“第零猜想”引发的“尴尬”——基于“压强”概念探究教学活动中的“猜想”环节研究

(南京市金陵中学，江苏 南京 210005)

1 “第零猜想”及其“尴尬”

在“苏科版”初中物理教材8年级下册“压强”一节的内容中，安排了题为“探究压力作用的效果”的教学活动.教材文本的呈现依次用“观察”、“体验”、“猜想”、“检验”和“实验结果”等5个环节对相应的探究活动作探究引导，揣摩教材编写的意图似乎应该是：在“观察”的环节中，教材的呈现整合图片与文字的双重功能，提出了压力作用的效果及其描述的问题；在“体验”的环节中，教材的呈现借助于实验的手段，以触觉感受和刺激对学习主体在思维的层面上形成有效的触动；有了前两个环节的铺垫，在接下来的探究主体的思维最为活跃的“猜想”环节中，教材文本只呈现了简单的设问：你认为，压力的作用效果可能与哪些因素有关？有什么关系？并对学生可能提出的猜想表述而预留空间，同时借用省略号而显性表达了“不应该在猜想环节中束缚探究主体思维”的主观故意；在“检验”的环节中，教材的呈现在给定器材的前提下，对探究活动提出了“设计实验验证猜想”的要求；在“实验结果”的环节中，教材的呈现只针对“压力大小”和“受力面积大小”等两个影响“压力的作用效果”的因素设置“填充题”，让探究主体表达实验结果，相应的呈现较为隐性的表现出了“在前两个环节的指向性启发下，学习主体应该会在‘猜想’环节中规范的提出与之相关的两个猜想”的强烈自信.

教学实践中，大多数教师都会在基于教材编写意图的上述揣摩背景下，来处置教材和组织教学，相应的教学预设通常是寄希望于学习主体能够自觉而自然地提出如下两个猜想.

第一猜想：压力作用的效果与压力大小有关，压力越大，压力作用的效果越明显.

第二猜想：压力作用的效果与受力面积大小有关，受力面积越小，压力作用的效果越明显.

可在实际教学中却会事与愿违，在相当比例的教学现场往往都会有学生在上述两个猜想之前而率先提出“第零猜想”：压力作用的效果与受力物体的材质有关，受力物体的材质越松软，压力作用的效果越明显.

相应的教学生成打乱了教学预设下的运作节奏，给基于“压强”概念的教学带来了现实的“尴尬”，也给教师对相应的教学生成的处置形成了严峻的考验.

2 “第零猜想”的合理性认同

在很多教师因为“第零猜想”所引发的“尴尬”而倍感苦恼之际，笔者倒是觉得：由于教材呈现中某种诱因的客观存在，发生学生提出“第零猜想”的教学生成其实并不奇怪，而如果学生不能够自觉而自然地提出“第零猜想”，那反倒是一件不可思议的事情.

(1)教材呈现

教材片段1：观察图1(即教材中的图10-2)，小明在沼泽地中陷得较深，说明压力作用的效果较明显.压力作用的效果可能与哪些因素有关呢？

图1

教材片段2：现有如图2(即教材中的图10-4)所示的器材：用钉子做腿的小桌、海绵、砝码、木板、盛有适量水的矿泉水瓶、装有沙的容器等，试设计一个实验验证你的猜想.

图2

(2)诱因分析

诱因分析1：在教材片段1中说道：“……陷得较深，说明压力作用的效果较明显.”这一段文字客观上对学生起到了某种暗示：应该以“施力物体陷入受力物体的深度”来表征“压力作用的效果”.更何况在图1中所呈现的强烈对比：男同学小明在沼泽地中陷的较深而痛苦不堪，女同学(暂且称她为小红)在木板上陷的极浅而舒适自如，再一次暗示着：在用“施力物体陷入受力物体的深度”来描述“压力作用的效果”时，“受力物体的材质”是影响“压力作用的效果”的重要因素.

诱因分析2：在教材片段2中，我们不必花费过多的心思去揣摩教材编者提供海绵和木板的主观意图，只需要客观的做出如下所示的合理判断即可，即：一定会有相当比例的学生在受到图2中所提供的海绵与木板的启发下，设计出用相同的砝码(或相同的盛有适量水的矿泉水瓶)先后对海绵与木板施压，并在这强烈的对比中得出“受力物体的材质”对表现“压力作用的效果”将是何等重要的因素，甚至会有同学在与图1的比对中，认为图2中的海绵只不过是图1中沼泽地的便于走进课堂的替代品.

针对教材文本呈现所作的上述诱因分析表明：如果用“施力物体陷入受力物体的深度”来表征“压力作用的效果”，那么“压力作用的效果”当然应该与“受力物体的材质”有关，即：“第零猜想”的合理性应该被得到认同.

3 “第零猜想”的公平性分析

在认同了“第零猜想”建立在用“施力物体陷入受力物体的深度”来表征和定义“压力作用的效果”基础上所具备的合理性后，让我们再来针对“第零猜想”而在具体的案例当中去质询其公平性.

图1中的小明与小红其体重大致相等，他们的鞋底面积也应该是大致相等.在这样的前提下他们对松软的沼泽地和坚硬的木板的压力大致相等，而两个大致相等的压力其受力面积又是大致相等——就是在这种诸多因素几无差别的情况下，沼泽地的松软和木板的坚硬却造成了小明陷入沼泽深达30厘米之巨和小红陷入木板浅至0.1微米之微之间的落差(30厘米和0.1微米并不是精确测量或精准推算的数据，只是为了行文的便利而作的合乎情理的虚设数据).如果我们因为这“30厘米与0.1微米”之间的落差而认为小明对松软的沼泽地的压力效果比小红对坚硬的木板的压力效果更明显，这显然应该被认为是一次极不公平的裁决.这就有点像“我们幼稚而固执的认为在校运会上的百米赛跑中以第一名夺冠取胜的小明其奔跑能力比在奥林匹克运动会上的百米飞人大战中而以第二名夺冠落败的运动员的奔跑能力更强”似的滑稽可笑——由于竞争对手的不同，造成了这种仅以名次实施比对的极不公正和极不公平.

如果我们把图1中小红脚下的那块木板看作是小红的“鞋底”，那么包括这块木板“鞋底”在内的小红就和小明一样都是站在松软的沼泽地上，此时由于小红的“鞋底”(木板)面积约为小明双脚鞋底面积的6倍，面对着陷入沼泽约5厘米而仍然表现得轻松自如的小红，陷入沼泽30厘米而痛苦不堪的小明也就无话可说了——因为这样的比对是在公正且公平的背景下进行的.

如果用“施力物体陷入相同材质的受力物体的深度”来定义“压力作用的效果”而实施相应的比对，才能够保证相应比对的公平性.这就意味着：“第零猜想”的公平性将被受到质疑.

4 “第零猜想”的科学性质疑

其实，针对“压力作用的效果”而提出影响因素的猜想，关键在于对“压力作用的效果”的定义.前文我们实际上对“压力作用的效果”已经给出过两种定义，即

定义1：我们用“施力物体陷入受力物体的深度”来表征和定义“压力作用的效果”.

定义2：我们用“施力物体陷入相同材质的受力物体的深度”来表征和定义“压力作用的效果”.

同时我们也已经作出了相关的分析和相应的认同，即：若在基于定义1的前提下，则提出“第零猜想”虽然具备着一定程度的合理性，但却极不公平；接下来我们还将作进一步论证：若在基于定义1的背景下，具备了一定程度合理性的“第零猜想”不仅是极不公平，而且还是极不科学.相应的论证如下：

考虑到“压力作用的效果”所表现的本应该是“压力的特性”，而由上式所定义的所谓“压强”，其物理意义绝不仅仅是压力的某种特性，而是包含了受力物体的某种属性(抗压属性).把这种同时反映与描述“压力的特性”和“受力物体属性”的物理量来反映与描述“压力作用的效果”，显然是不科学的.

如果采用定义1而以“施力物体陷入受力物体的深度”来表征和定义“压力作用的效果”，那么在主观设定的用于表征与描述“压力作用的效果”的“压强”概念，将会因为表现受力物体抗压属性的因子f(Y)的侵入而染上“不客观”的“病毒”；如果采用定义2而以“施力物体陷入相同材质的受力物体的深度”来表征和定义“压力作用的效果”，那么在主观设定的用于表征与描述“压力作用的效果”的

“压强”概念才会因为“相同材质”的“免疫”功能而“百毒不侵”.也就是说：如果追溯到“第零猜想”赖以合理的被提出的“压力作用的效果”的定义，则应该认为“第零猜想”的科学性其实是没有保障的.

5 结语

其实，物理学引入“压强”概念的本意，并不是以此表述压力的“作用效果”，而是用于表示压力的“作用强度”(关于这一点，笔者拟撰文另作论述).但若针对“压力作用的效果”作适当的设定(如上述定义2的设定)，则把“压强”当作“压力作用的效果”或“压力的作用效果”(教材先后给出的先天存在着微妙区别的两种提法)也未尝不可.在按照教材现有的文本呈现而组织“压强”概念的教学时，我们不能够、其实也不必要奢望规避“第零猜想”对教学产生的影响，但我们可以、并且必须通过对“第零猜想”的合理性、公平性和科学性作如本文所呈现的那样的精细与精准的剖析.否则，你便无法规避由“第零猜想”给教学所带来的“尴尬”.

[1]刘炳昇，李容.义务教育课程标准教科书 物理八年级下册[M].南京：江苏科学技术出版社，2012.

[2]蒋新.一起“突发事件”引起的思考[J].物理之友，2014，30(1).