以探究式教学凸显概念的功能与价值——以“密度”教学为例

张 婕|浙江省舟山市沈家门第一初级中学

概念教学容易陷入一个误区，即把概念单纯性地认为是科学家的规定，不需要对概念进行探究式教学，只要能认识、记忆、使用概念就可以了。因此在实际教学中，教师总是先将概念得出，然后就把重点放在推理和应用上，“重”阐释和推演的练习性，“轻”引入与建构过程，忽视对概念建立的真实意义、实际过程以及新观念的形成等方面的教学。这就导致学生对概念的来历缺少认知，只知道“是什么”，而不知道“从哪里来、到哪里去”，难以感受到概念的功能与价值。而在物理教学中凸显概念的功能与价值，可消除传统教学只注重知识灌输的弊端；引导学生探索概念的普遍联系和规律本质，增强结构化理解，可提升其科学思维、探究实践及解决实际问题的能力和素养。下面，笔者以“密度”教学为例，谈谈凸显概念的功能与价值的策略。

一、现行教材“密度”相关内容的逻辑解析

在浙教版义务教育教科书《科学》与人教版义务教育教科书《物理》中，“密度”概念都安排在“质量”概念之后。前者以“鉴别体积相同的三种金属物质”活动导入，提出问题，引出探究活动“物质的质量与体积的比值关系”，就此得出密度的概念和计算公式。后者先通过举例提出问题“同种物质的质量与它的体积成正比吗”并作探究，然后通过数据和图像引导学生得出同种物质的质量与体积成正比的结论，最后得到“同种物质的质量与体积的比值是固定的，不同种物质的质量与体积的比值一般不同”，从而得出密度的概念和公式［1］。

两版教材的安排在教学逻辑上主要有两个问题：其一，二者都没有用比值定义法，而尝试用其他方法来引出密度概念；其二，忽视了“密度”教学中的重要问题，即为什么要用质量与体积的比值来定义密度。教材只回答密度是什么，而不回答为什么如此探究，这就很难让学生真实掌握密度的概念及其功能与价值。事实上，目前大部分教师在“密度”教学中普遍存在这种问题。

从两版教材的整体安排上来看，密度是引领学生走进物理体系的一个“关键概念”和“节点概念”。笔者认为，密度概念应当是建立在质量与体积关系基础上的比值定义概念。对这一方法、概念，学生均是第一次接触，在此之前，有大量关于密度的迷思概念存在于学生大脑之中，如“铁比棉花重”等，且学生在数学上还缺乏“正比例”的熟练运用。因此，学生要直接得出质量和体积的关系，从而掌握“密度是物质的一种特性”的概念，是有一定难度的。如按部就班地照教材的教学逻辑来教学，学生可能只会背密度的公式却不能深刻理解其功能与价值，且会因不能打破大量前概念而出现逻辑混乱，为后续的物理学习埋下隐患。

二、凸显功能与价值的“密度”教学思路

（一）全面认识密度的功能与价值

概念具有丰富的内涵与灵魂，也就是它的功能与价值，而密度是最基本、最重要的物理概念之一，具有典型的物理代表意义。在“密度”教学中，教师要厘清密度概念与比值定义间的逻辑关系，以有序深入地开展教学。从密度概念的核心内容来看，它反映的是构成物质微粒的密集程度；从概念本身的功能与价值来看，它为鉴别物质增添新视角，它是比颜色和气味更隐蔽的特性，能提升学生对物质特性的认识水平。

（二）凸显功能与价值的“密度”教学逻辑

密度这类概念的教学，要追溯其本源性问题。我们可参照科学探究的过程来教学物理概念，让学生通过动手做等方式亲身经历学习，理解和应用科学的研究方法，以此凸显密度概念的功能与价值。在“密度”教学中，笔者设计了问题线索和对应的教学思路（详见图1），不断引导学生在探究过程中建构概念，逐步形成对概念的认识。

图1 “密度”教学问题线索和对应的教学思路

三、凸显功能与价值的“密度”教学策略

（一）情境导入，初见观点

苏霍姆林斯基说，如果教师没有让学生产生高昂的情绪和振奋大脑的状态，就直接要求学生记住知识点，那么这种方式只会让人有冷漠感，更容易给没有兴奋点的大脑带来疲劳。而选用生活化的情境导入课堂，是吸引学生注意力、调动学生学习主动性和积极性的有效途径，因此笔者选择与密度概念相关的物质体积、质量的比较来设计情境并切入主题。

笔者先让学生联系生活实际说出区别常见物质的方法，接着按教材步骤让学生鉴别体积相同的铜、铁、铝，再根据学生回答提出如下问题引导学生深入思考：（1）“掂一掂”真的可靠吗？（2）我们在用“掂”区分铝块、铁块和铜块时，需要什么条件？（在学生回答后再让他们掂一掂体积不同的两种金属并作判断，学生感觉无奈，开始对自己的经验产生怀疑）（3）如果体积不同，用“掂一掂”还能区分吗？

经历以上环节，学生逐渐意识到单凭颜色、气味这些明显的特性来鉴别物质是不够的，如果有两个物理量（如质量和体积）同时在影响要比较的物体，就无法进行判断，由此引发学生的认知冲突，暴露迷思概念。学生经思考、探究后，初步形成基本观点：一定条件下，不同物质的质量与体积可能存在一定的关系。

（二）问题驱动，形成观点

提问是通过一个点去点亮另一个点，通过一扇门去打开更多的门。在探究式课堂中，学生的主动参与源自于内心的驱动力，而最合适的驱动力则是由当前情境引发的疑问和问题，它能激发学生获取、处理相关信息并寻找解决问题的方法，推进课堂教学。笔者以如下问题串带动学生探究。

问题1：如果物体的质量和体积都不同，如何鉴别物质呢？

笔者引导学生分析生活中的事例，提问：“某深海鱼油5升72元、2.5升38元，哪种更划算？”学生想到两种办法：一是控制变量法，以2.5 升或5 升为准比较花费的钱；二是比值定义法，都取1升的体积比较花费的钱。经过交流，学生发现必须选择相同的标准，才能使比较的结果有意义，由此形成“认识1”。

认识1：只能取相同的体积，比较物体的质量大小；或者取相同质量，可比较物体的体积大小。

师：采用“掂一掂”鉴别物质，不能只比较质量或者体积，而应设置一个标准，以保证变量唯一。此标准可以是平均体积，如1 立方米、1 立方厘米等。这种1 个单位的体积就叫单位体积。

初中生由于受知识、能力等制约，在形成某种新概念的过程中，往往要以日常生活中的感性材料为基础，然后在解决问题的推动下，才能与一些科学研究方法（控制变量法、类比迁移法等）相结合。

问题2：物体的质量与体积之间存在怎样的关系？

学生根据已有经验和知识对问题提出猜想：“同种物质，体积越大，质量越大；如果体积增大到原来的两倍，质量也增大到原来的两倍。”于是，笔者安排学生分组实验，分别测量多组体积不同的铝块、木块的质量和体积，记录数据，计算相应的质量与体积之比，然后对比分析各组数据，用描点作图法作图并得出结论。学生由此形成“认识2”。

认识2：同种物质组成的物质质量与体积的比值相同，不同物质组成的物体质量与体积之比一般不相同。

笔者以问题驱动学生一步步对质量与体积的关系进行深入研究，使学生更好地认识了科学探究。

（三）模型建立，加深理解

新课教学时，学生往往难以理解抽象的概念，而建立模型则能帮助学生直观地理解概念，并发展抽象思维和发散思维。为研究对象建模时，教师需要先让学生认识和理解其本质概念，并通过各种形象生动的方法，帮助学生建立起能合理简化研究对象的物理模型。笔者以如下问题串带领学生建构模型，加深理解。

问题3：为什么不同物质单位体积的质量不同？请从微观的角度分析。

笔者引导学生回顾刚刚学习过的分子结构模型知识，比较不同模型中微粒空隙的差别，让学生从微观角度直观形象地理解：构成物质的微粒空隙不同，会造成物质内部的紧密程度不同。学生由此形成“认识3”。

认识3：构成物体的微粒的密集程度不同但体积相同的物体，往往质量也不同。

问题4：如何比较构成物质的疏密程度？怎样来描述它呢？

笔者引导学生用画图建模法来表示物质质量与体积的比值，学生在探究中得出：质量与体积的比值越大，表示这个物体微观层面上的疏密程度越密；质量相同而体积不同，则体积与质量的比值越大，表明这个物体微观疏密程度越稀疏。

师：若需要用一个物理量来表示物体的疏密程度，应选质量与体积的比值还是体积与质量的比值呢？用物体体积除以质量来定义物体微观的疏密程度，这在科学上没有问题，但由此会使比值越大而疏密程度越小，这不符合常规的思维习惯，因此我们习惯采用质量与体积的比值来定义密集程度。

此外，学生在讨论中产生了意外的疑问：“冰和水是同种物质，冰变成水，它的密集程度会发生变化吗？”笔者给学生点赞并举生活中常见的“冰块漂浮在水面”事例，让学生认识到冰的密集程度要小，冰变成水密集程度会变化。

画图建模的方式可使学生更加直观地理解“物质的密度不同是由于表示物体的疏密程度不同”，以及选择用质量与体积的比值来定义也是遵循了人们的习惯性思维。当然，如果学生通过画图仍然不能理解，教师还可举生活中的其他事例，如挤公交车时，人的多和少即为相同体积内的疏密程度不同，也就相当于密度不同，以此引导学生对概念进行迁移。

（四）比值定义，建立概念

在这一环节，笔者首先提问：“在科学上我们把构成物体的物质的疏密程度称为密度，基于以上认识，你能给密度一个准确的科学描述吗？”经过思考与交流，不同小组的学生给出的答案虽然不尽相同，但都能抓住概念的内涵与外延。

师：我们把某种物质单位体积的质量叫作这种物质的密度，从上述探究式教学活动中可得到，密度的概念定义是：密度=质量/体积。

在上述教学活动中，学生能感知到不同物质的密度一般不同，因此可利用密度来区分不同的物质，即密度是物质的特性，由物质本身决定，跟构成物体的质量、体积无关。再结合生活经验“温度升高，体积会变大而质量不变”，即可得出：同种物质在相同的条件下（如温度、压强、物态）密度是相同的，外界条件改变，物质的密度会发生变化。经过这样的探究活动，学生就可明确：在凸显密度的功能与价值时，要清晰地认识到密度的“变”与“不变”。

笔者还作了如下补充说明，以帮助学生更好地理解与应用密度概念。

一般来说，不同的物质，其密度是不同的，因此密度可作为鉴别物质的依据。但有些物质的密度很接近甚至相等，因此密度不是鉴别物质的唯一依据。

质量与体积的比值本质上反映了物质的一种特有属性，因此用其来表示物质微观层面的疏密程度，密度概念就顺势而得，如此我们就巧妙地完成了用比值定义法建立密度概念。

（五）生活应用，凸显功能与价值

将所学知识应用到生活中，不仅能促进学生对知识的理解和巩固，而且能凸显概念教学的功能与价值。因此在教学的最后环节，笔者要求学生利用密度概念解释日常生活中的一些现象或问题。如:（1）将一瓶封口处略下陷的酸奶放入冰箱的冷冻室数小时后，酸奶瓶将会发生什么变化？为什么会有这样的变化？（2）自来水管在冬天为什么容易胀破？（3）路面因水结冰为什么会形成洞坑？

在运用密度公式解决实际问题时，学生根据已知量和待求量进行解析，逐渐养成遇到类似问题时举一反三、触类旁通的能力。

综上，在探究式教学中凸显概念的功能与价值，既能培养学生的知识建构能力和探究能力，又能从概念本身丰富学生区分和鉴别物质的方法，转变学生的迷思概念。概念不应该是生硬的文字，其建立是有来龙去脉的，因此教师应关注概念建构的过程，挖掘概念背后的功能与价值，如具体应用的方法和策略、对重要概念本质的归纳概括等，并给予学生充足的时间和留白的空间，以发挥学生的主体性作用，帮助学生形成新视角、新观念、新感悟，甚至科学和哲学角度的意义［2］。