初中科學(xué)比值定義概念的教學(xué)模式探究

朱灝

摘 要：比值定義法是一種十分重要的科學(xué)方法，科學(xué)中的許多基礎(chǔ)概念都是運(yùn)用比值定義法定義的.學(xué)習(xí)和掌握比值定義法的科學(xué)方法及其思想內(nèi)涵，無(wú)論對(duì)初中科學(xué)，還是將來(lái)高中物理的學(xué)習(xí)都大有裨益.本文作者試圖從符合初中學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的心理認(rèn)知規(guī)律及比值定義法的一般思維過(guò)程，由定性感知逐步深化、循序漸進(jìn)到定量定義，探尋適合比值定義類概念學(xué)習(xí)的一般教學(xué)模式.

關(guān)鍵詞：初中科學(xué)；比值定義；概念；教學(xué)模式

1 引言

初中科學(xué)中密度的概念，對(duì)初一的學(xué)生而言，是一個(gè)極為抽象的概念.平時(shí)他們對(duì)這一概念并沒有相關(guān)的感性認(rèn)識(shí)，這就為教學(xué)帶來(lái)了相當(dāng)大的難度.而同時(shí)密度的概念，在整個(gè)中學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)中又占有極為重要的地位.在浙教版初中科學(xué)教材中，作為學(xué)生第一次遇到的由比值定義法定義的概念，它直接關(guān)系到今后其它科學(xué)知識(shí)和概念的學(xué)習(xí)及相關(guān)科學(xué)思維能力的養(yǎng)成.如果教師利用密度這一課，讓學(xué)生深刻理解科學(xué)中的比值定義法的含義及其內(nèi)含的科學(xué)思維方法，那對(duì)學(xué)生今后學(xué)習(xí)其它類似的比值定義概念的時(shí)候，將有極大的幫助.

2 比值定義法

所謂比值定義法，就是用兩個(gè)或多個(gè)物理量的比值來(lái)定義物理概念的方法.比值定義法的理論基礎(chǔ)是比較.所謂比較，就是確定事物同異關(guān)系的思維過(guò)程和方法.根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)把彼此有某種聯(lián)系的事物加以對(duì)照，從而確定其相同與相異之點(diǎn)，便可以對(duì)事物作初步的分類.在這里，比較的關(guān)鍵是選取相同的標(biāo)準(zhǔn).因?yàn)橹挥羞x取相同的標(biāo)準(zhǔn)，才能使得比較的結(jié)果有意義.所以，比值定義法采用兩個(gè)或多個(gè)物理量相比，就是在比較時(shí)選取相同標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)基本手段.

比值定義法是定義科學(xué)概念最基本的方法之一.初中科學(xué)中比值定義概念的基本定義式多為x/y型，如：密度、速度、壓強(qiáng)、功率、電功率等概念都是采用這種方法定義的.教師在教學(xué)中若能遵循比值定義法內(nèi)在的科學(xué)邏輯和學(xué)生對(duì)概念的認(rèn)知規(guī)律，教會(huì)學(xué)生正確理解和掌握比值定義法的真正科學(xué)意義，對(duì)學(xué)生今后科學(xué)的學(xué)習(xí)及科學(xué)思維的養(yǎng)成都大有裨益.

3 比值定義概念的教學(xué)模式

科學(xué)概念在人腦中形成的過(guò)程是一個(gè)心理活動(dòng)過(guò)程 ，有四個(gè)階段 ： 第一是感覺，第二是知覺，第三是觀念的形成，最后一個(gè)階段就是概念的構(gòu)建.因此，讓學(xué)生獲得足夠的、形象具體的感性認(rèn)識(shí)是形成概念的基礎(chǔ) ，使學(xué)生理解由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的上升過(guò)程是形成概念的關(guān)鍵，而形成科學(xué)概念的根本是學(xué)生要能理解科學(xué)概念中所蘊(yùn)含的科學(xué)意義 .下面筆者以浙教版初中科學(xué)七年級(jí)上冊(cè)第四章物質(zhì)的特性第三節(jié)《物質(zhì)的密度》為例，試圖遵循學(xué)生對(duì)比值定義概念形成的心理認(rèn)知過(guò)程和比值定義法的一般思維順序，來(lái)探討初中科學(xué)比值定義概念的基本教學(xué)模式.

3.1 設(shè)置具體的情景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)概念興趣動(dòng)機(jī)

創(chuàng)設(shè)新穎有意義的科學(xué)概念學(xué)習(xí)情境，能激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)知識(shí)的動(dòng)機(jī).

在本課的情景引入部分，筆者從學(xué)生對(duì)日?！熬o密程度”的生活體驗(yàn)較為熟悉出發(fā)，首先設(shè)計(jì)播放一段視頻內(nèi)容（如圖1）：51人擠進(jìn)一輛面包車創(chuàng)吉尼斯世界記錄.然后教師提問：一輛7座的面包車硬是擠進(jìn)去51個(gè)人，大家說(shuō)這車?yán)锏娜藬D不擠，密不密？ 通過(guò)視頻的觀看，讓學(xué)生從自身的生活經(jīng)驗(yàn)中獲得“緊密程度”的直接感受，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，為下面“密度”概念的學(xué)習(xí)做好鋪墊.

3.2 設(shè)置特定的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，定性感知概念的大體含義

初中學(xué)生的科學(xué)思維基本還處在具體運(yùn)算階段和前運(yùn)算階段，他們的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)都較少，思維活動(dòng)往往依靠直觀的感性材料，在思維過(guò)程中具體形象成分仍起主要作用.他們?cè)谶M(jìn)行抽象邏輯思維的時(shí)候，常常還要具體的、直觀的、形象的、感性經(jīng)驗(yàn)的支持，不然，就會(huì)出現(xiàn)理解、判斷、推理上的困難.因此教師設(shè)計(jì)好與概念建構(gòu)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，使學(xué)生獲得與科學(xué)概念有直接或間接聯(lián)系的具體直觀的感性認(rèn)識(shí)，對(duì)學(xué)生形成科學(xué)概念就顯得尤為重要.

（1）當(dāng)V（體積）相同時(shí)，比較m（質(zhì)量）

視頻體驗(yàn)后，緊接著教師設(shè)計(jì)活動(dòng)1：提供學(xué)生相同的杯子及若干海綿塊，分組活動(dòng)，要求學(xué)生模仿以上視頻中類似面包車塞人的情景，在這個(gè)杯子中裝入海綿，看誰(shuí)在容積相同的杯子中裝滿海綿后，杯子內(nèi)裝的海綿最緊密.在學(xué)生的相互比賽競(jìng)爭(zhēng)中，進(jìn)一步強(qiáng)化、刺激學(xué)生對(duì)“緊密程度”這一概念的直接感受.然后在此活動(dòng)基礎(chǔ)上，取兩組學(xué)生活動(dòng)結(jié)果（兩個(gè)裝滿海綿的杯子），提出問題：哪一個(gè)杯子中的海綿裝得最緊密呢？怎么判斷呢？標(biāo)準(zhǔn)是什么？引導(dǎo)學(xué)生思考、分析、討論.在此過(guò)程中，學(xué)生最容易忽略體積相同這一前提，教師一定要注意強(qiáng)化在比較時(shí)，選取相同標(biāo)準(zhǔn)的重要性，這是一切比較的前提和基礎(chǔ).最后梳理歸納出，比較物質(zhì)組成物體緊密程度的方法可以是：相同體積的物體比較其質(zhì)量，質(zhì)量大的構(gòu)成物體的物質(zhì)間緊密程度大.使學(xué)生對(duì)密度概念形成初步的定性認(rèn)識(shí).這時(shí)候教師再利用模型法，展示固體、液體、氣體的分子結(jié)構(gòu)模型（圖例2）.讓學(xué)生回顧剛剛掌握的分子運(yùn)動(dòng)論的知識(shí)，通過(guò)比較構(gòu)成這三者分子間間隔的差異，幫助學(xué)生從分子（微粒）微觀的角度，進(jìn)一步直觀的理解構(gòu)成物體的內(nèi)部組成分子（微粒）間的間隙不同，是造成物體內(nèi)部物質(zhì)間的緊密程度不一樣的一大重要原因，幫助學(xué)生加深對(duì)密度這一抽象概念的直觀理解.

（2）當(dāng)m（質(zhì)量）相同時(shí)，比較V（體積）

教師提問：除了以上這種比較緊密程度的方法外，還有別的方法比較緊密程度嗎？這里有些學(xué)生可能有疑惑，教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入.活動(dòng)2：教師提供兩塊質(zhì)量和體積都相同的插花海綿（圖3）（插花海綿有種特性，就是體積能被壓縮后而不反彈），請(qǐng)學(xué)生把其中一塊壓縮后，教師引導(dǎo)提問：它的質(zhì)量怎么變？體積怎么變？哪塊的緊密程度更大？為什么？學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作并思考總結(jié)：相同質(zhì)量的物體比較其體積，體積小的構(gòu)成物體的物質(zhì)間緊密程度大.教師緊接著可以讓學(xué)生用類似以上圖2的分子模型圖的樣子，從微觀角度加以解釋這一比較方法，并試著動(dòng)手練習(xí)畫畫，加深對(duì)密度這一概念的微觀體驗(yàn)和理解.

3.3 類比推導(dǎo)、定量分析構(gòu)建密度概念

以上設(shè)計(jì)的兩個(gè)活動(dòng)及獲得的比較方法中，都有一個(gè)相同的標(biāo)準(zhǔn)量.要么是體積相同比較質(zhì)量，要么是質(zhì)量相同比較體積.到此學(xué)生也大體對(duì)物質(zhì)緊密程度的概念也有了一定程度的定性認(rèn)知.但是當(dāng)與概念定義相關(guān)的m、V都不同時(shí)，沒有了相同量，如何比較概念？如教師繼續(xù)拋出如下問題就會(huì)引發(fā)學(xué)生思維沖突.

教師展示兩塊質(zhì)量和體積都不相同的物體，比如：體積為30cm3質(zhì)量為237g的鐵塊和體積為20cm3質(zhì)量為178g的銅塊，問如何比較構(gòu)成它們物質(zhì)的緊密程度？學(xué)生可能會(huì)疑惑迷茫，質(zhì)量、體積都不同怎么比??？剛才學(xué)到的兩種方法都不能解決現(xiàn)在的問題啊.此時(shí)，教師就要更進(jìn)一步強(qiáng)化、引導(dǎo)，使學(xué)生建立“只有選取相同的標(biāo)準(zhǔn)，才能使得比較的結(jié)果有意義”的強(qiáng)烈意識(shí)，這也是比值定義科學(xué)方法的核心.

這里教師可以提問：平時(shí)兩個(gè)班級(jí)人數(shù)不同，總分?jǐn)?shù)也不同，我們是怎么來(lái)比較兩個(gè)班的分?jǐn)?shù)高低的??？引導(dǎo)學(xué)生回憶熟悉的平均分?jǐn)?shù)概念進(jìn)行類比，引出密度的概念定義.

學(xué)生：這兩個(gè)鐵塊和銅塊體積不同，質(zhì)量也不同，所以討論認(rèn)為：取相同體積比較質(zhì)量的方法，將物體的質(zhì)量分別除以體積，取平均體積后的質(zhì)量進(jìn)行比較.即一立方厘米的體積所含的質(zhì)量多少，則鐵塊平均一立方厘米體積所含質(zhì)量是：

m/V=237g÷30cm3=7.9g/cm3.

銅塊平均一立方厘米體積所含質(zhì)量是：

m/V=178g÷20cm3=8.9g/cm3.

8.9g/cm3>7.9g/cm3，可見構(gòu)成銅塊的物質(zhì)緊密程度比構(gòu)成鐵塊的物質(zhì)緊密程度要大.

教師：看來(lái)我們?cè)诒容^構(gòu)成物體物質(zhì)的緊密程度的時(shí)候，不能只比較體積，也不能只比較質(zhì)量，而應(yīng)該有個(gè)相同的標(biāo)準(zhǔn)：平均體積，即一立方厘米、一立方分米、一立方米.科學(xué)上把這種一個(gè)單位的體積稱之為“單位體積”.所以科學(xué)上就用物體單位體積所含物質(zhì)的質(zhì)量來(lái)表示構(gòu)成物體物質(zhì)的緊密程度，稱之為密度.其定義式是：物體質(zhì)量除以體積的比值.當(dāng)然，也可以用物體體積除以質(zhì)量來(lái)定義密度，這在科學(xué)上沒有問題.但由于這樣是比值越大密度反而越小，并不符合人們的思維習(xí)慣，人們還是習(xí)慣采用質(zhì)量除以體積的比值定義方法定義密度.

至此，依照初中學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的認(rèn)知次序和規(guī)律，通過(guò)具體形象的活動(dòng)感知，運(yùn)用模型、類比比較，按以下框架所示的教學(xué)流程，從定性感知到定量定義，不斷深化，逐步深入推進(jìn)的教學(xué)模式，不僅使學(xué)生掌握了抽象的密度概念，也更深的體會(huì)、理解了比值定義法的科學(xué)思維內(nèi)涵.

教師的教學(xué)，不能只是講授知識(shí)，更重要的是還要使學(xué)生掌握獲得這些知識(shí)的思維方法.當(dāng)這種科學(xué)思維方法有一定難度時(shí)，教師的重要工作就是通過(guò)運(yùn)用具體、形象、可見的活動(dòng)設(shè)計(jì)，細(xì)化、分解這一思維的過(guò)程，降低思維的難度，搭建思維的階梯，使學(xué)生易于理解和掌握.比值定義法是一種科學(xué)的思想方法，其核心思想就是在相同的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行比較. 教師在科學(xué)教學(xué)的過(guò)程，要重點(diǎn)注意引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極有效地思維.因此，對(duì)于運(yùn)用比值定義概念的教學(xué)，必須要合乎比值定義法的邏輯思維順序，由定性到定量循序漸進(jìn)，這樣才能保證教學(xué)過(guò)程條理分明，逐步深化，進(jìn)而能使學(xué)生頭腦中自然生成反映事物本質(zhì)屬性的科學(xué)概念.以上的比值定義概念的一般教學(xué)模式也適合諸如速度、壓強(qiáng)、功率等比值定義類概念的教學(xué).

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