念篇4
关键词：概念转变；认识论；本体论；框架理论；多维课堂概念转变框架
1 引言
建构主义学习理论中，学习者原有的知识经验对学习新知识的重要性获得了普遍的认可。学习者的头脑并非空的容器，他们带着已有的概念走进课堂。这些概念往往与公认的科学概念相悖，并具顽固性，不易通过传统的教学方式消除，因而又被称为“前科学概念”(preconception)、“相异概念”(alternativeconception)或“相异构想”(alternativeframework)。上世纪80年代随着建构主义思潮的兴起，心理与教育领域掀起了儿童相异概念研究的热潮。在明了儿童相异概念的状况后，研究者开始关注儿童相异概念向科学概念的转变，概念转变(conceptualchange)研究起源于这一热潮。概念转变研究旨在揭示儿童错误概念及其转变的规律，是科学学习中的核心问题，也是国际研究的热点。20多年来，研究者从不同的背景和视角出发研究概念转变，形成各具特色的理论，出现多个理论争鸣的局面，使研究不断得以深化。本文拟对当前国际上主流的概念转变理论及其发展加以评介，并提出构建更具普适性的概念转变理论框架的设想。
2 主流的概念转变理论
2.1 基于认识论的概念转变模型
posner等人借鉴了库恩、拉卡托斯等当代科学哲学家的思想，将学习者的概念转变与科学的发展相类比，包含“学习是探究”、“学生是科学家”的隐喻，提出了著名的基于认识论的概念转变模型(conceptualchangemodel)。该模型对概念转变的界定是，核心、组织化的概念由一套概念系统转变为另一套不兼容概念系统的过程。概念转变有两种类型：一是“同化”(assimilation)，运用已有概念解释新现象；二是“顺应”(accommodation)，为成功地理解新现象进行核心概念的重构，是根本性的转变。实现顺应需要满足四个条件：首先，学习者对原有概念产生不满(dissatisfaction)；其次，新概念具有可理解性(intelligibilit)，学习者对新概念形成统一和谐的内部表征；再者，新概念具有合理性(plausibility)，学习者的其他知识或信念与新概念一致；最后，新概念具有有效性(fruitfulness)，学习者可运用新概念解释反例或引申新的探究方向。
同时，posner等人认为概念并不是孤立的，而是有组织的系统，概念转变与概念所处的“环境”有关。他们将影响概念转变的因素形象地描述为“概念生态圈”(conceptualecology)，具体包含五个方面：(1)反例，实验或观察的异常现象、异常结果；(2)类比和隐喻，使新概念变得可理解；(3)认识论信念，学生对知识性质、获得过程的认识，比如成功知识具有“经济、优雅、暂无反例”的标准；(4)形而上学的信念和观点，包括学生对科学本质的理解和学生对概念的元认识，比如相对时空观是学生理解狭义相对论时间概念的元认识；(5)其他知识，比如竞争的概念。
基于认识论的模型创造性地以学习者对两套竞争概念的认识与评判来描述概念转变的过程，为研究者提供了有益的研究思路，成为后续众多研究者概念转变研究的理论框架。但该模型也遭到了一定的批评，如Dreyfus的研究发现，学生态度积极、有较高责任感很重要，漠不关心的学生很难产生认知冲突。1992年，posner等人针对批评对原模型做了修订，承认学习环境中社会与动机因素的积极作用，拓宽了“概念生态圈”的内容。概念转变模型所需满足的第一个条件“对原有概念产生不满”也引出激发认知冲突(cognitiveconflict)的策略，成为研究者和教育者广泛采用的概念转变策略之一。Lim6n对认知冲突作为教学策略的研究进行了批判性评介，提出“有意义认知冲突”(meaningfulcognitiveconflict)的概念并探讨了学习动机、态度、策略等因素的影响。Lee等人开发了包含“识别异常”、“兴趣”、“焦虑”及“对认知冲突情境再评估”四个维度的认知冲突评价量表。anat等人探查了认知冲突与直接教学对不同学术能力学生所产生的影响，该研究发现学生学术能力与教学策略具有显著的交互作用，学术能力高的学生更适应认知冲突方式，而学术能力低的学生则更倾向于从直接教学中获益。这些研究为认知冲突作为概念转变策略提供了有益的启示。
2.2 基于本体论的概念转变理论
Chi等人提出了基于本体论的概念转变理论。该理论认为：在认识论层面，世界上的实体可归属为三个基本的本体论类别“物质”(matter)、“过程”(processes)和“心理状态”(mentalstates)，每一个基本类别下又有若干的子类别，层层散开，构成三颗“本体论树”(ontologicalcategoriestrees，见图1)；在形而上学层面，许多科学概念属于“过程”类别下“基于条件的相互作用”的子类别；在心理层面，学习者倾向于将这些科学概念归为“物质”类别。正是在不同层面上本体论类别的差异，尤其是形而上学层面与心理层面分类的不一致，导致学习者概念的错误。当学习者将概念正确地归入其所应从属的类别时，概念转变即可实现。基于本体论的概念转变也有两类：同一本体论类别下子类别之间的转换，称为“枝节转移”(branchjumping)；不同本体论类别之间的转换，比如从“物质”类别转移到“过程”类别，称为“主干变换”(treeswitching)，前者较易实现，后者较难达成”。
形而上学层面与心理层面分类的不一致将导致错误概念，这是因为当学习者在心理层面将原本属于“过程”类别的概念划分到“物质”类别时，会把“物质”类别的特征附加其上，比如，科学的电流概念指自由电子在电场力作用下定向移动，属于“过程”类别，但学习者在心理层面将它归为“流体”类别，就会把水流的特征附加到电流上――能够被储藏“电池中含有电流”、具有流动性“从电池流向灯泡”、被消耗“点亮灯泡电流被消耗”，形成错误的理解。研究者可以通过学习者的言语表达判断他们对概念本体论类别的划分，比如“物质”类别主要包括“阻碍”、“包含”、“消耗”、“吸收”、
“提供”等言语特征，而“过程”类别主要包括“转移”、“激发”、“作用”、“平衡”等言语特征。为检验基于本体论的概念转变理论，Sollta和Chi还开展了实验研究，该研究发现在经历了包含本体论信息的计算机模块学习后，无论是面对言语解释还是定性的问题解决，实验组对电流概念的理解均比控制组更深入。
基于本体论的概念转变理论对概念转变的促进包含两方面的启示。首先，课程、教材和教师应关注学生的本体论信念，比如，教材应明确提出“过程”类别，让学生清晰地意识到许多科学概念属于“过程”类别下“基于条件的相互作用”子类别；其次，教师应注意教学语言，避免使教学语言强化了学生错误的概念分类，比如，教师在电流概念教学中常常用水流比喻电流，虽然这样的类比能使电流形象化，但很可能会促使学生用流体的特征理解电流，因此在教学中教师用水流比喻电流应谨慎。
2.3 基于朴素理论的概念转变理论
Vosniadou基于发展心理学对婴儿朴素理论研究的成果，从框架理论的角度对概念转变加以阐释。该理论认为，概念根植于对它们起约束作用的更大的理论结构中，理论结构包括框架理论(Fameworktheory)和具体理论(specifictheory)。框架理论包含本体论和认识论的前提，从婴儿期的朴素理论发展而来；具体理论包含信念(beliefs)与心理模型(mentalmodels)，受框架理论的约束在特定的问题情境中生成，具有动态性。当学习者在包含错误的本体论和认识论前提的框架理论下吸收新的信息，将会导致错误的概念。因此，概念转变与理论结构的拓展和变化有关，分为两类：一是“丰富”(enrichment)，在原有的理论结构下吸收新信息；二是“修正”(revision)，理论结构的转变。具体理论较易改变，框架理论则较难改变。
Vosniadou等人深入研究幼儿园到初中三年级的学生如何理解物理学中力的概念，发现：学生对力的理解包含两种本体论和认识论信念，即“力是物体内部固有的属性”和“力是运动物体获得的属性”。学生在框架理论的约束下会生成具体理论用于解决特定的问题，比如，学生在“力是物体固有属性”这一框架理论的影响下，吸收了包括观察和社会学习在内的外来信息“物体有大小轻重”、“某些物体能推拉或阻碍其他物体”，调和成“力是大的或重的物体具有的属性”的心理模型，用于解释访谈中面临的问题情景(理论结构见图2)。Vosniadou等人还对学生如何理解天文学中的地球概念进行了研究，该研究发现：学生通常具有“空间有上下之分”、“没有支撑的物体会下落”的本体论和认识论信念，在这一框架理论的影响下，学生形成了“圆盘地球”、“中空地球”等关于地球形状的心理模型，而且这一现象存在跨文化的相似性。
基于框架理论的概念转变理论认为，学生错误的心理模型可以被放弃，但背后的本体论和认识论信念却很难被抛弃，因为它一般不为学习者所意识和检验。因此，概念转变需要促进学生的元概念意识(metaconceptualawareness)，需要促进学习者对理论结构尤其是框架理论的意识和反思。同时，该理论认为仅仅挑战学生的错误概念或错误心理模型并不能达到完满的概念转变，因为错误的根源在于概念背后起约束作用的框架理论，它从婴儿朴素理论发展而来具有一定的牢固性，所以挑战这些认识论和本体论前提才能引发根本的概念转变。
3 概念转变理论的发展
3.1 基于认识论概念转变模型的发展
Hewson等人在posner基于认识论概念转变模型的基础上，提出了“概念状态”的概念，采用外祁、可观测的“概念状态”作为标识描述学习者内部“看不见”的概念转变过程。他们以“可理解性”、“合理性”和“有效性”作为概念状态的标识，认为概念的可理解性是低状态，合理性处于中间状态，有效性是最高状态，概念转变的过程就是新概念状态不断提升、原有概念状态不断下降的过程。thorley给出了判断概念状态的操作性指标，形成了一套诊断学习者概念状态的工具，为概念转变研究引入了新的方法和思路。研究者可以通过观察、访谈或问卷调查的形式获取有关信息，诊断学生概念所处的状态，以学习者学习生物学的基因概念为例：新概念处于可理解性状态，指能够运用“类比或比喻”、“图画”、“举例”或“言语符号”等多种形式和谐地表征新概念，比如，学习者采用文字或图画的形式表征基因概念；合理性状态，指能够将新概念纳入了自己的认知结构，新概念是“似是而非”、“使人信服”的，与实验观察的数据、过去经验、自身的本体论和认识论以及其他知识具有良好的一致性，比如，学习者将基因概念与过去经验相联系“以前我并不明白这是怎么回事，但现在我懂得人能否卷起舌头与遗传基因有关”、将基因划分到“过程”类别同时能理解基因具有蛋白质合成的特征；有效性状态，指能够知晓新概念的适用性、预期新概念未来应用的前景、明确评价两个竞争的概念，是概念所处的最高状态，比如，学习者知道什么是转基因食品、能预期未来基因研究将有助于人类疾病的治疗。当新概念从“可理解性”至“有效性”状态不断上升、原有概念从“有效性”至“可理解性”状态逐步下降时，学习者的概念就发生了转变。
3.2 超越“冷”的概念转变
pintrich等人认为，过于强调认知因素而忽略学习者动机、情感的‘冷’的概念转变理论只能解释来自实验室的研究结论，不足以阐释真实课堂中发生的概念转变。在科学课堂上，学生的学习与科学家的探究是有差别的，科学家的探究以目标为导向，而学生的学习可能是盲目的，当学生不具有掌握取向的动机时，很难对原有概念产生不满并看到新概念的可理解性和合理性。由此，pintrich提出要超越“冷”的概念转变，将学习者的动机与课堂情境因素纳入概念转变的研究中，动机因素包含目标、价值、自我效能感和控制信念，在概念转变中是潜在的中介变量，课堂情境因素包含任务结构、课堂权威和评价方式，在动机与概念转变之间起调节作用。2003年，pintrich等人进而提出“有目标的概念转变”(intentionalconceptualchange)，其特征为：以概念转变为导向、包含学习者的元认知意识与监控、内部动机、意志控制和自我调节等非智力因素的参与。Chambers等人的研究发现，学生最初的兴趣水平、知识经验对电流概念转变中的性别差异具有调节作用。Beeth、Vosniadou等人对课堂情境影响概念转变加以研究，发现：课堂中，认知任务以问题为导向、教师鼓励学生主动控制学习积极做出预测并检验假设、师生交流民主平等、学生敢于表达和争辩、提倡小组合作、评价以促进和发展为宗旨，概念转变就有可能发生。
3.3 多维课堂概念转变框架
treagust等人提出“多维课堂概念转变框架”(multidimensionalframeworkforconceptualchangeinclassroom)，试图对主流的概念转变理论加以整合。多维课堂概念转变框架包含认识论、本体论和社会／情感三个维度，每个维度构成三角形的一条边，三个维度相互交叉(如图3所示)。为了检验该概念转变理论框架，treagust等人对澳大利亚的高一学生在生物课堂中学习基因概念的过程加以研究，收集了课堂教学实录、教学中学生的工作单、教学前后考查学生概念理解的开放问卷以及教学后部分学生的访谈录音等多项数据，发现：无论是认识论、本体论还是社会／情感因素，单维度的理论均无法完满地解释课堂中发生的概念转变，它们从不同角度部分地解释了课堂中的概念转变：从本体论的角度，教学前学生倾向于将基因归入“物质”类别，教学后学生将基因归入“物质”类别的比例从70％下降到44％、归入“过程”类别的比例从11％增加到47％；从认识论的角度，教学后不同的学生基因概念达到不同的状态，少部分学生能运用基因概念解决问题达到了有效性状态，另一些学生则只能达到合理性状态；从社会情感的角度，由于与自身密切相关，学生对基因概念的学习具有积极的态度，但教师布置的认知任务没能促进学生的基因概念达到有效性状态，这为多维课堂概念转变框架提供了实证依据。
4 现有理论评价
研究者从不同的背景和视角提出的概念转变理论具有各自的优势与局限，对现有理论加以评析有助于今后概念转变理论的深化与发展。基于认识论的概念转变模型优势在于：包含“学习是探究”、“学生是科学家”的隐喻并以“概念生态圈”形象地描述概念转变的环境，这对学生科学素养的培养与现代课程改革所倡导的科学探究式学习具有重要意义；模型提出顺应需满足的四个条件以及后来Hewson等人发展的概念状态操作性指标，都是研究者可以直接采用的诊断工具。然而，基于认识论的模型其局限也很明显：模型描述的是两套不相容的概念系统相互竞争的过程而非转变的因果机制，虽然posner等人提出了包括反例、认识论信念、形而上学观念等因素在内的“概念生态圈”以描述概念转变过程可能受到的影响，但“概念生态圈”内容不断扩大，没有指出核心的影响因素，也没有阐明各影响因素之间的相互关系。
基于本体论的概念转变理论其优势在于：指出了学习者错误概念的成因、对一些基本的如力、热、电、声、基因等科学概念的转变具有一定的解释力，与科学概念的发展具有某种程度的相似性。其局限在于：某些跨类别的概念，比如光具有“波粒二像性”使其既可划分为“物质”类别，又可纳入“过程”类别，运用本体论很难解释；同时，有研究发现，即使学习者对概念进行正确归类也无法达到完满的转变，概念转变更可能是一个缓慢的、多层次的变化过程，并非学习者把概念正确归入其所属的本体论类别即可达成。
基于朴素理论的概念转变理论也指出了学习者形成错误概念的原因以及转变的困难何在，它与发展心理学研究成果紧密结合，体现了生成性学习双向建构的机制，对相同的外部信息输入不同的学习者获得不同的建构结果这一普遍的现象具有解释力。其局限在于：学习者内部的框架理论是研究者通过学习者的心理模型做出的一种推测，不同的研究者可能推测出有差异的结果，而这些结果之间很难进行比较。
多维课堂概念转变框架旨在把不同的概念转变理论加以整合，具有基于真实课堂概念转变过程的实证依据，但目前整合的框架过于简单粗略，三个维度之间的具体关系也有待确定。
5 问题与展望
工程流体力学概念篇5
一、物理概念教学过程中常出现的一些问题。
在物理教学过程中，我们常发现一些学生能流利背诵物理概念，但在具体的运用中却常常感到束手无策或发生许多错误。对于有些学生来说，同一章知识时而能听懂，时而却又不懂；对于同一个知识点，上课感觉听懂了，下课却又不会运用其分析、解决问题；感觉学习了很多物理知识，但物理知识的框架和知识内在联系却不能明晰和建构，不能很好地运用物理知识解决实际问题。为了弄清楚上面这些问题，我们需要从物理概念的教学中寻找答案。
1.在实际教学过程中，往往存在着学生对物理概念的理解还停留在表面的问题。教师试图通过让学生多做练习来让学生形成正确的物理概念，而学生往往也只注重背定义、记公式、做练习，而忽视了自身对物理概念的深入理解。其结果势必导致丰富的物理概念的内涵被形形的物理符号所淹没，而教学中学生真正需要取的“真经”——物理概念的深层意义却被搁置了。这种舍本逐末的学习方法，使得学生在运用概念分析、解决物理问题时，自然会感到束手无策或发生许多错误。
2.从学生学习物理规律的过程来看，一般要经过物理现象认识—实验—概念—规律（理论）这个过程，而物理概念则是最终认识物理规律的基础，因为物理规律反映了物理概念之间的相互联系和根本意义。例如：若学生没有对电路、电流、电压、电阻等一系列概念的认识，就不能形成对欧姆定律乃至整个电学规律更深层的认识。另外，由于学生在学习物理概念前，已在生活中积累了与物理概念有关的感性经验，而有些从经验中形成的观念就已经是错误的或片面的了，这种错误认识就会干扰正确概念的形成。例如：认为力是维持物体运动的原因；一斤铁比一斤棉花重；整瓶醋的密度是半瓶醋的密度的两倍，等等。诸如此类，如果这种错误观念没有因物理概念的正确建立而排除，那么受错误观念的影响，自然就会出现似是而非时懂时不懂的现象。
3.从学生形成、理解和掌握概念的过程来看，它是一个十分复杂的认识过程，需要经历一个从感性到理性的认识过程。而最终要认识清楚概念则需要学生自我调节思维，分析整合信息，并进而比较归纳，从而建立起研究对象正确清晰的表象。而理解学习概念的过程，正是学生掌握知识、发展智力的过程。如果教师在教学过程中常常为了完成教学任务而忽视培养学生理解概念的思维过程，无疑会导致学生难以深入理解概念，难以建立思维体系。另外，加之在学习物理概念的过程中很多学生常会将一些本质不同，但表面相似的概念混淆。例如：对温度、热量、内能三个概念常会发生混淆。正是这些原因导致很多学生上课听懂了，而课后却不会分析具体问题。
二、如何在物理教学中帮助学生准确、深入理解物理概念并成功建构物理概念？
1.明确建立概念的事实依据，创造学习物理概念的环境。
要认识一个新的概念，应遵循认识的一般规律，从现象到本质。所以我们在讲新概念前，必须首先给学生创造一个适应教学要求，借以引导学生发掘问题、思考问题、探索事物本质属性的物理环境。常用的办法有：
（1）大量收集生活中与所讲概念有关的事例，利用学生积累的生活经验，用身边常见的现象作直观的比喻，正确引导感性认识，通过类比理解新概念。例如：讲分子之间存在空隙时，可举盛满黄豆的容器里还可以盛下大量沙子的例子。在讲授“电流、电压、电阻”的概念时，可举水流、水压、水渠中的障碍物的例子。我们将电流比喻为水流，电压比喻成水压，电阻比喻成渠道中的石头等障碍物，不论渠道中有水无水，水流急缓其障碍物的多少都不变。在讲授“固体、液体和气体分子结构”时，由于该内容比较抽象难懂，因此我作了这样直观的比喻：固体分子运动，与同学们做课间操的情形相似，每个学生都在一定的位置附近运动，但其运动的范围不大，并不破坏整个队列，因此能保持一定的形状和体积；液体的分子的运动，与课间操整队以前的情形相似，每个人都可以在人群中穿来穿去，但所有的人都没有离开操场，即有一定的体积，没有一定的形状；气体的分子运动，则与做完课间操散队后的情形相似，每个人不但可以随便走来走去，而且可以自由出入操场，没有一定的形状和体积。通过这样的比喻，使抽象的概念变得比较直观具体，学生就能理解得更透彻了。物理现象就发生在我们的身边，只要我们留心观察与思考，像这样的比喻随时能找到，举不胜举。
（2）通过实验，为概念提供科学依据。运用实验来展示有关的物理现象和过程，不但较之学生在生活中所感受的要深刻和典型，而且创设的情境愈新颖生动，就愈能引起学生的兴趣和积极生动地思考。例如:讲大气压的概念时，教师可将一个剥去外壳的熟鸡蛋置于较蛋稍小的玻璃瓶口上，鸡蛋停在瓶口上不动，然后拿去鸡蛋，将酒精棉花点燃后投入瓶内。燃烧片刻，学生们会惊异地看到鸡蛋被瓶子吞入。而这种新奇的实验现象，定会使学生产生浓厚兴趣，同时也为概念教学提供了科学的依据。
2.激发认知冲突，认清概念的实质。
学生在学习物理时，往往受已有生活经验的干扰而形成错误的认识。例如，在力和运动的关系上，认为物体受力才运动，不受力就不动；重的物体比轻的物体下落快；摩擦力总阻碍物体运动；上浮的物体比下沉的物体浮力大，等等。教师要让学生掌握科学的分析问题的方法，使学生的生活经验和已学知识发生冲突，从而认清概念的实质。
3.进行思维加工，深入理解概念。
概念是对物理现象、过程等感性材料进行科学抽象的产物。所以如果教师只通过举例和实验提供给学生感性材料，而不让学生参与思维加工活动，那么学生对概念的理解就只会停留于表面。因此，还必须引导学生在感性认识的基础上运用比较、分析、归纳、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，使他们形成正确的概念。例如：在密度的教学中，我们可以醋的密度为例。首先测出一瓶醋的质量m■和体积V■，再将这瓶醋分成不同体积的若干份，并测算出每份对应的质量和体积。有了实验数据，再对实验数据进行分析、比较、抽象、概括等思维加工，最终我们发现m■/V■=m■/V■=…=m■/V■=恒量。于是，可初步概括出同种物质的质量比对应的体积，比值为恒量。它表征了物质具有的一种性质——密度。
4.把握好概念教学中循序渐进和概念及时应用的原则。
在物理概念教学中要贯彻循序渐进的原则，这不光是学生认识能力发展规律的要求，而且这是由物理概念本质性质决定的。对于绝大多数物理概念来说，我们都可将它们划分为一次性构建完成的概念和逐步建构完整的概念这两种类型。例如对物体质量和密度来说，它们属于可一次性建构完成的概念。而对于力的概念的深入理解，这就是一个渐进的过程。在初中阶段我们只讲力是物体间的相互作用，而高中阶段有关“力”的概念就在原有的基础上加深加宽了。高中阶段进一步把力和物体运动状态的变化联系起来，指出力是使物体产生加速度的原因，强调力的矢量性，由重力到弹力、摩擦力，进而到万有引力。由力学中的常见三种力到热学中的分子力；由电场力到磁场力；由宏观上的引力到微观里的核力；由物体直接接触相互作用产生的力到物体与物体不直接接触而通过场发生相互作用产生的力。对这么多有关力的概念的理解我们只能依据教材，依据学生认识规律逐步加深。如果试图在学生刚接触力的知识时就过早地要求学生对力的概念有全面透彻的理解，就会违反循序渐进的原则，导致事倍功半，欲速则不达。概念初步建立后，应及时给他们提供运用概念判断问题、分析问题、解决问题的锻炼机会，让他们把抽象的概念再返回到具体的物理现象中加以验证。这样在解决问题的过程中就会逐步巩固和加深学生对概念的理解。
工程流体力学概念篇6
关键词：河流健康价值基准点生态势
一、全面认识河流的价值
什么是河流的价值？在水资源规划者、开发者的目光中，河流具有供水、灌溉、发电、航运和旅游等多种功能。如果对于河流价值的理解仅限于此，这无异于把河流理解为可供人类驱使的工具，而河流的价值仅仅是人类能够利用的资源价值。
现代科学特别是生态学的发展告诉我们，如果人类能够把自己作为自然界的一个平等成员，客观地认识河流，就会发现河流作为地球生命系统的载体所具有的无与伦比的宝贵价值。按照生态系统价值的一般分类方法，河流的价值可以分为两大类，一类是利用价值，一类是非利用价值。在利用价值中，又分为直接利用价值和间接利用价值。直接利用价值是可直接消费的产出和服务，包括河流直接提供的食品、药品和工农业所需材料，也包括对于水资源的开发利用价值。间接利用价值是指对于生态系统中生物的支撑功能，也是对于人类的服务功能。包括河流水体的自我净化功能；水分的涵养与旱涝的缓解功能；对于洪水控制的作用；局部气候的稳定；各类废弃物的解毒和分解功能；植物种子的传播和养分的循环。此外，无论是高山大川、急流瀑布还是潺潺溪流以及荷塘秋月，其本身具有的巨大美学价值，可以满足人们对于自然界的心理依赖和审美需求。在历史长河中，河流自然遗产财富是几千年人类文学艺术灵感的源泉。
另一大类是非利用价值，它不同于河流生态系统对于人们的服务功能，是独立于人以外的价值，分为选择价值、准选择价值、遗产价值和存在价值。非利用价值是对于未来的直接或间接可能利用的价值，比如留给子孙后代的自然物种、生物多样性以及生境等。试想，如果在我们这一代里，像白暨豚这样的物种一个接一个变成濒危珍稀物种，在河流的生态的食物链中不断地缺失和断裂，造成河流生态系统功能的退化，其河流价值的损失将难以预计，又不知对于子孙后代生存造成什么样的负面影响？在非利用价值中，“存在价值”被认为是生态系统的内在价值，可能是人类现阶段尚未感知的但是对于自然生态系统可持续发展影响巨大的自然价值。
以上这些价值一部分是实物型的生态产品，比如食品、药品和材料，其经济价值可以在市场流通中得到体现。另一部分是非实物型的生态服务，包括生物群落多样性、环境、气候、水质、人文等功能。这些功能往往是间接的、却又对人类社会经济产生深远、重要的影响。特别是在商品社会中，有形的生态产品还能为人们所重视，而大量的非实物型的生态服务价值往往被忽视，至于非利用价值则更不为人们所理解。可以说，只有建立起珍爱和尊重一切生命，崇尚自然的生态道德，建立为子孙后代的长远利益的可持续发展观，才有可能对于河流价值产生较为全面的认识。
二、对于河流健康概念的争论
1.河流健康概念的缘起
当河流的管理者对于河流的价值有了全面的认识以后，才会关注河流系统中除了人以外的生物，才会关注河流生态系统的状况。
上世纪80年代在欧洲和北美，开始了河流保护行动。人们认识到河流不仅是可供开发的资源，更是河流系统生命的载体；不仅要关注河流的资源功能，还要关注河流的生态功能。许多国家通过修改、制定水法和环境保护法，加强对于河流的环境评估。在传统意义上的河流环境评估主要是基于水质的物理－化学测试方法，依据某些技术指标体系进行的评估，其不足是忽略了对于生物栖息地质量的评估，包括水流条件对于鱼类、两栖动物以及岸边植被的影响，以及河流水文、水质条件的变化对于河流生态系统退化的影响。在新的生态环境理念的引导下，提出了包括水文、水质、生物栖息地质量、生物指标等综合评估方法，相应出现了“河流健康”的概念。(Scrimgeour1996)[1]
2.什么是河流健康状态？
自然河流经历了数万以至数百万年的演变过程，受到自然界本身和人类活动的双重干扰。对于自然界的重大干扰，比如地壳变化、气候变化、地震、火山爆发、山体滑坡等，河流系统的反应或是恢复到原有的状态，或者滑移到另外一种状态，寻找新的动态平衡，逐步走入良性轨道。在这个过程中，河流系统一般表现出一种自我恢复的功能。而人类活动特别是近一、二百年工业革命开始的大规模经济活动，包括水资源过渡开发利用，经济发展带来的水污染对于河流生态系统的干扰所造成的影响往往是系统自身难以恢复的，严重的干扰往往是不可逆转的。当然，还存在着自然界干扰与人类干扰相互作用以至叠加的可能性。科学界普遍认为人类大规模的经济活动是损害河流生态系统健康的主要原因。许多学者认为，在人类进行大规模经济活动前的自然河流，可以定义为是原始状态。原始状态河流生态系统具有较为合理的结构和较为完善的功能，处于一种自然演进的健康状态。概括讲，普遍承认的基本观点是：自然系统优于人工系统；人类活动干扰前的自然状态优于干扰后的状况。
基于这种认识，有的学者指出“生态健康是一种生态系统的首选状态，在这种状态下，生态系统的整体性未受到损害，系统处于沉睡的、原始的和基准的状态。”（Karr1996）[2]也有学者认为生态健康就是生态的完整性，“在生态系统健康与完整性之间没有实际的差别。”（whileRegier1993)
这些学者们指出，由于生态学的概念比较抽象和模糊，过于学术化，需要提出“河流健康”这种通俗概念既可以在科学家、官员和公众之间进行沟通，也容易被社会公众所理解。另外，如何兼顾水资源的开发利用与河流保护二者的关系？这涉及到不同的利益集团和社会公众利益，如果针对特定河流建立某种河流健康的评估准则，有可能平衡各个利益相关者的利益，形成一种被社会公众接受的、在河流保护与水资源开发利用程度之间取得折衷的评估方案。赞成河流健康概念的学者认为，河流健康概念是河流管理的一个工具。
3.对于河流健康概念的质疑
近年来，围绕河流健康这个概念，一些学者对于河流健康概念提出质疑，其主要观点如下。
1）无法确定河流健康的基准点。
既然河流健康概念引用了对于人类和生物才使用的“健康”这样的词汇，健康应存在着具体的判别标准。一个简单的问题就会提出来：人类的体温为37摄氏度，当然还有许多医学的生物化学指标，都是客观的健康判别标准。那么，河流健康的客观基准点是什么呢？如上述，普遍认为没有人类活动干扰原始的河流状况是首选的健康状况，可以作为河流健康的基准点。但是，几千年的人类文明与经济发展，包括人口急剧增长，历史上发生的农业革命，工业革命，土地利用方式变化，对于河流的大规模开发利用，已经彻底地改变了河流的原始面貌。我国几千年的文明史伴随着一部民族治河史。现在除了我国西部和西南部边远地区的少数河流以外，很难找到没有人类活动痕迹的自然河流。如果用保存至今极少的历史资料来推断原始自然河流的状况几乎是不可能的事。有的学者还指出，即使建立起了人类活动干扰前的自然河流基准点，并且人们以此作为健康标准尽最大的努力进行修复，但是由于河流生态系统始终处于一种动态的演进过程中，河流系统也永远不可能返回到原始的健康状况。
2）河流健康的概念在科学意义上是主观的、模糊的
有的学者认为，“健康是针对生物而言，不能简单应用于生态系统，因此，健康一词不具有明显的生态性质”。（Ryder1990）有的学者认为，河流健康概念不具备客观性，其判别准则是由人们主观确定的，其结果是增加了任意性的机会。“具体的某些人会偏爱河流健康的某一种状态，而生态系统是不会偏爱自身的某一种状态的”（Jamieson，1995）。既然河流健康是由人们主观提出的判别准则，那么，在权衡人类对于水资源的开发利用与河流生态系统保护之间的利弊得失方面，“健康”的标准具有很大的主观任意性。所以，Kapusta(1998)进一步指出，“作为政策目标的生态健康概念的滥用会有潜在的风险。”
3）河流健康是无法度量的
一些学者认为，“因为‘河流健康’并不是河流生态系统固有的特性，所以河流健康无法用科学意义上的技术方法进行度量。”（wicklumandDavies，1995）也就是说，即不能像水文测验或水化学分析方法去获得反映河流固有特征的相应参数。
4.河流健康概念的完善
提倡河流健康概念的学者进一步指出，河流健康概念并不是严格意义上的科学概念，它是河流管理的一种工具。“出于河流管理的目的，重点考虑在河流及流域上建立起一种基准状态，由这个基准出发，评估河流出现的长期变化，判断在河流管理过程中产生的影响。”（Ladsonandwhite，2000）[3]这种管理工具的作用还在于，可以通过建立一种协商机制，在河流的开发者、保护者及社会公众之间达成健康标准的共识，平衡水资源开发与环境保护之间的利益冲突。
随着讨论的深入，河流健康概念又有完善及新的概念被提出。这主要是“生态势”的概念和“健康工作河流”的概念。
1）生态势
既然河流原始的自然状态是难以确立的，索性就不再追求首选的健康状态的目标，而试图建立一种相对的健康基准，于是引用了“生态势”（ecologicalpotential）的概念。生态势是一种可以管理的也是所期望的生态状态，这种状态得到各个利益相关者的赞同，遵循这种准则，河流生态状况将获得改善。生态势概念面对现实，承认人们对于水资源开发利用的合理性，但要确定在不损害生态系统健康的前提下开发的限度。生态势不是一种固定的概念，在这种概念框架下，生态健康就可以用相关的任意基准点进行评估。基准的建立涉及到判断值的选取，而选取的基本原则是生物多样性的最大化，河流生态系统的可持续性，稳定河道优于非稳定河道，本地物种优先于外来物种等。
2）健康工作河流
“健康工作的河流”(healthworkingriver)的概念来源于澳大利亚的墨累河（Rivermurray）的环境流评估工作。（mDBC，2003）与此类似的概念是“工作的生命河流”（livingworkingriver）。
“健康工作河流”的概念是河流管理工作的工具，它提供一种社会认同的、在河流生态现状与水资源利用现状之间的进行折衷的标准，力图在河流保护与开发利用之间取得平衡。“健康工作河流”概念的关键点是，被管理的河流是在一种合适的工作水平上，又处在一种合适的健康状态。所谓“工作”是指供水、发电、航运及旅游等具有经济效益的功能，“工作水平”是可以用水文及水质参数定量规定的，如防洪安全水位，供水及灌溉安全，河道侵蚀或淤积程度，水库蓄水量等。而生态健康的指标除像鱼类产卵所需水温等个别指标可直接定义外，多数依赖于指标体系。在管理过程中，一旦发现河流低于健康工作水平就会给管理者一种预警信息。
3）4种类型基准点
近年来发展了若干河流健康基准点方法，择其要者有以下4种。第一种是河流生态得到完全恢复的理想状态。由于它脱离实际社会经济状况，也违背生态系统自身的演进规律，所以较少采用。第二种是样板河段比照法。指参照未受到干扰或轻微干扰的河段，如果监测河段与其参照河流状态偏离越远，则其健康状况越坏。第三种是建立以水质指标为主的准则。对于每一种水质指标都规定某种变化范围，不同区域根据当地条件放宽或修改，作为地方标准。第四种是流域状况综合模型，采用对于流域物理、化学和生态状况的综合描述的墨累河健康模型。另外，在河流健康调查评估内容方面，主要进行4类评估，即物理－化学评估；生物栖息地评估；水文评估和生物评估。转贴于三、我国河流管理中如何应用河流健康概念
在我国河流管理工作中提出河流健康的概念具有前瞻性。河流管理者不仅是水资源的开发者，也将是河流生态系统的保护者，这是管理理念的重大进步。由于河流健康概念对于我国水利界还是一个新概念，如何结合我国国情准确把握这个概念，促进河流生态建设，似有若干问题需要探讨。
1.河流健康概念是河流管理的评估工具
综上述，河流健康概念不是一个严格定义的科学概念，而是通俗意义上的管理评估工具。其目的是要建立一套评估体系，评估在自然力与人类活动双重作用下河流演进的长期过程中河流健康状态的变化，进而通过管理工作，促进河流生态系统向良性方向发展。因为寻找河流原始的健康状态建立评估基准点是不现实的，所以只能寻求一种相对的评估基准点，从这个基准点出发，研究长期的河流健康状况变化趋势。
2.建立河流健康评估准则时应该因地制宜
我国幅员辽阔，各流域的自然条件千差万别，经济社会发展水平各异。河流生态修复受自然条件的限制，也受到流域经济发展阶段和投资能力的制约。所以，制定河流健康评估准则，既不能照搬国外经验，也不可能制定全国统一的标准。应因地制宜地经过调查、论证，制定符合流域、地区自然及社会经济条件的健康评估准则。
3．水污染是对河流健康的最大威胁
2002年，全国七大江河水系的741个监测断面中，仅29.1％的断面符合Ⅲ类以上水质标准，30.0%的断面属于人体不能直接接触、仅可用于工农业的Ⅳ、Ⅴ类水质，40.9%的断面属于完全丧失水环境功能的劣Ⅴ类水质；90％流经城市的河段受到严重污染；大部分湖泊氮、磷含量严重超过地面水水质标准，在东部和西南地区被调查的200多湖泊中，有80%不同程度富营养化，水生生态系统全面退化。工农业和生活污染是造成水环境污染的主要原因，是对于河流健康的最大威胁。由此，我国现阶段维持河流健康的首要任务是水污染治理与控制，在治理策略方面，从末端治理向源头预防和全过程控制转变。
4.遵循河流保护发展阶段的一般规律[4]
制定我国河流环境保护战略，有必要研究和借鉴发达国家河流保护的经验教训，特别需要研究其河流环境治理的发展历程。西方发达国家针对二战后工业急剧发展造成的水污染问题，从上世纪50年代开始了以水质恢复为中心的河流保护战略行动。经过30多年的不懈努力，到80年代初河流污染问题得到基本缓解，开始了以河流生态修复为中心的战略转移。包括生物栖息地建设，恢复河流的生物群落多样性等，其目标是恢复河流生态系统的结构和功能。从西方国家的发展阶段看，综合污染防治在先，河流生态建设在后，治污是河流生态建设的前提和基础。通过河流生态建设提高了河流系统的自净能力，反过来又增强了治污效果。
总体看我国与发达国家在河流保护方面的差距至少有50年。这是因为我国江河湖库水质恶化趋势未能得到有效遏制，我国河流保护工作总体处于水质改善阶段，在治污方面还要走很长的路，全面进入河流生态恢复建设尚待时日。
近年来，水利系统通过紧急调水解决一些河湖的生态退化问题，取得一定成效。此外，有些流域机构和省份正规划兴建大规模调水工程解决河湖生态健康问题。必须指出，依靠增加水量的方式改善生态环境是有条件的。这种方法对于绿洲生态系统和自然湿地效果较为明显，而对于工业污染严重、人口密集地区效果不显著，或者带有暂时性。总之，改善河流生态状况的根本措施是治污，超越治污阶段试图改善河流生态状况的努力难以奏效。
尽管河流保护的各个阶段难以跨越，但是水利系统在维护和改善河流健康状况方面还是可以有所作为的。在技术层面上，加强对河流生态状况的综合监测和动态评估，研究河流生态系统的演进趋势，制定河流生态建设的中长期规划；加强对于兴建水利水电工程的论证与管理，减少工程对于河流生态的负面影响；加强对于湖泊水库和河口的湿地保护；综合考虑河流植被和鱼类等动物的生态需求，合理调度水库；开展小型河流生态修复工程试点等。[5]
5.河流健康评估准则应体现开发与保护的协调
我国正处于经济快速发展时期，对于水资源的可持续利用是社会经济可持续发展的保障，片面强调开发或单纯保护生态都不足取。河流健康概念应包含对于合理开发水资源的承认。河流的管理既应满足人类需求，也应兼顾河流生态系统健康。健康河流的目标既是一条“工作”的河流，又是一条“健康”的河流。评估准则应充分体现可持续发展的理念。
6.河流健康评估准则应体现社会各个利益相关者的利益协调
建立评估准则，应该提倡跨部门、跨行业的积极参与，在水资源开发利用的各个部门，生态环境保护部门及社会公众利益之间形成共识。还应充分体现社会公众的广泛参与。
(2005-1-4)
参考文献
[1]Scrimgeour，G.J.andwicklum，D.1996.aquaticecosystemhealthandintegrity:
problemandpotentialsolution.JournalofnorthamericanBenthlogicalSociety15(2)
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[2]Karr，J.R.1996.ecologicalintegrity，andecologicalhealtharenotsame.
inSchulzep.C.(ed)，nationalacademyofengineering，engineeringwithinecologicalConstraints.
nationalacademypress，washington，DC，pp.97-109
工程流体力学概念篇7
一、学生在物理概念学习中常见的思维障碍
(一)先入为主、错误的生活经验的影响。
学生生活于自然环境中,从大量的物理现象中获得不少有关物理方面的感性认识,积累了许多生活经验。这些先入为主的生活经验有基本正确的,也有错误的。那些错误的生活经验妨碍了正确物理概念的建立。从物理概念的形成过程看,一个概念只有经过个体意义的智力活动过程才能获得,不论是“接受学习”或者是“发现学习”,教师或教材的干预绝对不能取代学生自己的观察、经验、知觉、操作、实验、探索和思维等必要的过程,正是通过这些过程,以及个体和环境间的相互作用,我们才能找出所研究的物理现象或情境的异同点,抽出其本质和有别于其它特点的属性,籍此形成物理概念。例如,当教师讲解力和运动的关系时,学生却认为力和速度成正比,力大,速度也大;又如运动速度大惯性就大。学生把这种看法视为“常识”,认为是千真万确的。又如,学生认为落体快慢与物体所受重力大小有关,物体越重,下落的越快,等等。
(二)对相关概念的变化不易理解。
物理学中有许多相关联的物理概念,它们既相联系,又具有各自不同的本质属性。一些学生由于对它们的物理意义理解不透,区分不清,加之头脑中的物理图景比较单一,对有关的物理图景比较生疏,容易将它们之间的变化关系简单化,认为它们在变化时应按照同一趋势发生变化,因而对相关物理量的相反变化难以理解。如:物体做加速直线运动时,速度越来越大,而加速度可能会越来越小;汽车以一定功率启动后,当加速度为零时,速度最大;人造地球卫星距地面越远,速度越小,等等。
(三)主观臆造因果关系。
物理学中的因果关系反映了物理概念之间的内在联系,应该是十分严谨的。但学生在学习物理概念时,由于其主观随意性,或推理的不严密性,有时会建立物理概念间错误的因果关系。如学生会错误地认为:由于导体内电荷的定向移动产生了电流,因此电荷定向移动的速度就等于电流的传导速度;错误地认为负电荷的运动方向也是电流的方向;错误地认为人提水沿水平道路行走,人对水桶做功。
(四)旧有认识的局限性。
学生在经典物理的学习中,形成了一定的物理观点,导致在学习物理概念时,由于旧有的物理图景需要更新,而新的物理图景与学生原已形成的物理图景差异太大,甚至相冲突,因而在新的物理概念的学习中会出现一些思维障碍。如在学习相对论中的质量与速度关系时,由于旧有知识的影响,导致难以接受。
二、学生在学习物理概念过程中的心理特点
(一)抽象和概括的特点。
中学生在物理概念的学习中,往往抓住的是不同物理现象的个别特征和非本质的属性,而不能把物理现象的共同属性抽象出来,把不同物理现象的本质属性联结起来加以概括。如在学习速度的概念时,教师列举大量生活中的物理现象:飞机在空中飞、汽车在公路上行驶、人在地上行走……让学生分析这些物理现象有什么共同属性。学生往往只注意其非本质属性――运动,而忽略了飞机飞比汽车行驶得快,汽车行驶又比人走得快这一本质属性。教师就要引导学生去抽象出它们运动的快慢不同,然后对本质属性加以联结概括,概括出速度概念的本质。所以说抽象和概括是在比较与归纳、分析与综合的基础上进行的。
(二)记忆的特点。
中学生在物理概念学习中的记忆特点是由学生的好奇心、强烈的求知欲等心理因素所决定的,表现为对于有兴趣的物理问题和概念愿意去记,对枯燥的物理问题和概念不愿去记。这种记忆只是侧重于机械记忆和形象记忆,而缺乏理解记忆和抽象记忆。如在记忆“力的概念”时,不仅要记住力的定义,而且要记住力的内涵、外延及产生条件,否则遇到问题就容易死套定义,得出错误结论。例如,一物体沿斜面滑下,问在滑下过程中受哪几个力的作用?如果对力的概念不清或死套定义就容易多出下滑力。原因是没有理解力的产生条件必须是两物体相互作用,受力者必须有施力者施力,而且要作用在该物体上。
三、物理概念教学应注意的要点
基于以上分析,物理概念教学应摆脱传统教育思想的束缚,不能仅偏重于知识的传授,而应偏重于引导学生观察实验,不能仅偏重于思维所得到的结果――概念,而忽视形成概念过程中认识活动的方法和过程。因此教师在教学中要把握好如下环节。
(一)创设学习物理概念的情境,激发学习动机。
这是物理概念教学的必经环节,教师要通过这一过程使学生了解为什么要引入新概念,引入有什么作用,使学生在认知结构中找一个适当的“生长点”,以便建立概念,使学生明确概念在认知结构中的地位。
(二)进行思维加工。
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,尽管教师在作出概念的文字或数学表达时讲得很清楚,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于分离状态。因此要使学生形成正确的概念,教师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,引导学生运用比较、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。
工程流体力学概念篇8
关键词：物理；教学；思维；语言
中图分类号：G633.7文献标识码：a文章编号：1671-0568（2012）27-0137-02
物理学习困难问题一直是国内外物理教育研究者和教育工作者们非常关注的一个难点问题。从上世纪六十年代开始，人们就这个问题从学科特点、教法、学法、学校、家庭、社会环境等多方面多角度地展开研究，并形成了若干教学模式和理论体系。而且这些研究成果用于指导教学实践，也取得了一定的成就。但是，物理学习困难的更深层次问题，还有待研究。在多年的教学实践中，笔者发现：学生不会用物理语言表达物理问题，是导致物理难学的原因之一。在物理教学中，教师要注重强化训练学生的物理语言，学生应该学会用物理语言表达生活、生产和科学技术中的物理问题。怎样训练学生的物理语言，是物理教师应该关注的问题。
一、物理语言对培养学生的思维能力的影响
在物理教学中不论是概念的建立，还是规律的认识，都是培养学生的思维能力的过程，而注重训练学生用物理语言表达物理问题是提高学生思维能力的一条有效途径。
1.什么叫做语言？什么叫做物理语言？对于语言这一概念，很多学者给出过不同的概定，郑晓顺在他的《教师实用语言艺术》中认为“语言是人类用自身发出的不同声音表达意思的符号系统，它由语音和语义构成，是人类用来交流思想、传递信息、传授知识的工具，是人际交往的工具，也是思维的工具。”在王德春的《语言学概念》中把语言定义为：音义结合的词汇和语法体系。语音是语言的“物质外壳”，语义是语言的意义内容，词汇是语言的“建筑材料”，语法是语言的组织规律。而物理学是由物理现象、概念、规律和理论构成的一门学科。在物理学的认识、研究过程中，要能用语言描述出物理现象、概念、规律和理论。那么，能表达物理现象、物理概念、物理规律和物理理论的符号系统就叫做物理语言。
2.思维的定义及类型。思维是人脑对事物间接的、概括的加工过程，它反映事物的本质属性和事物之间的规律性联系。
思维包括动作思维、形象思维和逻辑思维。思维都要借助于某种媒介进行，动作思维是借助实际的动作进行的，形象思维是借助直观的形象和表象进行的，而逻辑思维则是借助语言进行的。
3.逻辑思维的形式和一般方法。逻辑思维是以概念、判断、推理的形式反映现实事物的运动规律，以达到对事物的本质特征及其内在联系进行的认识过程。在形成概念、判断和推理的过程中，常用的方法有：分析与综合法、归纳和演绎法、特殊到一般的方法和具体到抽象等。例如，在初中物理教学中，速度、密度、压强、比热容等概念的建立，欧姆定律、阿基米德定律等规律的认识过程都运用了这些方法。
4.思维与物理语言的关系。语言是人与人交往的最重要的工具，是词汇和语法的总和。思维是反映客观事物一般特征、规律及相互联系、区别的认识过程，是人类大脑的一种机能，人在进行智力活动的时候，不论出声不出声，都有语言动觉，人在沉思默想的时候，也在运用自己的发音器官“说话”，只不过是不出声罢了。人的思维过程是需要语言参与的，而思维的结果需要语言表达出来，概念、判断和推理形成之后，必须用词语和句子把它记录下来，所以语言起着固定思维的作用。例如：比热容的认识过程，首先，通过实验，让学生认识到质量相同的不同物质，在温度变化相同的情况下，吸收的热量不同，从而让学生认识到不同物质具有吸热本领不同的属性，然后，应用分析与综合、归纳与演绎法建立起比热容这一概念。让学生知道，比热容是表示物质属性的一个概念，在比热容概念的建构中，学生如果对“质量相同的物质”、“温度变化相同”、“吸收的热量不同”等语言表达得熟练，那么，学生对比热的理解就会容易些。再比如，对阿基米德原理的认识过程，学生通过实验探究，认识了浸入液体中的物体受到的浮力，等于物体所排开的液体受到的重力。如果学生对“浸入液体中的物体”、“受到的浮力”、“物体所排开的液体”、“受到的重力”这些语言掌握得熟练，那么，学生对这一规律就会掌握得好一些。
语言不仅能固定思维的成果，而且还可以帮助思维条理化，语言可以将思维成果传递给别人。比如，牛顿第一定律是在实验的基础上，通过推理得出：运动的物体在不受力的时候总保持匀速直线运动状态。再经过分析与综合，最后归纳出：一切不受力的物体，总保持静止状态或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。所以，在学习物理知识的过程中，必须加强对学生的物理语言的训练。
二、物理语言对培养学生问题解决能力的影响
在新课程标准中，强调了培养分析和解决问题的能力以及合作交流的能力，在物理学中，问题解决能力就是学生应用所学的物理知识进行思考、探索、解决物理问题的能力。学生在物理学习中，经常会有“听着容易，做着难”的感觉。其主要原因是在阅读物理题时，由于学生对物理语言不熟悉，不理解一些关键语句的意思，因此，不能建构起题目所说的物理情境，分析不出问题所涉及的未知条件与已知条件之间的内在条件，解题时，不知从何入手。在与老师和同学交流的时候，心里想什么，不能用语言表达出来，所以在解决物理问题时就感觉很困惑。常有学生这样说：“老师一讲我们就懂，我们一做就不会。”回想一下，老师也不是天生就会的，只不过是老师除了对中学物理知识已形成了一定的体系，掌握了一些解决物理问题的方法之外，更重要的是能用熟练的物理语言表达物理问题罢了。所以，在教学过程中，我们应该注重训练学生的物理语言，要让他们能熟练的用物理语言表达物理问题，学生在解决物理问题的时候就会轻松一些。
三、训练学生物理语言的策略
物理语言的训练可在以下几个环节进行：
1.在新课讲授前，复习旧课时进行。课堂复习是训练物理语言的好机会，通过老师提问，学生回答，可规范、训练学生的物理语言。
2.在探究式教学的问题提出、做出猜想与假设、分析论证和评估交流时进行。
在提出问题和做出猜想与假设时，可以让学生把自己想到的问题说出来，老师可逐步引导学生用物理语言表达问题。在分析论证和交流评估时，老师可让学生根据实验、推理得出的结论，先用口头语言和书面语言表达出来，再让学生在交流的过程中，讲述整个探究过程的成功和失败之处，这也是训练物理语言的好时机。
3.在复习、讨论课中进行。在复习、讨论课中，在给学生梳理知识脉络、建构知识网络时，可以通过提问的形式、小组讨论的形式，让学生用物理语言复述所学过的知识，也可以对学生进行物理语言的训练。
总而言之，在物理教学中，重视对学生的物理语言的训练，对转变物理难学问题可以起到很好的作用。
参考文献：
[1]王德春.语言学概论[m].上海:上海外语教育出版社.
工程流体力学概念篇9
关键词：概念图 教学思考 不足
中图分类号：G633.91
文献标识码：a
文章编号：1672-8882（2012）12-072-01
概念图是一种有效教与学的策略。在新课程改革的背景下，利用概念图组织教学也是必然趋势之一。本文就我自己的体会什么是概念图、概念图的绘制步骤、规范和概念图教学建议作如下介绍。
一、概念图绘制步骤
一般包括：①确定关键概念和概念等级。②选取一个熟悉的知识领域。③初步拟定概念图纵向分层和横向分支。④建立概念之间的连接，并在连线上用连接词标明两者之间的关系。⑤在以后的学习中不断修改和完善。
二、概念图绘制规范
①概念图中每个概念只出现一次。②连接两个概念间的联系词应尽可能选用意义表达具体明确的词。③连接概念的直线可以交错，但向上或向两侧联系时需加箭头（没有箭头时默认时由上往下）。④概念名词要用方框和圆圈圈起来，而联系词则不用。有人就概念图教学提出建议认为：①演示制作实例。②给学生练习机会，让学生自行制作。③对概念图构建提出适当指导建议，并鼓励进行修改。④鼓励学生创造性构建概念图。
高中生物新课程改革即将实施，尤其强调教会学生“学会学习”。在高中生物教学中，我们究竟如何进行概念图教学呢？根据高中生物学科实际情况、兄弟学校概念图教学情况和自己教学实践，我思考如下：
三、概念图教学过程思考
1、概念图制作属于程序性知识。程序性知识获得，需要给学生范例，让学生加以揣摩、领悟和模仿。通过上面程序，在教师点拨下，学生能够较快地把握和遵循其中规范。在概念图制作的教学中，若先详细介绍概念图制作知识，空洞抽象，学生往往不知所云，不符合学生程序性知识获得的学习心理。呈现一个简单、富有代表性的、规范的概念图范例，学生可以掌握概念图绘制的一般规律。学生领悟基础上再由学生尝试制作，积极性较高。对学生作品和前面范例的加以评讲，可使概念图制作规范和要求进一步得以内化。
2、关于概念图变式训练。概念图是一种教与学的工具，也可以作为教学评价工具和知识表征工具。在湖南省2005年高中生物iBo初赛试卷中的43题已经得到体现。在将来高中生物考试中，概念图可能作为一类考试题型出现。在平常的教学中尝试进行概念图教学，可以培养学生学习能力。然而，概念图制作方法和规范属于陈述性知识，而具体制作过程则是将陈述性知识转化成程序性知识的过程。程序性知识获得需要进行变式训练。所谓“变式”指概念或规则的“正例的变化”。通过提供变化的正例，让学生练习，从而掌握程序性知识。
3、概念图教学与其他学习方式、传统概念教学方式的关系处理。学生学完一章给自己做个全章摘要，可以鼓励他们用各种方式概括总结-用图表、概念图、比较/对比表、文字描述或任何其它他们喜欢的方式。概念图是信息处理的方式之一。因此，概念图是一种对陈述性知识的表征方式，对于其他方式不应该排除，应互相补充，相得益彰。否则学生的综合能力得不到很好发展。在高中生物的学习中，应针对学科内容特点，教会学生采取相应学习方式，利用不同知识表征方式加以学习，从而取得好的学习效果。
4、概念图的展示。教师在呈现概念图时应采取分步教学，由局部到整体，逐步展示。效果比预演时展示概念图全图要好。这样概念层次清晰，关系简洁明了，有利于学生把握复杂的概念和概念关系，有利于概念图制作概程序性知识的掌握。当然现在有概念图制作软件，采取分步教学，效果较好。但对教师要求较高，必须预先设计好。否则随意性加大，制作的概念图不符合规范，漏洞百出，造成学生对概念图规范的陈述知识和概念图绘制程序性知识获得出现偏差，不利于学生生物知识的系统获得。
四、概念图的不足
1、“ 专家图”对学生高中生物个性化学习不利。研究表明：“专家图”是否应该存在以及是否能够作为评分依据，却也处于激烈的争论之中。概念图主要只对图的创建者是有用，构图过程为学生在特定主题上进行反思提供了结构化空间，学生只要能够清楚表达他对于主题的想法就可以了。强调“专家图”的存在和作用不利于学生个性化学习，不利于学生自我反思。我的观点是：只要学生按照概念图制作规范要求的思想构建高中生物概念图就可以了。按照建构主义和多元智能理论，学生原有知识和表达方式有明显差异，对高中生物某些知识的概念整理方式和审视角度存在明显差异。如果他能够按照概念图绘制规范对某一内容进行整理并不断发散性联系，反而是学生创造性学习的具体表现。对于“专家图”，我比较乐于接受的观点是，它可以作为一个很好的范例，供学生领悟和参照，而不能仅作为评价工具，否则对学生的创造性学习和“个性化”学习是不利的。概念图本身也是一个发散性思维的很好工具，我们又何必让学生画的一定要跟专家一样呢？
2、忽视对学生的技能训练，并对高语文能力学生造成学习干扰。概念图往往反映了学生知识结构中的静态部分，因而对培养学生抽象思维能力、想象能力和运用科学知识解决实际问题的能力有一定影响。因此，概念图只是一种陈性述知识表征工具，对学生其他能力把握存在不足。另外，一些学生有个性化的学习风格和认知方式，在高中生物学习中不愿意建构概念图，这不利于学生学习和教师教学。
3、有研究数据表明：学生对概念图学习策略的理解具有一定难度，并表现出畏惧心理。在高中生物教学尤为明显。我认为概念图在国内推广困难与我们的思维心理、个人性格有关。它的表现形式可能存在不足。不一定符合我们思维习惯、知识表征形式和交流习惯。当然我们可以从中学到一点东西加以运用。
总之，高中生物新课程标准强调培养学生搜集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力等，重在培养创新精神和实践能力，概念图与新课程改革是相通的。现在生物 高考中，学生简答题答案中概念运用不恰当普遍存在，运用概念图教学改造现行高中生物教学不枉为一个好的教学策略。
参考文献：
[1]张倩苇.概念图及其在教学中的应用[J].教育导刊．2002，（11）.
[2]王大平 李新国.概念图的理论及其在教学中的应用[J].现代教育技术．2004，（6）.
工程流体力学概念篇10
关键词：流体力学；理论教学；实验教学
一、流体力学课程特点
流体力学是水利工程、环境工程、给水排水等专业的一门学科基础必选课，与后续专业课联系紧密。如对于给排水专业来说，后续的水泵与水泵站、建筑给排水等课程的学习都需要用到流体力学方面的知识。流体力学具有较强的理论性和实践性，该课程理论抽象，理论公式推导和基本概念比较多，学生需要在掌握基本概念及理论公式推导的基础上，清楚了解公式的应用限制条件，才能灵活运用所学知识来解决实际问题。另外，实验是流体力学课程的一个重要环节，与所学理论知识紧密相关，是验证理论、数值计算结果的重要途径，是学生获得感性认识的主要手段，对于培养学生的实际动手能力，加强对所学理论知识的掌握方面起着重要作用。根据笔者多年的教学经验，目前，在流体力学课程的教学过程中存在着一些问题：课堂例题和课后习题与工程实际脱节，理论与实际联系不够紧密，学生对所学知识在实际工程的应用不甚了解，只会机械照搬公式解题；教师主要采用课堂灌输、学生被动接受的教学模式，与学生的互动比较少；所开设的实验多为验证型和演示型实验，学生自己设计实验并加以验证的机会甚少，不利于学生思考问题、分析问题和解决问题能力的培养，更不利于学生解决实际工程问题能力的培养。因此，流体力学课程教学需要采用多元化教学模式、加强理论与实际的联系、对实验教学环节进行改革，以取得较好的教学效果。
二、教学方法探讨
（一）理论教学方法探讨
1.重视绪论的作用。
绪论对于讲好一门课是非常重要的。通过对绪论的学习，学生可了解本课程涉及的主要内容，在学科领域中的地位，发展历史、现状及发展方向，与后续专业课程的联系，在社会经济发展中的地位与作用等。通过对绪论的学习，可以让学生了解学习本学科的意义、目的及重要性，激发学生对该门课程的学习兴趣，安排好学习计划，为学好该门课做好充足的准备。
2.采用启发式教学手段。
现代教学论中的启发式教学思想的特点是：强调学生是学习的主体，教师要调动学生的学习积极性，实现教师主导作用与学生积极性相结合；强调学生智力的充分发展，实现系统知识的学习与智力的充分发展相结合；强调激发学生内在的学习动力，实现内在动力与学习的责任感相结合；强调理论与实践联系，实现书本知识与直接经验相结合[1]。因此，将启发式教学思想应用于流体力学课程教学，把学生放于主体地位，可充分调动学生的学习积极性，提高学生对本门课的兴趣，增强学习效果；教学中通过理论与实践的紧密联系，便于将理论知识应用到工程实践中，要使学生对知识的掌握更加灵活牢固，并为以后课程的学习及工作打下坚实基础。
（1）采用对比法。授课时，将相近或相反的定义、概念进行对比，加强学生对概念的理解和掌握。如讲解流线和迹线、恒定流和均匀流、层流和紊流等概念时，采用比较法授课，避免学生对学习内容的混淆。另外，还可将新旧知识进行对比，使学生在复习旧知识的同时，加深对新知识的掌握。如在讲动量方程时，可将动量方程与能量方程的应用前提条件、所能解决的问题进行比较，从而加深学生对这两大基本方程的理解和掌握。
（2）采用联系法。在讲概念之前，先引入实例。如在讲卡门涡街概念之前，先介绍电线在风中发出声响的原因；通过介绍汽车外形设计，讲解绕流阻力的问题；在讲表面张力的时候，联系露珠是球形的现象；在讲毛细现象的时候，联系当毛巾部分浸在水中时，未浸在水中的部分也会变湿的生活现象。通过对这些与生活紧密相关的流体力学问题的思考，使学生的学习兴趣大为增加，并且要加深对所学知识的理解和掌握。另外，还可联系新旧知识，如有压管流的水力计算其实就是能量方程在实际工程中的应用，同时联系后续的专业课学习和日后所从事的工作，引导学生对所学知识温故知新，达到融会贯通的效能。
（3）采用“问题式”教学法。在授课过程中，针对某些易混淆、易理解错误的知识点和难点，适当地提出一些诱导性问题，以提出问题、分析问题、解决问题为线索，达到学生掌握知识的目的。有些问题先提出来，留出适当时间，再让学生回答；有些问题提出来为引起同学注意，教师可自问自答。如在推导作用在平面壁上静水总压力公式时，公式得出后，可向学生提问“公式推导过程中所涉及的水深h和y值是否相同，若不同，它们之间有何关系”，让学生回答，以加深学生对公式中各项符号的理解，避免应用公式时混淆出错；在讲液体作用在曲面上的静水总压力时，先提出问题“能否用液体作用在平面上的静水总压力的求解方法来求解”，然后分析曲面和平面所受压力的不同点，最后得出液体作用在曲面上的静水总压力的求解方法。
3.充分利用现代多媒体教学手段。
在教学过程中，采用板书和现代多媒体技术相结合的方式，充分利用现代多媒体教学手段，将声音、图形和动画等与授课知识灵活结合，提高学生的注意力和学习兴趣。教师可以在讲授偏重于推导过程的内容时采用传统授课方式，而讲授需要直观形象的内容时采用多媒体教学方法。如在讲局部损失时，通过流体力学模型局部障碍处漩涡的形成演示，加深学生对造成局部水头损失影响因素的理解；在讲压力体和静水压强分布图绘制时，利用多媒体演示图形的叠加、抵消过程，使学生一目了然，起到事半功倍的效果。
4.加强理论与实际的联系。
由于学生缺乏对实际工程的感性认识，对抽象的理论在理解上有一些困难，因此在讲课时要加强所讲授的理论知识与工程实际的联系。例如，在讲流线时，可让学生在实验室观看流体力学模型的水流现象，或做成动画演示，使学生对实际的水流现象有直观的认识，从而加深对流线概念的理解；对工程中常用到的流体力学知识，如能量方程，应在推导及应用条件等方面深入讲解，并举例讲解该方程在实际工程中能解决的问题，如在城市给水管网中管道埋深确定方面的应用等，加强学生对该方程的理解，做到灵活运用，增强学生解决实际工程问题的能力。在授课时，还应尽量将流体力学的有关知识与后续专业课相结合，使教学内容更加充实，并可激发学生的学习兴趣，提高学习效果。如将有压管道的水力计算与后续课程给水管道的设计相结合；将无压管道的水力计算与排水管道的设计相结合；将水头损失计算与建筑给水系统中水箱的设置高度、水泵扬程选择等相结合。
5.重视课堂习题和课后作业。
流体力学课程中的理论公式和概念比较多，为加强学生对基本概念的掌握，熟练运用理论公式解决问题，要重视课堂习题和课后作业对知识巩固的作用。教师在讲完理论知识后，应选择有代表性的例题，通过对典型例题的剖析，启发学生举一反三，达到灵活掌握所学知识的目的。另外，通过适量的课堂习题检查，巩固学生对知识的掌握程度，给学生提供课堂讨论的机会，加强对学生思维的锻炼。给学生布置适量的课后作业也非常重要。通过课后作业，可促使学生复习学过的知识，加深对所学知识的掌握。另外，教师通过对作业的批改，发现学生学习过程中存在的弱点和不足，再加以重点讲解，从而在教学过程中可做到有的放矢，增强教学效果。
（二）实验教学方法探讨
流体力学课程具有很强的实践性，其实验教学效果对整个课程体系产生着直接的影响。实验教学可以弥补理论教学的不足，增强学生对基本知识的理解和掌握，如雷诺实验的演示，可加深学生对层流和紊流概念的理解。另外，实验教学还可培养学生分析问题、解决问题的能力及创新能力。目前流体力学实验内容多为验证型和演示型实验，综合创新性实验很少，基本上是学生按照实验指导书的实验步骤，一步一步做，而不是自己动脑设计并加以验证，这样就无法培养学生分析问题和解决问题的能力。为更好的培养学生的实验操作能力，应多开设一些综合创新性实验，由学生自己提出问题、设计实验步骤、实验操作、整理实验成果、得出结论。学生在自主完成实验的全部环节时，能够将课堂上所学的理论知识和学过的实验技能有机地结合起来，动手能力、分析解决问题的能力均得到综合训练。另外，在条件允许的情况下，实验室可全天开放，学生可根据自己的时间安排完成实验任务，教师负责答疑。学生的实验成绩应由实验操作和实验报告综合得出，以一定比例计入本门课的总成绩。这样可激励学生对实验的重视，调动其积极性。
三、结语
在流体力学课程的教学过程中，应充分利用启发式教学和现代化教学手段，加强与工程实际的联系，改革实验教学方法，从而激发学生的学习兴趣，增强学生的动手实践能力和思维能力，提高本门课程的学习效果。
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