(南京市金陵中學(xué)，江蘇 南京 210005)

1 “第零猜想”及其“尷尬”

在“蘇科版”初中物理教材8年級(jí)下冊(cè)“壓強(qiáng)”一節(jié)的內(nèi)容中，安排了題為“探究壓力作用的效果”的教學(xué)活動(dòng).教材文本的呈現(xiàn)依次用“觀察”、“體驗(yàn)”、“猜想”、“檢驗(yàn)”和“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”等5個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)相應(yīng)的探究活動(dòng)作探究引導(dǎo)，揣摩教材編寫的意圖似乎應(yīng)該是：在“觀察”的環(huán)節(jié)中，教材的呈現(xiàn)整合圖片與文字的雙重功能，提出了壓力作用的效果及其描述的問題；在“體驗(yàn)”的環(huán)節(jié)中，教材的呈現(xiàn)借助于實(shí)驗(yàn)的手段，以觸覺感受和刺激對(duì)學(xué)習(xí)主體在思維的層面上形成有效的觸動(dòng)；有了前兩個(gè)環(huán)節(jié)的鋪墊，在接下來的探究主體的思維最為活躍的“猜想”環(huán)節(jié)中，教材文本只呈現(xiàn)了簡(jiǎn)單的設(shè)問：你認(rèn)為，壓力的作用效果可能與哪些因素有關(guān)？有什么關(guān)系？并對(duì)學(xué)生可能提出的猜想表述而預(yù)留空間，同時(shí)借用省略號(hào)而顯性表達(dá)了“不應(yīng)該在猜想環(huán)節(jié)中束縛探究主體思維”的主觀故意；在“檢驗(yàn)”的環(huán)節(jié)中，教材的呈現(xiàn)在給定器材的前提下，對(duì)探究活動(dòng)提出了“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想”的要求；在“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”的環(huán)節(jié)中，教材的呈現(xiàn)只針對(duì)“壓力大小”和“受力面積大小”等兩個(gè)影響“壓力的作用效果”的因素設(shè)置“填充題”，讓探究主體表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，相應(yīng)的呈現(xiàn)較為隱性的表現(xiàn)出了“在前兩個(gè)環(huán)節(jié)的指向性啟發(fā)下，學(xué)習(xí)主體應(yīng)該會(huì)在‘猜想’環(huán)節(jié)中規(guī)范的提出與之相關(guān)的兩個(gè)猜想”的強(qiáng)烈自信.

教學(xué)實(shí)踐中，大多數(shù)教師都會(huì)在基于教材編寫意圖的上述揣摩背景下，來處置教材和組織教學(xué)，相應(yīng)的教學(xué)預(yù)設(shè)通常是寄希望于學(xué)習(xí)主體能夠自覺而自然地提出如下兩個(gè)猜想.

第一猜想：壓力作用的效果與壓力大小有關(guān)，壓力越大，壓力作用的效果越明顯.

第二猜想：壓力作用的效果與受力面積大小有關(guān)，受力面積越小，壓力作用的效果越明顯.

可在實(shí)際教學(xué)中卻會(huì)事與愿違，在相當(dāng)比例的教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)往往都會(huì)有學(xué)生在上述兩個(gè)猜想之前而率先提出“第零猜想”：壓力作用的效果與受力物體的材質(zhì)有關(guān)，受力物體的材質(zhì)越松軟，壓力作用的效果越明顯.

相應(yīng)的教學(xué)生成打亂了教學(xué)預(yù)設(shè)下的運(yùn)作節(jié)奏，給基于“壓強(qiáng)”概念的教學(xué)帶來了現(xiàn)實(shí)的“尷尬”，也給教師對(duì)相應(yīng)的教學(xué)生成的處置形成了嚴(yán)峻的考驗(yàn).

2 “第零猜想”的合理性認(rèn)同

在很多教師因?yàn)椤暗诹悴孪搿彼l(fā)的“尷尬”而倍感苦惱之際，筆者倒是覺得：由于教材呈現(xiàn)中某種誘因的客觀存在，發(fā)生學(xué)生提出“第零猜想”的教學(xué)生成其實(shí)并不奇怪，而如果學(xué)生不能夠自覺而自然地提出“第零猜想”，那反倒是一件不可思議的事情.

(1)教材呈現(xiàn)

教材片段1：觀察圖1(即教材中的圖10-2)，小明在沼澤地中陷得較深，說明壓力作用的效果較明顯.壓力作用的效果可能與哪些因素有關(guān)呢？

圖1

教材片段2：現(xiàn)有如圖2(即教材中的圖10-4)所示的器材：用釘子做腿的小桌、海綿、砝碼、木板、盛有適量水的礦泉水瓶、裝有沙的容器等，試設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的猜想.

圖2

(2)誘因分析

誘因分析1：在教材片段1中說道：“……陷得較深，說明壓力作用的效果較明顯.”這一段文字客觀上對(duì)學(xué)生起到了某種暗示：應(yīng)該以“施力物體陷入受力物體的深度”來表征“壓力作用的效果”.更何況在圖1中所呈現(xiàn)的強(qiáng)烈對(duì)比：男同學(xué)小明在沼澤地中陷的較深而痛苦不堪，女同學(xué)(暫且稱她為小紅)在木板上陷的極淺而舒適自如，再一次暗示著：在用“施力物體陷入受力物體的深度”來描述“壓力作用的效果”時(shí)，“受力物體的材質(zhì)”是影響“壓力作用的效果”的重要因素.

誘因分析2：在教材片段2中，我們不必花費(fèi)過多的心思去揣摩教材編者提供海綿和木板的主觀意圖，只需要客觀的做出如下所示的合理判斷即可，即：一定會(huì)有相當(dāng)比例的學(xué)生在受到圖2中所提供的海綿與木板的啟發(fā)下，設(shè)計(jì)出用相同的砝碼(或相同的盛有適量水的礦泉水瓶)先后對(duì)海綿與木板施壓，并在這強(qiáng)烈的對(duì)比中得出“受力物體的材質(zhì)”對(duì)表現(xiàn)“壓力作用的效果”將是何等重要的因素，甚至?xí)型瑢W(xué)在與圖1的比對(duì)中，認(rèn)為圖2中的海綿只不過是圖1中沼澤地的便于走進(jìn)課堂的替代品.

針對(duì)教材文本呈現(xiàn)所作的上述誘因分析表明：如果用“施力物體陷入受力物體的深度”來表征“壓力作用的效果”，那么“壓力作用的效果”當(dāng)然應(yīng)該與“受力物體的材質(zhì)”有關(guān)，即：“第零猜想”的合理性應(yīng)該被得到認(rèn)同.

3 “第零猜想”的公平性分析

在認(rèn)同了“第零猜想”建立在用“施力物體陷入受力物體的深度”來表征和定義“壓力作用的效果”基礎(chǔ)上所具備的合理性后，讓我們?cè)賮磲槍?duì)“第零猜想”而在具體的案例當(dāng)中去質(zhì)詢其公平性.

圖1中的小明與小紅其體重大致相等，他們的鞋底面積也應(yīng)該是大致相等.在這樣的前提下他們對(duì)松軟的沼澤地和堅(jiān)硬的木板的壓力大致相等，而兩個(gè)大致相等的壓力其受力面積又是大致相等——就是在這種諸多因素幾無差別的情況下，沼澤地的松軟和木板的堅(jiān)硬卻造成了小明陷入沼澤深達(dá)30厘米之巨和小紅陷入木板淺至0.1微米之微之間的落差(30厘米和0.1微米并不是精確測(cè)量或精準(zhǔn)推算的數(shù)據(jù)，只是為了行文的便利而作的合乎情理的虛設(shè)數(shù)據(jù)).如果我們因?yàn)檫@“30厘米與0.1微米”之間的落差而認(rèn)為小明對(duì)松軟的沼澤地的壓力效果比小紅對(duì)堅(jiān)硬的木板的壓力效果更明顯，這顯然應(yīng)該被認(rèn)為是一次極不公平的裁決.這就有點(diǎn)像“我們幼稚而固執(zhí)的認(rèn)為在校運(yùn)會(huì)上的百米賽跑中以第一名奪冠取勝的小明其奔跑能力比在奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)上的百米飛人大戰(zhàn)中而以第二名奪冠落敗的運(yùn)動(dòng)員的奔跑能力更強(qiáng)”似的滑稽可笑——由于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的不同，造成了這種僅以名次實(shí)施比對(duì)的極不公正和極不公平.

如果我們把圖1中小紅腳下的那塊木板看作是小紅的“鞋底”，那么包括這塊木板“鞋底”在內(nèi)的小紅就和小明一樣都是站在松軟的沼澤地上，此時(shí)由于小紅的“鞋底”(木板)面積約為小明雙腳鞋底面積的6倍，面對(duì)著陷入沼澤約5厘米而仍然表現(xiàn)得輕松自如的小紅，陷入沼澤30厘米而痛苦不堪的小明也就無話可說了——因?yàn)檫@樣的比對(duì)是在公正且公平的背景下進(jìn)行的.

如果用“施力物體陷入相同材質(zhì)的受力物體的深度”來定義“壓力作用的效果”而實(shí)施相應(yīng)的比對(duì)，才能夠保證相應(yīng)比對(duì)的公平性.這就意味著：“第零猜想”的公平性將被受到質(zhì)疑.

4 “第零猜想”的科學(xué)性質(zhì)疑

其實(shí)，針對(duì)“壓力作用的效果”而提出影響因素的猜想，關(guān)鍵在于對(duì)“壓力作用的效果”的定義.前文我們實(shí)際上對(duì)“壓力作用的效果”已經(jīng)給出過兩種定義，即

定義1：我們用“施力物體陷入受力物體的深度”來表征和定義“壓力作用的效果”.

定義2：我們用“施力物體陷入相同材質(zhì)的受力物體的深度”來表征和定義“壓力作用的效果”.

同時(shí)我們也已經(jīng)作出了相關(guān)的分析和相應(yīng)的認(rèn)同，即：若在基于定義1的前提下，則提出“第零猜想”雖然具備著一定程度的合理性，但卻極不公平；接下來我們還將作進(jìn)一步論證：若在基于定義1的背景下，具備了一定程度合理性的“第零猜想”不僅是極不公平，而且還是極不科學(xué).相應(yīng)的論證如下：

考慮到“壓力作用的效果”所表現(xiàn)的本應(yīng)該是“壓力的特性”，而由上式所定義的所謂“壓強(qiáng)”，其物理意義絕不僅僅是壓力的某種特性，而是包含了受力物體的某種屬性(抗壓屬性).把這種同時(shí)反映與描述“壓力的特性”和“受力物體屬性”的物理量來反映與描述“壓力作用的效果”，顯然是不科學(xué)的.

如果采用定義1而以“施力物體陷入受力物體的深度”來表征和定義“壓力作用的效果”，那么在主觀設(shè)定的用于表征與描述“壓力作用的效果”的“壓強(qiáng)”概念，將會(huì)因?yàn)楸憩F(xiàn)受力物體抗壓屬性的因子f(Y)的侵入而染上“不客觀”的“病毒”；如果采用定義2而以“施力物體陷入相同材質(zhì)的受力物體的深度”來表征和定義“壓力作用的效果”，那么在主觀設(shè)定的用于表征與描述“壓力作用的效果”的

“壓強(qiáng)”概念才會(huì)因?yàn)椤跋嗤馁|(zhì)”的“免疫”功能而“百毒不侵”.也就是說：如果追溯到“第零猜想”賴以合理的被提出的“壓力作用的效果”的定義，則應(yīng)該認(rèn)為“第零猜想”的科學(xué)性其實(shí)是沒有保障的.

5 結(jié)語

其實(shí)，物理學(xué)引入“壓強(qiáng)”概念的本意，并不是以此表述壓力的“作用效果”，而是用于表示壓力的“作用強(qiáng)度”(關(guān)于這一點(diǎn)，筆者擬撰文另作論述).但若針對(duì)“壓力作用的效果”作適當(dāng)?shù)脑O(shè)定(如上述定義2的設(shè)定)，則把“壓強(qiáng)”當(dāng)作“壓力作用的效果”或“壓力的作用效果”(教材先后給出的先天存在著微妙區(qū)別的兩種提法)也未嘗不可.在按照教材現(xiàn)有的文本呈現(xiàn)而組織“壓強(qiáng)”概念的教學(xué)時(shí)，我們不能夠、其實(shí)也不必要奢望規(guī)避“第零猜想”對(duì)教學(xué)產(chǎn)生的影響，但我們可以、并且必須通過對(duì)“第零猜想”的合理性、公平性和科學(xué)性作如本文所呈現(xiàn)的那樣的精細(xì)與精準(zhǔn)的剖析.否則，你便無法規(guī)避由“第零猜想”給教學(xué)所帶來的“尷尬”.

[1]劉炳昇，李容.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)教科書 物理八年級(jí)下冊(cè)[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2012.

[2]蔣新.一起“突發(fā)事件”引起的思考[J].物理之友，2014，30(1).