压强表达式的两种教学方法

摘 要针对当前压强教学中存在的困惑，本文通过对“比值定义法”和“控制变量-比例系数法”在认知路径、思维方法及研究范式等维度上的比较研究，厘清它们的适用范围与教育价值，从而消除压强教学中存在的疑惑。

关键词压强 科学方法 比值定义法 控制变量-比例系数法

三、两种学科方法的内禀研究

1.比较形式与研究范式

毋庸置疑，比值定义法和控制变量-比例系数法的实施都要以比较作为先决条件。根据时空上的区别，可以把比较分为纵向比较和横向比较。纵向比较是比较同一对象在不同时期内的发展与变化（如战争中统计本方的伤亡率）；横向比较是对同类别的不同对象在相同标准下进行的比较（如战争中统计敌我双方交换比）。不难看出，控制变量-比例系数法涉及的比较属于一种纵向比较，因变量和自己的过去做比，即改变自变量大小，观察因变量的变化趋势；而比值定义法涉及的比较则是横行比较，比较同一类事物中的两个对象在某一方面的能力强弱或变化快慢等，如比较两个电容器容纳电荷能力的强弱。此外，进一步来看，这两种学科方法的背后实际上影射着不同的实验研究范式：控制变量法与单组前后测对应，其实验处理为“使自变量发生变化”；而比值定义法与双组前后测对应，实验处理则是“利用除法统一标准”。两者在比较形式上的不同，最終转变成了实验研究范式的迥异。

2.认知路径与运算水平

认知路径，即人类获取知识的途径。心理学家西蒙在科学发现规范理论[3]中把知识获取的途径归结为两类：一类是数据驱动，先收集大量数据，然后进行分析，找出规律并予以解释；另一类是概念驱动，先提出假设，然后根据实验来检验并修改假设。有研究显示[2]，这两种认知途径分别对应着学生不同的认知水平，数据驱动与具体运算阶段的认知规律相吻合，而概念驱动则契合了形式运算阶段的认知规律。如果能厘清比值定义法和控制变量-比例系数法与这两种认知路径间的对应关系，无疑有助于我们在教学中贯彻因材施教的原则，即结合不同认知水平学生获取知识的特点，合理选择建立物理概念的方法。分析两种学科方法的特点后，我们认为以分析数据，归纳规律入手的控制变量-比例系数法是数据驱动模式；而以提出假设、验证假设入手的比值定义法则是概念驱动模式。可见，两种学科方法的不同，实际体现了是人类认知路径的不同。

3.教学模式层面

教学模式是指在一定教学思想的引领下，为完成特定教学目标而形成的稳定且简洁的教学结构及操作范式。受教育重演论[4]启发，我们可以把学生的学习过程当作是对人类文化发展过程的一种认知意义上的重演。因此，我们的教学模式也可以采用人类科学研究的形式。回顾历史，我们发现科学研究主要存在两种形式：在狭义相对论建立以前，物理学的发展是由实验到方程、规律乃至整个理论体系（如经典力学、电磁学、热力学等），即探究归纳法；在狭义相对论建立以后，这个过程被倒转过来，物理学家们首先建立方程、理论框架，然后再回到实验，由实验来验证理论的真伪（如狭义相对论、广义相对论、量子力学、粒子物理学等），即演绎验证法。那么，我们在压强表达式的建立过程中，应当采用哪种教学模式呢？科学方法中心论[5]指出，学科方法是教学模式的主体，是教学脉络的体现者，整个教学过程都要围绕学科方法进行。由此，我们有必要明晰两种学科方法与两种教学模式间存在的联系。采用对映的方法，我们可以将压强表达式建立的教学模式分为：以“控制变量-比例系数法”为主体的探究-归纳式教学和以“比值定义法”为主体的演绎-验证式教学。

4.思维方法层面

思维方法是用于各种问题解决过程中的一般策略和方法，它属于一种特殊的心理体验，不能靠单纯的讲解来传授，往往需要使用、训练才能为学生体会、领悟[6]。由于思维方法隐藏在学科方法的背后，对学科方法起支配与统摄的作用，所以思维方法的教育必须要借助学科方法来进行。因此，识别学科方法与思维方法之间的对应关系，无疑有利于我们通过学科方法对思维方法进行渗透式教学。结合两种学科方法的教学流程，可以发现，在使用“控制变量法”前，首先要利用生活实例让学生思考影响因变量的因素，这里便涉及到了“猜想”这一非逻辑式的思维，接下来通过对实验数据的分析，得到因变量与自变量的比例关系，又需要用到“归纳”的思维，可见在使用控制变量-比例系数法建立物理概念时，调动了学生的“猜想”与“归纳”思维；而比值定义法，先要结合学生已有认知结构，启发他们提出一种粗劣描述物理概念的假设，然后设计实验验证假设，在否定先前假设的基础上找到不足并修改假设，由此通过一步一步的假设和演绎推理最终得出要定义的物理量。因此，无疑是“假设”、“演绎”思维统摄着比值定义法。

四、两种教学方法成效的实证研究

鉴于普通班学生的认知水平大都处于具体运算阶段，故而宜遵循“数据驱动”的认知路径去建立概念，而重点班学生的认知水平大都处在形式运算阶段，他们更倾向于用“概念驱动“的认知路径去建立概念。因此，我们以初二学生作为研究对象，设置了实验组与对照组——均包括两个普通班与两个重点班。在实验组，我们采用“普通班使用控制变量-比例系数法建立压强的表达式，重点班使用比值定义法建立压强的表达式”的教学方案；而在对照组中，我们让普通班与实验班的科学方法进行对调，即“普通班使用比值定义法，重点班使用控制变量-比例系数法”。为消除课后练习效应对实验结果的干扰，在“新授课”后，我们立即进行了随堂练习，采用SPSS软件对所得数据进行t检验的结果如下表所示。

通过统计数据可以看出，实验组学生的平均成绩比对照组分别高出3.64分和3.78分，而且P值均小于0.05，说明差异水平达到“显著”。由此可见，结合学生的认知水平来选取压强表达式建立的学科方法，对提高课堂效率、降低学生认知负荷有着很好的促进作用。

综上所述，比值定义法与控制变量-比例系数法为学生重演了别样的研究范式，串联了迥异的认知路径，统摄了不同形式的教学模式，锻炼了学生思维的不同侧面，两者均有其可取之处，它们适合于不同认知水平的学生。

参考文献

[1] 郑渊方.压强概念的辨析与教学设计[J].物理教师，2014（12）.

[2] 石尧.对高中物理比值定义法和控制变量法的再思考[J].北京教育学院学报：自然科学版，2015（1）.

[3] 武孔春.概念驱动的加工与数据驱动的加工[J].研究论坛，2002（3）.

[4] 王全，母小勇.“科学史—探索”教学模式与“重演”论基础[J].课程·教材·教法，2008（7）.

[5] 邢红军.从知识中心到方法中心-科学教育理论的重要转变[J].首都师范大学大学学报：自然科学版，2011（6）.

[6] 陈清梅，邢红军，李正福.论物理课程改革背景下的科学方法教育[J].课程·教材·教法，2009（8）.

【责任编辑 郭振玲】