压强概念的辨析与教学设计

2014-01-08郑渊方

物理教师 2014年12期

郑渊方

（福建师范大学物理与能源学院，福建福州 350007）

当前，国家物理课程标准要求教师重视知识形成的过程与方法，但各种教科书和教学参考书对知识所形成的过程和方法的介绍、说明和解释还存在诸如系统性、连贯性不够甚至空缺等问题，造成教师备课的困难.初中“压强”概念就是这些问题的集中表现.由于教材未给出压强概念的得出过程和方法的明确信息，教师在上课中有的按比值定义法展开，有的按控制变量法展开，有的即讲控制变量法，又讲比值法.各学者对这一问题的研究后得出的结论也各不相同.有研究认为，对“压力的作用效果跟什么因素有关”这一探究实验的设计可以采用控制变量法；当描述“压力的作用效果”需要引入新概念时，就需要按照比值定义法的要求建立压强概念.［1］最近有学者指出，压强概念得出需要的核心科学方法是比值定义法而非控制变量法，其原因在于比较的核心思想无法绕开.［2］据笔者分析，压强概念的得出过程应该是控制变量法，现分析并按此方法对压强概念重新备课.

1 压强概念教材分析

虽然初中对这些物理量之间的关系局限于定性研究，不能通过实验得到定量的关系，但应该经过适当的说明后再得出这种关系，从而得到压强的表达式.若要研究定量的关系，则压力的作用效果必须是压缩的长度与原长的比值，而不是压缩的长度.有些教师表示说这个实验没办法定量研究，因为压缩的量与压力和受力面积不成比例.由上述分析可知，实验不能成功的原因是形变程度界定错误，当然这还有待于后续的进一步实验验证.

2 固体压强概念得出的思维过程和研究方法

思维是人脑对客观事物的本质属性和事物之间内在联系的规律性所作出的概括与间接的反映.［5］这句话可以分解成两部分，前半句是“人脑对客观事物的本质属性所作出的概括与间接的反映”，这就是概念的形成.物理概念因此被人界定为，是客观事物的物理共同特征和本质属性在人脑中概括和抽象的反映.后半句是“人脑对客观事物之间内在联系的规律性所作出的概括与间接的反映”，这就是规律的获得.思维的过程有分析、综合、比较、分类、抽象、概括、具体化、系统化等等.概念与规律、判断、推理、想象等是思维的形式.我们所谓的逻辑思维就是应用概念与规律进行判断与推理的过程.

总而言之，压强的概念形成的方法是控制变量法，其思维过程主要有分析、比较和综合.

3 压强概念的教学设计

3.1 充分利用学生原有相关知识和生活经验充当“先行组织者”，同化新知识

有意义学习必须基于学生的已有经验，教学中让学生充分思考并畅快表达自己的看法特别重要.教师可采用头脑风暴的方式激励学生，学生的已有知识、经验、看法都可以充当学习新知识的“先行组织者”，作为新的思维内容的固着点.

首先让学生表述前面学过力的作用效果，引出今天要进一步研究压力使物体发生形变这一作用效果.并要求学生举例讨论说明压力的这种作用效果与压力的关系.学生可能的讨论内容有：

（1）压力越大，压力的作用效果越明显，例如，我用压弹簧、海绵，压力越大，压下去的部分形变程度越大……

（2）压力越大，压力的作用效果越明显，但也存在反例，如你用手压桌子，看不见效果，同样的力压弹簧就能看见效果……

（3）压力越大，压力的作用效果越明显，但也存在反例，如你站在海绵上比躺在海绵上作用效果更明显，但这时你对海绵的压力好像都等于重力啊……

3.2 教师总结引导，进一步扩展深化学生的思维，明确研究的主题

教师的作用就是及时对学生们的思维进行组织，帮助学生有条理地思维、深化思维，并在总结学生观点的基础上，根据教学目标，合情合理地将学生拉回到下一步要研究的问题上.

教师在学生举例的基础上，可以再准备一些学生还不熟悉或未想到的实际例子，以使学生具备足够的感性经验.最后总结这些实例提出猜想，压力的作用效果不仅与压力大小有关，还可能与受力面积、材料的软硬程度有关.教师提出下一步研究的问题：如果同一种受力的材料，如何研究压力的作用效果与压力的大小、受力面积的关系.

3.3 讨论确定研究的量的表示方法与问题的研究的方法

教师要让学生明白科学研究不是想当然，而是必须具体化、可操作化.科学研究也有不同的层次，定量研究是科学研究所追求的，但初步的简单的定性研究也对问题的解决也是有帮助的.

教师可引导学生共同讨论下列问题：

（1）选择什么材料作为受力物体？

（2）压力的作用效果用什么量来表示？

（3）压力由什么提供，如果我们只定性的考察一下，压力需不需要测量，受力面积需不需要测量？

限于初中学生的知识水平，这里还是不做定量实验.所以，学生说压力的作用效果看所选的受力材料的下陷程度就可以肯定学生的想法.

讨论后学生还会想到：如果要研究受力面积是否会影响压力的作用效果，则要在压力相同的情况下，看受力面积不同时压力的作用效果如何.研究压力的影响也要这样.对于学生的这些表述教师要及时将思维的重点突出，让学生清楚看到他们用了控制变量的方法.

对于如何研究，学生有各种想法.教师总结学生的想法并告诉学生，这时我们可以记录数据，得出更精确实验结果和结论，但我们还可以降低难度做更简单的不记录具体数据的叫做定性的研究.就像刚才学生所讲的，人站着和躺着一样，我们可以选择具有不同表面积的物体，如长方体的砖头；研究压力的大小与压力作用效果的关系时也要保持作用面积相同，砖头叠起来就可以达到这个目的.

3.4 实验并得出结论

课堂上的实验种类和次数都是有限的，但教师不应吝啬语言的作用，将课堂上的实验合理地推理到其他的类似的实验，最后归纳、推理得出科学的结论，结论的适用范围也与之相一致.

这个实验比较简单，现象也很明显，关键是结论的得出.教师首先引导学生总结本实验的结果.实验结果表明，对于我们所选择的材料，当受力面积相同时，压力越大，压力的作用效果越明显；当压力相同时，受力面积越小，压力的作用效果越明显.

3.5 公式意义的讨论和应用

物理规律用数学公式表示出来显得那么的简洁和完美，但如果教学仅到此为止，则显得生硬，学生容易“消化不良”.教师最后还应引导学生将公式与活生生的现实结合起来，让公式“活”起来，具有实际意义.

（1）如果知道了压力的大小和受力面积，我可以计算出对某个物体的作用效果的大小，通过这个大小我可以准确比较……

（2）当力一定时，我们可以通过增大受力面积而减小压强，也就是减小对受力物体的损坏，可以保护如路面、地面，应该在建筑上有很多应用……甚至对人的作用，例如书包的带子要做宽一些……

增加面积起到的作用是什么？（教师在学生的讨论中适当提出问题等）学生分析，增大面积就好比是将力分散了，所以作用效果小.而面积小，就是将力集中在小的面积上，作用效果就大.生活中有很多这样的例子，如用尖的东西刺，容易刺入，啄木鸟嘴很尖，容易啄破树皮……骆驼的脚掌很大，便于在沙漠中行走……

教学中要多让学生讨论、表达，因为学生之间的讨论最可能处在他们的“最近发展区”内，讨论更接近他们思维水平和思维内容的实际情况，学生之间的话语也更容易相互理解.讨论可以促进积极主动思考，增加课堂气氛；也可以培养学生倾听、表达的能力和敢于表达的勇气.

4 备课总结

备课是一项系统工程，首先必须在知识结构中理解某个知识点，这个知识结构指的是整个学科的知识结构，而不局限于中学的知识内容.其次，要分析知识形成的思维过程和研究方法，要广泛涉猎物理学史、科学史等，尽量了解当时的研究过程.第三，要以学生为主体，注重学生的已有经验、学生的思维和学习情感，注重学生能力的培养和习惯的养成.第四，要注重知识的实际意义，实际上就是要体现从“生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念.第五，要预估教学过程中学生的表现，对如何进行学习过程的评价进行备课，能对学生的表现进行及时、正确的反馈.