信息深度加工優(yōu)化“密度”教學(xué)

冒美鳳

摘 要：學(xué)習(xí)過程是對信息進(jìn)行加工的過程，我們的信息加工要立足于教材進(jìn)一步深度挖掘概念的物理本質(zhì)和內(nèi)在邏輯，“密度”這個概念就是一個能夠引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的例子，通過對信息的深度加工，學(xué)生能夠深化對密度概念的本質(zhì)和建立過程的理解。

關(guān)鍵詞：信息加工；深度學(xué)習(xí)；密度

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）11-0025-3

促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展是教育的目的之一，我們的物理教學(xué)不應(yīng)該浮于教材表面，而應(yīng)該對教材中的信息進(jìn)行系統(tǒng)地分析和深度加工，對教材中“概念”構(gòu)建的思路進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有新的發(fā)現(xiàn)，并將新方法和新知識很自然地融入到原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，促進(jìn)對物理概念的理解，彰顯其物理本質(zhì)與教學(xué)邏輯。本文以蘇教版《物質(zhì)的密度》一節(jié)的教學(xué)為例，就如何進(jìn)行信息深度加工進(jìn)行探討。

1 蘇科版教材中“密度”信息加工流程和困境

1.1 教材內(nèi)容的信息加工流程

翻開蘇科版初中物理教材《物質(zhì)的密度》這一節(jié)，核心內(nèi)容是“密度”的概念，從教材的內(nèi)容看信息加工流程，思路較為清晰，有如下幾個環(huán)節(jié)：

環(huán)節(jié)1：討論交流——教材給出具體的情景“怎樣區(qū)分表面被涂成相同顏色的鐵塊和塑料塊？”學(xué)生從生活經(jīng)驗出發(fā)提出各種方法。

環(huán)節(jié)2：提出問題——提出與“密度”概念有關(guān)的另外兩個物理量是否具有關(guān)聯(lián)性的疑問“物體的質(zhì)量與體積之間有什么關(guān)系？”

環(huán)節(jié)3：猜想假設(shè)——學(xué)生就環(huán)節(jié)2的問題進(jìn)行猜想，從“同種物質(zhì)的物體，體積越大，質(zhì)量越大”的經(jīng)驗出發(fā)，猜想同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值不變。

環(huán)節(jié)4：實驗驗證——學(xué)生分組實驗探究，器材的選擇上分幾種情形：①質(zhì)量不同的同一種物質(zhì)的物體；②體積和質(zhì)量各不相同的不同物質(zhì)的物體。學(xué)生列表記錄下測得的質(zhì)量和體積，計算出質(zhì)量與體積的比值。

環(huán)節(jié)5：總結(jié)結(jié)論——從環(huán)節(jié)4的實驗結(jié)果出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生自主歸納總結(jié)出“某種物質(zhì)的物體質(zhì)量與體積的比值反映了這種物質(zhì)特有的性質(zhì)”的結(jié)論，生成定義新概念的需要：“我們就把單位體積的某種物質(zhì)的質(zhì)量定義為密度”。

環(huán)節(jié)6：知識應(yīng)用——回到環(huán)節(jié)1，用“密度”這個概念來區(qū)分表面被涂成相同顏色的鐵塊和塑料塊。

1.2 幾點困境

教材中的材料和信息加工流程，看上去很具有邏輯性，一環(huán)套一環(huán)，但是筆者認(rèn)為信息加工的深度還不夠，導(dǎo)致教學(xué)上容易走向歧途和困境。

困境1：教材的導(dǎo)入情境設(shè)置意圖在于讓學(xué)生能夠提出與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的探究問題——不同物質(zhì)的物體質(zhì)量與體積的關(guān)系。不過學(xué)生生活經(jīng)驗的起點并非如此，例如生活中可以敲擊聽聲音，用“吸鐵石”去吸，也可以刮開涂層來辨別等等，而這些方法一旦托出，則會與教材預(yù)設(shè)的信息加工環(huán)節(jié)漸行漸遠(yuǎn)。

為什么會這樣？筆者認(rèn)為，教材此處的安排出于對物理概念整體建構(gòu)的考慮，是在“質(zhì)量”的概念建立后，肢解概念將學(xué)生的引向“質(zhì)量”和“體積”，最終找到“認(rèn)識物質(zhì)特性”的方法。不過在導(dǎo)入情境的信息輸入上開放度過大，導(dǎo)致學(xué)生的思維難以聚斂，而且這個情境的設(shè)置，學(xué)生尚未擁有“鑒別物質(zhì)”的科學(xué)方法，讓接下來“密度”概念的建立顯得更抽象、難懂。

困境2：教材在實驗探究和數(shù)據(jù)記錄上已經(jīng)將信息加工好了，按部就班地實驗，被教材牽著鼻子走，學(xué)生完全缺失了主動性，更不要說體驗信息加工的過程。

困境3：“為什么把某種物質(zhì)的物體質(zhì)量與體積的比值定義為密度？”這個問題學(xué)生難以理解，歸根到底在于學(xué)生對比值定義法的不理解，導(dǎo)致將物理上的比值法與數(shù)學(xué)上的除法（或比）相混淆，為什么呢？因為學(xué)生沒有意識到選取“相同標(biāo)準(zhǔn)”在比值定義法中的重要性，自然也就無法觸及概念的本質(zhì)。

2 信息深度加工理論下的“密度”概念教學(xué)策略

2.1 深挖教材中的情境，幫助學(xué)生開啟探究之門

對蘇教版教材中的“怎樣區(qū)分表面被涂成相同顏色的鐵塊和塑料塊？”環(huán)節(jié)，進(jìn)行深度加工，讓情境更有層次感。

情境1：取顏色、形狀均相同的木球和鉛球，分別拿在左手和右手，要求學(xué)生區(qū)分哪個是木球，哪個是鉛球。

對于這個情境，學(xué)生很自然地會想到用手掂一掂，“輕”的是木塊，“重”的是鐵塊。值得注意的是這里的輕重指的是質(zhì)量。學(xué)生通過這一信息的加工直接將區(qū)分物質(zhì)與前面學(xué)習(xí)的“質(zhì)量”相聯(lián)系。

情境2：在學(xué)生有了“質(zhì)量”區(qū)分物質(zhì)的經(jīng)驗，此時邀請一個學(xué)生到講臺上來，同時給他戴上眼罩，讓他右手托起一個塑料托盤，接著先放上一個質(zhì)量比較大的塑料塊，再換上質(zhì)量比較小的鐵塊，要求該同學(xué)區(qū)分塑料和鐵（沒有涂顏色）。

情境2的處理，與該同學(xué)的手接觸的是同一個塑料托盤，由于有了前一次的經(jīng)驗，會錯誤地認(rèn)為“質(zhì)量”大的是鐵塊，下面的同學(xué)都驚呆了，該同學(xué)摘掉眼罩也表示驚訝。矛盾中自然生成新的認(rèn)識：“只憑質(zhì)量大小是不能鑒別物質(zhì)的?！?/p>

為什么呢？

幾乎所有的學(xué)生都會觀察并說出“體積大小不同”。在學(xué)生這一認(rèn)知的基礎(chǔ)上，筆者在黑板上畫了一個1 kg的鐵球示意圖（如圖1甲所示），邀請一個學(xué)生到黑板上來畫一個8 kg的鐵球示意圖，學(xué)生從數(shù)學(xué)的角度思考并畫出了如圖1乙所示的示意圖。

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甲 乙

圖1 示意圖

暫且不說學(xué)生畫的示意圖是否準(zhǔn)確，學(xué)生作圖的過程實際上就是在找尋“質(zhì)量與體積間的匹配關(guān)系的過程”，是學(xué)生選擇“相同標(biāo)準(zhǔn)”的過程。那么，質(zhì)量和體積之間有著怎樣的“匹配關(guān)系”呢？有沒有更精確一點的、可以量化的經(jīng)驗?zāi)?？筆者此時給學(xué)生演示了“堆硬幣”的游戲，讓學(xué)生從這個游戲的經(jīng)驗出發(fā)進(jìn)行猜想和假設(shè)：“同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值不變?！比绱艘粊硗ㄟ^對教材中的導(dǎo)入情景的深度加工，很自然地完成了前文所述的三個教學(xué)環(huán)節(jié)。

學(xué)生的猜想有沒有依據(jù)呢？如何驗證呢？筆者認(rèn)為不能直接按部就班地用教材，而應(yīng)該和學(xué)生開啟一個探究之旅。

2.2 學(xué)生自主探究規(guī)律

在前面，通過對教材情境的深挖，學(xué)生已經(jīng)有了“同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值不變。”的猜想，接下來的驗證應(yīng)該開放一些，讓學(xué)生自己去選擇信息并進(jìn)行深度加工。

（1）自主討論和設(shè)計實驗

設(shè)計實驗方案是進(jìn)行科學(xué)探究中最為重要的一環(huán)，以學(xué)習(xí)小組為單位，學(xué)生相互討論不斷地使方案越來越科學(xué)、合理。圍繞著幾個問題反思，問題1：你為什么要這樣設(shè)計？問題2：這樣的方案找到的關(guān)系是否可靠？問題3：如何證明關(guān)系具有普適性？

通過自主討論和設(shè)計實驗的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)運用“比值法”的實驗設(shè)計思想，在改進(jìn)實驗方案的過程中通過陳述自己的依據(jù)，促進(jìn)思維的發(fā)展。

（2）思考實驗中的問題

實驗是一個探索未知或驗證猜想之旅，所以在實驗過程中難免會出現(xiàn)“意外”，其實本節(jié)課的驗證性實驗就很容易出現(xiàn)意外。例如，在實驗過程中，有一組學(xué)生對體積不等的木塊進(jìn)行實驗探究，結(jié)果得到了一組“不理想”的數(shù)據(jù)（如表1所示）。

表1 數(shù)據(jù)表

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而如果換上一組銅塊來實驗，則又是能夠與“猜想”一致的，為什么用木塊與猜想就不一致呢？當(dāng)該組同學(xué)將問題拋出來以后，班級內(nèi)部又有幾組同學(xué)發(fā)現(xiàn)了相同的問題，這恰是值得深度加工的“信息”。

于是筆者讓“成功”的小組與“失敗”的小組進(jìn)行交流，交流后發(fā)現(xiàn)，實驗過程中天平有兩種，一種是分度值是0.5 g，一種分度值是0.2 g，再回到有問題的數(shù)據(jù)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)在質(zhì)量較小的時候比較不準(zhǔn)確，癥因找到了——“實驗的誤差”。

這是一次診斷之旅，不僅僅最終驗證了自己的猜想，還培養(yǎng)了學(xué)生尊重實驗數(shù)據(jù)和實驗事實的科學(xué)態(tài)度。

2.3 反思中促進(jìn)概念的正確建立

有了前面的經(jīng)驗，定義“密度”變得順理成章，但是我們教師不應(yīng)該直接拋出概念，可以設(shè)置一個反思性問題讓學(xué)生自己去揭秘。

問題：在其他條件一定的情況下，質(zhì)量與體積的比值由什么決定？

通過問題的討論讓學(xué)生感受到質(zhì)量與體積的比值可以揭示物質(zhì)在統(tǒng)一比較標(biāo)準(zhǔn)下的本質(zhì)屬性，在此基礎(chǔ)上用比值定義法建立“密度”的概念，接著再讓學(xué)生將自己實驗記錄下來的2組數(shù)據(jù)（一組木塊，一組銅塊）在坐標(biāo)紙上描點連圖得到過原點的傾斜直線，“直觀地看到正比例”，進(jìn)一步深化學(xué)生對概念的理解。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉桂枝.分析教材，深度學(xué)習(xí)——《運動電荷在磁場中受到的力》教材分析與設(shè)計[J].物理教學(xué)探討，2015，33（5）：24—27.

[2]畢愛芹.《物質(zhì)的密度》教學(xué)設(shè)計[J].物理教學(xué)探討，2007，25（1）：29—30.

（欄目編輯 劉 榮）