熊志權 劉芳霞

促進物理概念建構的過程教學策略
——以“密度”教學為例

熊志權1劉芳霞2

（1．珠海市教育研究中心，廣東珠海 519000；2．珠海市斗門區(qū)城南學校，廣東珠海 519100）

過程教學是教師引導學生去揭示、感悟知識發(fā)生的前提和來龍去脈．它的價值表現(xiàn)在有利于遏止注入式物理概念教學，強化課堂教學中學生的主體地位，從而有利于增強教學過程的發(fā)展性功能，全面提高學生對知識的探究欲望和探究能力．

知識發(fā)生過程；建構；物理概念；密度

皮亞杰認為，知識是個體與環(huán)境交互作用中逐漸建構的結果，學習不只是對某種特定刺激作出反應，而是頭腦中認識的重建．［1］知識發(fā)生過程教學就是教師引導學生去揭示或感受知識發(fā)生的前提或原因，知識擴充的經過以及向前拓展的方向，簡單地講，就是再現(xiàn)知識的來龍去脈，揭示知識的本質、順序與聯(lián)系．［2］

概念是反映對象本質屬性的思維方式，是濃縮的知識點，物理概念教學是物理教學的核心，學習物理的首要問題是要弄清基本概念，物理概念教學的效果直接關系到學生對于物理知識的認知程度，進而影響到學生整體知識網(wǎng)絡的構建與后續(xù)物理學習能力．為了使學生更好地掌握物理概念，教師應當把它的形成過程重新還原與稀釋．筆者結合2016年執(zhí)教的“密度”公開課中密度概念教學為例，談談對知識發(fā)生過程的物理概念教學的實踐與體會．

1 通過問卷獲取學生密度的前概念

物理概念教學要返璞歸真，還原其本來面目，教師不應急于把前人的經驗直接呈現(xiàn)給學生，要引導學生積極參與到物理概念的發(fā)現(xiàn)和推理過程中來，教師要把濃縮的物理概念充分稀釋還原，使學生體驗物理概念生成過程．影響學生學習最重要的一個因素是學生已經知道的東西，由于頑固的前概念普遍存在學生腦海中，物理概念建構的本質就是前概念的轉化，為了促進教師對學生的知識背景的全面了解，筆者在課前設置簡潔問卷進行調查．

問卷：見到“密度”這個名詞時，你第一時間想到的是

（A）它表示物體的硬度．

（B）密度大的物體比較重．

（C）密度與物體的體積有關．

（D）它是物體的一種性質，與質量、體積無關．

（E）它是物體質量與體積的比值．

調查對象全班共47人，統(tǒng)計結果顯示如圖1所示．盡管小學五年級科學中學生已初步學習過密度和比重的概念，問卷發(fā)現(xiàn)仍有少數(shù)學生（12人）對密度持有錯誤的前概念，大部分學生（30人）對密度這個概念有一定的整體認知，但為什么要利用質量與體積的比值定義密度卻不是特別清晰．盡管學生在初中物理學中經歷過比值定義速度，但質量與體積兩個物理量的比來表示密度，需要讓學生建立一個認知過程．

圖1 問卷結果統(tǒng)計圖

任何概念都有其形成背景和達成途徑，在上課時引導學生對不同物質的辨別進行情境導入，教師出示銅絲、鐵絲、鋁絲、一杯水和一杯酒精．教師問：這些物質，你們能分辨出來嗎？你是怎么分辨的？學生能利用已有的認知水平，例如物質的狀態(tài)、顏色、氣味、堅硬程度等特性來辨別．

教師再將顏色、形狀相同的鐵塊和木塊讓學生辨別，學生可能會通過感受物體的輕重來判斷．如果遇到形狀和質量都十分接近的不同物體，如市場上的偽劣制品，怎么去辨別呢？學生已有的經驗可能無能為力．

教師即時指出，要分辨物質的種類，要用另外一種屬性來描述，這種屬性不會被顏色、體積、質量等所迷惑．這個話題自然流暢地引出物質的另一種特性．這個過程符合學生的思維認知特點，合乎邏輯自然，沒有將密度概念和定義強勢注入學生腦海．

2 通過實驗建構密度概念形成的來龍去脈

建構主義學習觀認為，知識的學習并不是學習者對知識的被動接受，而是學習者對知識的自主建構．從課堂教學的要求看，對真理的探求比對真理的占有更可貴，組織學生做好“探究同種物質、不同物質的質量與體積關系”的實驗是本節(jié)教學的關鍵，為什么要利用“質量與體積的比值”定義密度，對初中生來說有一定難度，突破此難點的方法是利用學生的最近發(fā)展區(qū)，通過類比和知識遷移，讓學生回顧利用比值定義速度的方法來建立密度的概念．

2．1 探究不同物質的質量與體積之間的關系

教師讓幾個學生感受一下外形、顏色相同的鐵塊和塑料塊的質量大小，根據(jù)質量來判斷哪一個是鐵塊，哪一個是塑料塊．當然，也可以通過托盤天平測量物塊的質量，用精準定量方式取代主觀感受，從而得出相同體積的不同物質的質量不同，用此方法可以用來鑒別物質．

讓學生感受體積相同的不同物質的質量是不同的，為引導學生探索質量和體積之間的關系做了充分鋪墊．教師提問：學生們利用桌上的器材（其中銅塊、鐵塊、鋁塊的體積都是10cm3），研究一下相同體積的不同物質的質量是否相同．學生將實驗數(shù)據(jù)填入表1中．

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出結論：相同體積的不同物質質量不同，不同物質的質量與體積的比值不同．2．2 探究同種物質質量與體積的關系

學生通過小組實驗測量不同體積的圓柱體鐵塊的質量，記錄數(shù)據(jù)在表2中，然后在坐標紙中繪出“質量－體積”圖像，分析同種物質的質量與對應體積的比值特征．

表2 _探究同種物質質量與體積的關系

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出結論：同種物質的質量與它的體積成正比，即質量與體積的比值相同．

由上面兩個實驗可見，不同物質的質量與體積的比值不同，相同物質質量與體積的比值相同，物質的種類與這個比值息息相關，可見，這個比值能夠反映出物質的特性，在物理學中，我們把質量和體積的比值這個特性叫做這種物質的密度．

3 通過小組活動整體認知基本物理量的大小

知識發(fā)生過程教學的一個顯著特征就是向學生揭示或者讓學生去親身體驗知識發(fā)生的全過程，即在把握知識順序的過程中獲取知識．［3］一個物理概念的引出，通常都會伴隨著一個嶄新的物理量出現(xiàn)，或者它本身就包含了一個物理量．實驗得出一個嶄新的物理量有其大小，學生去感知與體驗的環(huán)節(jié)不可或缺，就正如1N的力有多大，1m有多長，1s有多久一樣，密度這個物理量也不例外，必然要讓學生認識它的大小，即感知1g／cm3有多大？或者哪類物質的密度約是1g／cm3．

環(huán)境本身就是活生生的課堂，筆者安排學生利用每天喝的礦泉水來進行活動探究，讓學生在實驗活動中牢牢記住水的密度大小，遇到新的物質密度便于與水進行對照．全班分成10個小組，每小組配一套天平砝碼、量筒、一小瓶礦泉水，測量200mL（cm3）的礦泉水對應質量是多少g？1mL的礦泉水對應質量是多少g？各小組把數(shù)據(jù)填入表格，最終統(tǒng)計各組數(shù)據(jù)，求出水的密度的平均值（約為1g／cm3），用這種身臨其境的測量方法來鞏固密度公式比直接推送給學生水的密度大小更有價值．

4 通過原始物理問題促進學生對公式的保持與遷移

物理概念教學常常采用“一個定義，幾項注意”來明示公式的意義和各種注意事項，窮舉菜單式的注意事項，索然寡味，如圖2所示似乎能把密度的內涵與外延一網(wǎng)打盡，實際上是對概念的理解進行強行灌輸．物理習題大多是把生活現(xiàn)象進行了再加工，而學生面對原始物理問題不再是千篇一律的測驗題目，而是千變萬化的現(xiàn)實情景，他們不被要求作出千人一面的反應，而允許對情景作出個性化的選擇與回應．

圖2 物理概念板書圖

原始物理問題是指生活中的某些物理現(xiàn)象，這些現(xiàn)象未被抽象成常見的物理習題，需要學生回到事件的本身來思考問題，要求學生用提煉、加工、遷移、類比等方式來描述和解釋豐富多彩的自然世界，它比單純做習題更具有開放性和靈活性．教師要引導學生重視原始物理問題的積累和思考．物理課程標準中有內容標準：“解釋生活中一些與密度相關的物理現(xiàn)象．”［4］密度公式一旦出現(xiàn)，公式變形、平均密度、圖像等復雜而繁冗的習題鋪天蓋地而來，很多教師壓縮獲取知識的進程，應用知識解題過分膨脹，題海演練成為他們學習物理的捷徑，這種重復性的練習往往是比較機械的，學生對物理概念沒有在感悟中升華與內化．筆者用一些原始物理問題進行變式訓練，目的是要求學生怎么用這個公式去處理生活中常見的物理問題而不是單純追求結果．

4．1 由具體問題情境強化公式應用

教師要對教材進行識別、分類、重組，不照本宣科和平鋪直敘，有意識將知識轉化為學生的內驅力，點燃學生的探究熱情．如圖3牛奶包裝盒所示，牛奶的體積是多少？質量是多少？密度是多少？喝掉一半后，牛奶的密度將怎么變化？

圖3 牛奶包裝盒

這個情景引導學生識別生活中常見物質的質量、體積的單位，培養(yǎng)學生認知能力，而不是簡單地代數(shù)據(jù)運算．由于此情景涉及到新的密度單位，為接下來的密度單位的轉換埋下伏筆．

4．2 由空氣密度估測教室中空氣的質量

通過做題這種“短、平、快”的戰(zhàn)術縮短了學生的認知過程，雖然加快了眼前的教學進度，但與培養(yǎng)學生思維能力的要求相去甚遠，嚴重遮蔽了教育豐富的內涵．筆者時刻讓學生站在問題開始的地方，面對原始問題思考．由空氣密度估測教室中空氣質量旨在引導學生運用m＝ρV求解．這項活動容易操作，如果我們知道教室的底面積（如根據(jù)地磚的多少求出教室面積）和高度，就可以估算教室中空氣質量．

4．3 由水的密度估算人的體積

思維方式要建立在“物質”的基礎上，而這個“物質”基礎就是要讓學生對原始物理問題經過同化和順應來構建屬于學生特有的認知結構體系．這樣的問題結合實際環(huán)境，學生參與的熱情比較高，如果通過網(wǎng)絡查詢知道人體的密度和水的密度接近，我們怎么知道每個人的體積呢？對于關乎自己身體的問題，并且?guī)缀醪豢芍苯訙y量的問題，學生很有興趣，不知不覺中對公式變形V＝m／ρ有一個深刻的應用實踐．

5 通過設置情境問題讓學生知道過程比結果更重要

《基礎教育課程改革綱要》明確指出“改變課程實施過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現(xiàn)狀，提倡學生主動參與……”．物理學中的概念，不僅要學生知道它是什么，更要知道為什么要引入這個概念．密度單位轉換也是一個重要內容，很多教師常見的處理方式就是將1kg／m3與1g／cm3的關系直接給出，接下來就是大量重復訓練單位互換的機械練習，做題當時有效果，很多教師就是朝著這個高效而去設計的，多年以后學生還記得此結論？密度單位的換算，物理教師至少要回答學生心中的兩個困惑：一是有了單位kg／m3，為什么還要引入另一個單位g／cm3？二是它們間的關系是怎樣得來的？

筆者設計了一個情景問題：某足夠大的容器裝1cm3水的質量為1g，如果裝1m3的水質量為多少kg？由于水的密度不變，那么學生就輕而易舉地推出1g／cm3＝103kg／m3，而不是直接讓學生識記單位換算．教育無非就是把已學的遺忘掉所剩下來的東西，學生剩下來的東西就是固化的能力和素質．這種素質可以廣泛地遷移到生活和工作的方方面面，這些恰恰是教育的全部內容．

蘇霍姆林斯基說過：“如果概括性的結論不是從生活實踐中抽取出來的，不是建立在分析事實的基礎上的，那么死記和背誦他們的結果，就是學生并不能運用他們花了很多勞動得來的知識．”筆者在引出平均密度時，讓學生回答問題：密度分別為ρ1及ρ2的兩種物質混合（假設混合后總體積不變），則當取等質量的這兩種物質混合時，混合物的密度怎么變化？當取等體積的這兩種物質混合時，混合物的密度怎么變化？兩種情況得出來的結果差異為何如此之大？請學生們思考．從而為什么要引出平均密度的概念作了物質鋪墊，這比單純傳授“什么是平均密度”，識記“平均密度的計算公式”更有育人價值．

6 通過激發(fā)認知沖突讓學生明白概念的定義不能隨心所欲

學習不是簡單的信息累積，更包含著新舊知識和經驗的沖突，以及由此而引發(fā)的認知結構的重組，教師要善于以認知沖突為依托，激發(fā)學生學習興趣和探究欲望．知識發(fā)生過程的教學涉及到一個個未知的問題，引發(fā)一次次認知沖突，學生在沖突與平衡中隨之相伴的是冥思苦想，如此一番思維冶煉，崇高科學品質，敢于創(chuàng)新的探究意識是不難得以提升的．密度的定義很簡單，除了難度大的練習題外，有沒有更高層次的思維活動呢？

臨近下課，筆者再次提問：密度用質量和體積兩個物理量來定義，我們能不能用體積與質量的比值來定義物質的密度呢？能不能用質量與體積的乘積來定義密度呢？這一提問具有挑戰(zhàn)性，小組討論自然形成．教師啟發(fā)：大家想想，如果這樣定義使用方便嗎？同一種物質的質量與體積的乘積恒定嗎？學生會回答如此定義體積與質量的比值越大密度越小，其比值越小密度越大，這與我們生活常識相悖，并且由于質量與體積的乘積不恒定，不能表征物體的特性．看來，物理概念的某些定義盡管是人為規(guī)定的游戲規(guī)則，卻不能隨心所欲．意猶未盡，似了非了．這不僅僅是我們的物理課堂，而是人類認識自己，認識自然的永恒話題．

當前教育強調社會工具價值，要求教育出即時顯性的功效，漠視教育在培養(yǎng)個性、使人的潛能得到盡可能發(fā)展方面的價值，忽視教育的長期效益，導致對概念形成過程的教學重視不夠．很多教師在物理概念的教學過程中過于強調物理概念的知識本位，壓縮了概念形成過程的教學，在引入概念時沒有讓學生對其必要性獲得足夠的感性認識而是直接給出物理概念，致使一部分學生只是死記物理概念，概念在他們的頭腦中成為空中樓閣，概念不清晰就會導致學生的知識儲備越多，往后的學習就越困難，成為一種生命中不可承受之重的累贅．

1 施方良．學習論［M］．北京：人民教育出版社，1994：221．

2 裴光勇，陳佑清．知識發(fā)生過程教學的內涵和價值［J］．中國教育學刊，2001（1）：48．

3 熊志權．基于知識發(fā)生過程的物理概念教學——以《運動的快慢》教學為例［J］．中學物理教學參考，2014（6）：26－28．

4 中華人民共和國教育部制訂．義務教育物理課程標準（2011年版）［M］．北京：北京師范大學出版社，2012（1）：16．

2016－05－30）

本文系2014年廣東省教育研究院基礎教育綜合類研究重點項目“教育質量綜合評價在基礎教育中的有效實施研究——基于科學課程標準的學業(yè)質量評價研究與實踐”（項目編號GDJY－2014－A－a050）的階段性研究性成果之一．