鄭淵方
(福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院,福建 福州 350007)
當(dāng)前,國家物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求教師重視知識形成的過程與方法,但各種教科書和教學(xué)參考書對知識所形成的過程和方法的介紹、說明和解釋還存在諸如系統(tǒng)性、連貫性不夠甚至空缺等問題,造成教師備課的困難.初中“壓強”概念就是這些問題的集中表現(xiàn).由于教材未給出壓強概念的得出過程和方法的明確信息,教師在上課中有的按比值定義法展開,有的按控制變量法展開,有的即講控制變量法,又講比值法.各學(xué)者對這一問題的研究后得出的結(jié)論也各不相同.有研究認(rèn)為,對“壓力的作用效果跟什么因素有關(guān)”這一探究實驗的設(shè)計可以采用控制變量法;當(dāng)描述“壓力的作用效果”需要引入新概念時,就需要按照比值定義法的要求建立壓強概念.[1]最近有學(xué)者指出,壓強概念得出需要的核心科學(xué)方法是比值定義法而非控制變量法,其原因在于比較的核心思想無法繞開.[2]據(jù)筆者分析,壓強概念的得出過程應(yīng)該是控制變量法,現(xiàn)分析并按此方法對壓強概念重新備課.
雖然初中對這些物理量之間的關(guān)系局限于定性研究,不能通過實驗得到定量的關(guān)系,但應(yīng)該經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼f明后再得出這種關(guān)系,從而得到壓強的表達式.若要研究定量的關(guān)系,則壓力的作用效果必須是壓縮的長度與原長的比值,而不是壓縮的長度.有些教師表示說這個實驗沒辦法定量研究,因為壓縮的量與壓力和受力面積不成比例.由上述分析可知,實驗不能成功的原因是形變程度界定錯誤,當(dāng)然這還有待于后續(xù)的進一步實驗驗證.
思維是人腦對客觀事物的本質(zhì)屬性和事物之間內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律性所作出的概括與間接的反映.[5]這句話可以分解成兩部分,前半句是“人腦對客觀事物的本質(zhì)屬性所作出的概括與間接的反映”,這就是概念的形成.物理概念因此被人界定為,是客觀事物的物理共同特征和本質(zhì)屬性在人腦中概括和抽象的反映.后半句是“人腦對客觀事物之間內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律性所作出的概括與間接的反映”,這就是規(guī)律的獲得.思維的過程有分析、綜合、比較、分類、抽象、概括、具體化、系統(tǒng)化等等.概念與規(guī)律、判斷、推理、想象等是思維的形式.我們所謂的邏輯思維就是應(yīng)用概念與規(guī)律進行判斷與推理的過程.
總而言之,壓強的概念形成的方法是控制變量法,其思維過程主要有分析、比較和綜合.
有意義學(xué)習(xí)必須基于學(xué)生的已有經(jīng)驗,教學(xué)中讓學(xué)生充分思考并暢快表達自己的看法特別重要.教師可采用頭腦風(fēng)暴的方式激勵學(xué)生,學(xué)生的已有知識、經(jīng)驗、看法都可以充當(dāng)學(xué)習(xí)新知識的“先行組織者”,作為新的思維內(nèi)容的固著點.
首先讓學(xué)生表述前面學(xué)過力的作用效果,引出今天要進一步研究壓力使物體發(fā)生形變這一作用效果.并要求學(xué)生舉例討論說明壓力的這種作用效果與壓力的關(guān)系.學(xué)生可能的討論內(nèi)容有:
(1)壓力越大,壓力的作用效果越明顯,例如,我用壓彈簧、海綿,壓力越大,壓下去的部分形變程度越大……
(2)壓力越大,壓力的作用效果越明顯,但也存在反例,如你用手壓桌子,看不見效果,同樣的力壓彈簧就能看見效果……
(3)壓力越大,壓力的作用效果越明顯,但也存在反例,如你站在海綿上比躺在海綿上作用效果更明顯,但這時你對海綿的壓力好像都等于重力啊……
教師的作用就是及時對學(xué)生們的思維進行組織,幫助學(xué)生有條理地思維、深化思維,并在總結(jié)學(xué)生觀點的基礎(chǔ)上,根據(jù)教學(xué)目標(biāo),合情合理地將學(xué)生拉回到下一步要研究的問題上.
教師在學(xué)生舉例的基礎(chǔ)上,可以再準(zhǔn)備一些學(xué)生還不熟悉或未想到的實際例子,以使學(xué)生具備足夠的感性經(jīng)驗.最后總結(jié)這些實例提出猜想,壓力的作用效果不僅與壓力大小有關(guān),還可能與受力面積、材料的軟硬程度有關(guān).教師提出下一步研究的問題:如果同一種受力的材料,如何研究壓力的作用效果與壓力的大小、受力面積的關(guān)系.
教師要讓學(xué)生明白科學(xué)研究不是想當(dāng)然,而是必須具體化、可操作化.科學(xué)研究也有不同的層次,定量研究是科學(xué)研究所追求的,但初步的簡單的定性研究也對問題的解決也是有幫助的.
教師可引導(dǎo)學(xué)生共同討論下列問題:
(1)選擇什么材料作為受力物體?
(2)壓力的作用效果用什么量來表示?
(3)壓力由什么提供,如果我們只定性的考察一下,壓力需不需要測量,受力面積需不需要測量?
限于初中學(xué)生的知識水平,這里還是不做定量實驗.所以,學(xué)生說壓力的作用效果看所選的受力材料的下陷程度就可以肯定學(xué)生的想法.
討論后學(xué)生還會想到:如果要研究受力面積是否會影響壓力的作用效果,則要在壓力相同的情況下,看受力面積不同時壓力的作用效果如何.研究壓力的影響也要這樣.對于學(xué)生的這些表述教師要及時將思維的重點突出,讓學(xué)生清楚看到他們用了控制變量的方法.
對于如何研究,學(xué)生有各種想法.教師總結(jié)學(xué)生的想法并告訴學(xué)生,這時我們可以記錄數(shù)據(jù),得出更精確實驗結(jié)果和結(jié)論,但我們還可以降低難度做更簡單的不記錄具體數(shù)據(jù)的叫做定性的研究.就像剛才學(xué)生所講的,人站著和躺著一樣,我們可以選擇具有不同表面積的物體,如長方體的磚頭;研究壓力的大小與壓力作用效果的關(guān)系時也要保持作用面積相同,磚頭疊起來就可以達到這個目的.
課堂上的實驗種類和次數(shù)都是有限的,但教師不應(yīng)吝嗇語言的作用,將課堂上的實驗合理地推理到其他的類似的實驗,最后歸納、推理得出科學(xué)的結(jié)論,結(jié)論的適用范圍也與之相一致.
這個實驗比較簡單,現(xiàn)象也很明顯,關(guān)鍵是結(jié)論的得出.教師首先引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本實驗的結(jié)果.實驗結(jié)果表明,對于我們所選擇的材料,當(dāng)受力面積相同時,壓力越大,壓力的作用效果越明顯;當(dāng)壓力相同時,受力面積越小,壓力的作用效果越明顯.
物理規(guī)律用數(shù)學(xué)公式表示出來顯得那么的簡潔和完美,但如果教學(xué)僅到此為止,則顯得生硬,學(xué)生容易“消化不良”.教師最后還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生將公式與活生生的現(xiàn)實結(jié)合起來,讓公式“活”起來,具有實際意義.
(1)如果知道了壓力的大小和受力面積,我可以計算出對某個物體的作用效果的大小,通過這個大小我可以準(zhǔn)確比較……
(2)當(dāng)力一定時,我們可以通過增大受力面積而減小壓強,也就是減小對受力物體的損壞,可以保護如路面、地面,應(yīng)該在建筑上有很多應(yīng)用……甚至對人的作用,例如書包的帶子要做寬一些……
增加面積起到的作用是什么?(教師在學(xué)生的討論中適當(dāng)提出問題等)學(xué)生分析,增大面積就好比是將力分散了,所以作用效果小.而面積小,就是將力集中在小的面積上,作用效果就大.生活中有很多這樣的例子,如用尖的東西刺,容易刺入,啄木鳥嘴很尖,容易啄破樹皮……駱駝的腳掌很大,便于在沙漠中行走……
教學(xué)中要多讓學(xué)生討論、表達,因為學(xué)生之間的討論最可能處在他們的“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi),討論更接近他們思維水平和思維內(nèi)容的實際情況,學(xué)生之間的話語也更容易相互理解.討論可以促進積極主動思考,增加課堂氣氛;也可以培養(yǎng)學(xué)生傾聽、表達的能力和敢于表達的勇氣.
備課是一項系統(tǒng)工程,首先必須在知識結(jié)構(gòu)中理解某個知識點,這個知識結(jié)構(gòu)指的是整個學(xué)科的知識結(jié)構(gòu),而不局限于中學(xué)的知識內(nèi)容.其次,要分析知識形成的思維過程和研究方法,要廣泛涉獵物理學(xué)史、科學(xué)史等,盡量了解當(dāng)時的研究過程.第三,要以學(xué)生為主體,注重學(xué)生的已有經(jīng)驗、學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)情感,注重學(xué)生能力的培養(yǎng)和習(xí)慣的養(yǎng)成.第四,要注重知識的實際意義,實際上就是要體現(xiàn)從“生活走向物理,從物理走向社會”的課程理念.第五,要預(yù)估教學(xué)過程中學(xué)生的表現(xiàn),對如何進行學(xué)習(xí)過程的評價進行備課,能對學(xué)生的表現(xiàn)進行及時、正確的反饋.
2 邢紅軍,胡楊洋,石堯,王慧.壓強概念教學(xué)的高端備課[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2013(10).
3 趙凱華,羅蔚茵.新概念物理教程 力[M].北京:高等教育出版社,1995:216.
4 漆安慎,杜嬋英.力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1997:355-366.
5 黃希庭.心理學(xué)導(dǎo)論[M].北京:人民教育出版社,1991:428.