壓強表達式的兩種教學方法

摘 要針對當前壓強教學中存在的困惑，本文通過對“比值定義法”和“控制變量-比例系數(shù)法”在認知路徑、思維方法及研究范式等維度上的比較研究，厘清它們的適用范圍與教育價值，從而消除壓強教學中存在的疑惑。

關鍵詞壓強 科學方法 比值定義法 控制變量-比例系數(shù)法

三、兩種學科方法的內(nèi)稟研究

1.比較形式與研究范式

毋庸置疑，比值定義法和控制變量-比例系數(shù)法的實施都要以比較作為先決條件。根據(jù)時空上的區(qū)別，可以把比較分為縱向比較和橫向比較?？v向比較是比較同一對象在不同時期內(nèi)的發(fā)展與變化（如戰(zhàn)爭中統(tǒng)計本方的傷亡率）；橫向比較是對同類別的不同對象在相同標準下進行的比較（如戰(zhàn)爭中統(tǒng)計敵我雙方交換比）。不難看出，控制變量-比例系數(shù)法涉及的比較屬于一種縱向比較，因變量和自己的過去做比，即改變自變量大小，觀察因變量的變化趨勢；而比值定義法涉及的比較則是橫行比較，比較同一類事物中的兩個對象在某一方面的能力強弱或變化快慢等，如比較兩個電容器容納電荷能力的強弱。此外，進一步來看，這兩種學科方法的背后實際上影射著不同的實驗研究范式：控制變量法與單組前后測對應，其實驗處理為“使自變量發(fā)生變化”；而比值定義法與雙組前后測對應，實驗處理則是“利用除法統(tǒng)一標準”。兩者在比較形式上的不同，最終轉(zhuǎn)變成了實驗研究范式的迥異。

2.認知路徑與運算水平

認知路徑，即人類獲取知識的途徑。心理學家西蒙在科學發(fā)現(xiàn)規(guī)范理論[3]中把知識獲取的途徑歸結(jié)為兩類：一類是數(shù)據(jù)驅(qū)動，先收集大量數(shù)據(jù)，然后進行分析，找出規(guī)律并予以解釋；另一類是概念驅(qū)動，先提出假設，然后根據(jù)實驗來檢驗并修改假設。有研究顯示[2]，這兩種認知途徑分別對應著學生不同的認知水平，數(shù)據(jù)驅(qū)動與具體運算階段的認知規(guī)律相吻合，而概念驅(qū)動則契合了形式運算階段的認知規(guī)律。如果能厘清比值定義法和控制變量-比例系數(shù)法與這兩種認知路徑間的對應關系，無疑有助于我們在教學中貫徹因材施教的原則，即結(jié)合不同認知水平學生獲取知識的特點，合理選擇建立物理概念的方法。分析兩種學科方法的特點后，我們認為以分析數(shù)據(jù)，歸納規(guī)律入手的控制變量-比例系數(shù)法是數(shù)據(jù)驅(qū)動模式；而以提出假設、驗證假設入手的比值定義法則是概念驅(qū)動模式?？梢?，兩種學科方法的不同，實際體現(xiàn)了是人類認知路徑的不同。

3.教學模式層面

教學模式是指在一定教學思想的引領下，為完成特定教學目標而形成的穩(wěn)定且簡潔的教學結(jié)構(gòu)及操作范式。受教育重演論[4]啟發(fā)，我們可以把學生的學習過程當作是對人類文化發(fā)展過程的一種認知意義上的重演。因此，我們的教學模式也可以采用人類科學研究的形式?；仡櫄v史，我們發(fā)現(xiàn)科學研究主要存在兩種形式：在狹義相對論建立以前，物理學的發(fā)展是由實驗到方程、規(guī)律乃至整個理論體系（如經(jīng)典力學、電磁學、熱力學等），即探究歸納法；在狹義相對論建立以后，這個過程被倒轉(zhuǎn)過來，物理學家們首先建立方程、理論框架，然后再回到實驗，由實驗來驗證理論的真?zhèn)危ㄈ绐M義相對論、廣義相對論、量子力學、粒子物理學等），即演繹驗證法。那么，我們在壓強表達式的建立過程中，應當采用哪種教學模式呢？科學方法中心論[5]指出，學科方法是教學模式的主體，是教學脈絡的體現(xiàn)者，整個教學過程都要圍繞學科方法進行。由此，我們有必要明晰兩種學科方法與兩種教學模式間存在的聯(lián)系。采用對映的方法，我們可以將壓強表達式建立的教學模式分為：以“控制變量-比例系數(shù)法”為主體的探究-歸納式教學和以“比值定義法”為主體的演繹-驗證式教學。

4.思維方法層面

思維方法是用于各種問題解決過程中的一般策略和方法，它屬于一種特殊的心理體驗，不能靠單純的講解來傳授，往往需要使用、訓練才能為學生體會、領悟[6]。由于思維方法隱藏在學科方法的背后，對學科方法起支配與統(tǒng)攝的作用，所以思維方法的教育必須要借助學科方法來進行。因此，識別學科方法與思維方法之間的對應關系，無疑有利于我們通過學科方法對思維方法進行滲透式教學。結(jié)合兩種學科方法的教學流程，可以發(fā)現(xiàn)，在使用“控制變量法”前，首先要利用生活實例讓學生思考影響因變量的因素，這里便涉及到了“猜想”這一非邏輯式的思維，接下來通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，得到因變量與自變量的比例關系，又需要用到“歸納”的思維，可見在使用控制變量-比例系數(shù)法建立物理概念時，調(diào)動了學生的“猜想”與“歸納”思維；而比值定義法，先要結(jié)合學生已有認知結(jié)構(gòu)，啟發(fā)他們提出一種粗劣描述物理概念的假設，然后設計實驗驗證假設，在否定先前假設的基礎上找到不足并修改假設，由此通過一步一步的假設和演繹推理最終得出要定義的物理量。因此，無疑是“假設”、“演繹”思維統(tǒng)攝著比值定義法。

四、兩種教學方法成效的實證研究

鑒于普通班學生的認知水平大都處于具體運算階段，故而宜遵循“數(shù)據(jù)驅(qū)動”的認知路徑去建立概念，而重點班學生的認知水平大都處在形式運算階段，他們更傾向于用“概念驅(qū)動“的認知路徑去建立概念。因此，我們以初二學生作為研究對象，設置了實驗組與對照組——均包括兩個普通班與兩個重點班。在實驗組，我們采用“普通班使用控制變量-比例系數(shù)法建立壓強的表達式，重點班使用比值定義法建立壓強的表達式”的教學方案；而在對照組中，我們讓普通班與實驗班的科學方法進行對調(diào)，即“普通班使用比值定義法，重點班使用控制變量-比例系數(shù)法”。為消除課后練習效應對實驗結(jié)果的干擾，在“新授課”后，我們立即進行了隨堂練習，采用SPSS軟件對所得數(shù)據(jù)進行t檢驗的結(jié)果如下表所示。

通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，實驗組學生的平均成績比對照組分別高出3.64分和3.78分，而且P值均小于0.05，說明差異水平達到“顯著”。由此可見，結(jié)合學生的認知水平來選取壓強表達式建立的學科方法，對提高課堂效率、降低學生認知負荷有著很好的促進作用。

綜上所述，比值定義法與控制變量-比例系數(shù)法為學生重演了別樣的研究范式，串聯(lián)了迥異的認知路徑，統(tǒng)攝了不同形式的教學模式，鍛煉了學生思維的不同側(cè)面，兩者均有其可取之處，它們適合于不同認知水平的學生。

參考文獻

[1] 鄭淵方.壓強概念的辨析與教學設計[J].物理教師，2014（12）.

[2] 石堯.對高中物理比值定義法和控制變量法的再思考[J].北京教育學院學報：自然科學版，2015（1）.

[3] 武孔春.概念驅(qū)動的加工與數(shù)據(jù)驅(qū)動的加工[J].研究論壇，2002（3）.

[4] 王全，母小勇.“科學史—探索”教學模式與“重演”論基礎[J].課程·教材·教法，2008（7）.

[5] 邢紅軍.從知識中心到方法中心-科學教育理論的重要轉(zhuǎn)變[J].首都師范大學大學學報：自然科學版，2011（6）.

[6] 陳清梅，邢紅軍，李正福.論物理課程改革背景下的科學方法教育[J].課程·教材·教法，2009（8）.

【責任編輯 郭振玲】