初中物理物质观念的内涵分析及培养策略研究

胡家光，马显留

（1.文山学院，云南文山 663099；2.文山市第一初级中学，云南文山 663099）

物质观念是中学物理核心素养之物理观念的重要组成部分［1］。从某种意义上说，物理学研究的内容就是“物质探源”，物质观念直指物理学的研究对象范畴，是物理观念中最基本的内容。关于高中物理物质观念的研究，其理论和体系已经趋于成熟［2-4］。但对于初中物理，由于缺乏基于核心素养的国家课程标准，关于初中物理核心素养问题的研究还处于探索阶段［5-6］，已有的研究也主要是以教学设计案例为主，不管是理论层面还是指标体系，都还有很多问题没有解决。因此，很多初中物理教师虽然对知识很熟悉，但仍不能透彻理解初中物理物质观念的内涵，难以把握好知识与观念之间的对应及升华关系，甚至教师自己都不能较好地构建起基于教师主体的物质观念，导致在教学过程中很难落实核心素养的要求。基于以上背景，根据最新的初中物理课程标准，本文对物质观念的内涵进行详细分析和提炼，探讨相应的教学策略，并创新性地提出通过创设初中物理本原性综合问题情境构建学生物质观念的设想，从理论及操作层面帮助初中物理教师落实核心素养的要求。

1 从物质概念到物质观念

物质的概念首先属于哲学范畴，定义为：不依赖于人类的意识而存在，并能为人类意识所反映的客观存在，世界的本质是物质的［7］。与物理学中的其它概念不同，物质的概念并不算太抽象，因为生活中很多物质是可以被感知的。从微观到宏观再到宇观，从低速物体到高速物体，从经典物理到现代物理，物质都贯穿始终。物质也是少有的能横跨整个自然科学和人文科学的概念。

物质，是初中物理教学的三大主题之一，然而学生根本不知道如何定义物质。在初中物理中，因受学生认识水平的限制，教材中并没有从物理学的视角对物质进行定义，而是默指构成物体的材料。学生能接触到气态、固态、液态等形态的物质，自然界中的物质形态也不是完全绝对的，物质形态在特定的条件下可以发生改变，而且温度与物态变化的关系也是经常学习和计算的主题。古人提出物质这个概念，是对生活中看得见、摸得着的各种事物的抽象，科学家不断探索新的物质形态和更加基本的内部结构，在很大程度上扩充了物质的内涵，从常见的宏观物体，到分子、原子、电子、中子、质子、夸克等微观粒子。从看得见摸得着的物体到看不见摸不着的场，都是大自然中的客观存在。物质是运动的物，物体由物质构成，物质是基于时间和空间的范畴，而对运动和物体概念的辨析以及对时间和空间的讨论又回到了许多物理问题研究的起点。这些概念或理论自己构成了一个纯人工的、巧妙的圈套，层层嵌套，相互关联，对现实生活现象准确无误地描述和计算成了它们应当继续发展下去的理由［4］。最终，物理学和生活中的很多问题，都可以用质量守恒定律来统一描述，并得出了质量就是能量的结论，大大刷新了人类对物质的认识，在这个过程中，对物质的理解也从概念上升到了物质观念层次。

可以借鉴物理观念的定义［1］，将物质观念定义为对于物理学中物质相关问题的基本认识，是物质相关概念及规律等在头脑中的提炼与升华，是学生对与物质有关的各种现象和过程的理性认识，是关于物质的研究对象、过程、方法和结果在学生头脑中整体的、概括的反映。学生的物质观念表现为学生能自觉地应用物质的相关知识与思想去认识新的物理概念与规律，解释特定的物理现象，分析和解决有关的物理问题的思维习惯和自我意识。

从初中物理的知识结构分析，物质观念可以从物质的形态和变化、物质的属性、物质的结构与尺度、新材料及应用四个层面进行构建。

2 物质观念的内涵及培养策略

与上述物质观念的四个层面相对应，可以得出物质观念的四个子观念：物质的形态和变化观、物质的属性观、物质的结构与尺度观、物质的应用及制造观。

2.1 物质的形态和变化观

内涵：（1）宇宙是由物质构成的，物质的形态多种多样，常见的形态为气态、液态、固态，在一定条件下，物质的形态会发生转化，并伴随着吸热或者放热过程。（2）电流和磁体周围存在磁场，磁场是物质，光也是物质，电流或磁体间的相互作用是以磁场为媒介的。

培养策略：可以发现，物质的形态和变化观念涉及的知识范围跨度较大，以最新的人教版初中物理教材为例，其知识覆盖八年级上册和九年级教材的内容，知识碎片化的特征较为明显，仅按正常的教学模式，学生很难构建起相应的观念。因此，对于物质的形态和变化观念的构建，除了在正常的教学中进行外，更重要的是需要在中考第一轮复习中进行。在这个阶段，可以通过创设本原性综合问题情境的方式帮助学生构建观念，如表1 所示。在教师的指导下，学生利用已学过的物理学知识对本原性综合问题进行探究，进一步提升从知识到观念的升华水平，同时也能有效地提高中考第一轮复习的效果。

表1 基于物质的形态和变化观念构建的本原性综合问题情境

2.2 物质的属性观

内涵：（1）物质均具有物理属性（统计学范畴），如弹性、磁性、导电性和导热性等；（2）质量是物体的基本物理属性，质量与物体的状态、形状以及空间位置的变化无关，物体状态变化过程中以及分裂或聚合时质量是守恒量；（3）密度是物质的基本物理属性，影响物质密度的主要因素是压强和温度；（4）电荷也是物质属性的范畴，电荷可以转移，对于一个孤立系统，不论发生什么变化，其中所有电荷的代数和永远保持不变。

培养策略：对“物质属性”的教学，应通过实验来了解物质的物理属性，并介绍人类关于物质属性的研究对日常生活和科技进步的影响；对“质量”的教学，应通过探究活动了解质量的特点，并对质量单位的大小有感性认识，同时，将与“质量定义”相关的物理学史引入课堂，在天平的使用中加强对质量的理解；引入密度的概念需要用实验探究来逐步建立，并强调比值定义法应注意的问题，同时，多展示密度的应用；对“电荷”的教学，要注重趣味型案例与课堂的结合，演示实验与探究活动相结合的方式，利用动态多媒体资源展示抽像的物理过程。此外，创设本原性综合问题情境进行教学，如表2所示。

表2 基于物质属性观念构建的本原性综合问题情境

2.3 物质的结构与尺度观

内涵：（1）分子与原子是组成常见物质的微观粒子；（2）分子和原子模型是不同的；（3）物质世界是从微观（原子世界）一直延伸到宏观（宇宙）尺度。

培养策略：对于分子与原子的教学，建议在教学后期补充化学课程中的“分子是能单独存在并保持物质化学性质的最小微粒”以及“分子由原子构成，原子是组成元素的最小单元，是化学变化中的最小微粒”等内容，以帮助学生区分分子与原子；对于分子模型的教学，要引导学生进行猜想，然后收集证据证实这种猜想，可将分子类比于乒乓球，并介绍显微镜在拓展人类视觉范围方面的作用，在分子动理论的教学中要使用等效模型实验进行对比；对于原子模型的教学，需要将原子模型的科学史、图片、动画和视频资料相结合进行教学；对于物质世界尺度的教学，要注重教学资源的科幻性和趣味性，通过尺度对比向学生展示物质世界的尺度范围。此外，创设本原性综合问题情境进行教学，如表3所示。

表3 基于物质的结构与尺度观念构建的本原性综合问题情境

2.4 物质的应用及制造观

内涵：（1）利用某些物质属性，可以为人类生活产生重大影响；（2）只要能控制分子或者原子的运动，就能制造出想要的物质，但新物质的制造可能会造成环境污染，所以要合理利用资源。

培养策略：采用多媒体教学资源进行教学，并让学生自己收集关于新材料的资料，以小组的形式撰写小论文或者制作多媒体课件进行展示。此外，创设本原性综合问题情境进行教学，如表4所示。

表4 基于物质的应用及制造观念构建的本原性综合问题情境

3 结语

物质观念是初中物理观念构建的重点与难点，教师必须超越对具体知识的教学，首先从本文分析的四个层面构建起基于教师主体的物质观念，打通物理知识与物质观念之间的关系，才能在教学中以知识为载体，通过创设本原性综合问题情境，引导学生通过高水平的思维和学习活动，学会从物质的视角来分析相关的物理现象与问题，构建起以学生为主体的物质观念，从而落实核心素养的要求。