壓強概念的辨析與教學(xué)設(shè)計

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.

1 壓強概念教材分析

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.

2 固體壓強概念得出的思維過程和研究方法

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.

3 壓強概念的教學(xué)設(shè)計

3.1 充分利用學(xué)生原有相關(guān)知識和生活經(jīng)驗充當(dāng)“先行組織者”，同化新知識

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……

3.2 教師總結(jié)引導(dǎo)，進一步擴展深化學(xué)生的思維，明確研究的主題

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.

3.3 討論確定研究的量的表示方法與問題的研究的方法

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.

3.4 實驗并得出結(jié)論

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.

3.5 公式意義的討論和應(yīng)用

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.

4 備課總結(jié)

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.