定性與定量思想在初中物理課堂中的實踐研究

馬曉勤

[摘要]定性和定量研究是教學研究的兩條重要思路，在物理教學研究中需要將兩者有機結合起來才能發(fā)揮最大效能。文章結合《浮力》教學，從四方面“①基于前概念，定性分析建立浮力概念;②基于體驗與實驗，定性與定量相結合測量浮力;③基于觀察實驗，定性分析影響浮力大小的因素;④基于實驗探究，定量研究阿基米德原理”，對定性與定量研究相結合的物理教學進行探討。

[關鍵詞]定性;定量;初中物理;浮力

[中圖分類號]G633.7 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6058（2020）05-0043-02

學生剛接觸初中物理時，主要是應用定性的方法，觀察和研究自然界及人類活動中的一些物理現(xiàn)象、物理問題，隨著物理學習進程的深入，定量研究的方法逐漸滲透到物理學習之中。定性和定量相結合的方法是物理學習的重要方法，積極而有效地運用好這兩種研究方法，對發(fā)展學生的思維能力、培育學生的學科核心素養(yǎng)有著重要的意義。

一、定性與定量研究相結合的要義解讀

定性研究與定量研究是人們認識事物和研究事物發(fā)展規(guī)律的兩條主線，各自包含著一系列具體的研究方法。一般認為，定性研究主要以現(xiàn)象學為理論基礎，運用字詞、文本、敘述、圖片等收集和分析世界的非數(shù)字表征，它被認為是一種假設生成研究。它是通過研究者對事物進行深入的觀察、體驗、比較、分析和歸納，從而獲得對事物的認識的過程。定量研究是指研究者事先建立假設并確定具有因果關系的各種變量，然后使用某些經(jīng)過檢測的工具對這些變量進行測量和分析，從而驗證研究者預定的假設。

從學生學習物理的認識規(guī)律來看，通常是先進行定性認識，直觀地觀察和體驗，從多維度、多視角整體把握事物的全貌;而后進行定量分析研究，依靠準確的數(shù)據(jù)定量分析，認識事物，同時又為新的定性認識打好基礎。兩類研究各有優(yōu)勢，各有局限，側重點不同。定性研究側重于從質的方面認識事物，而定量研究側重于從事物的局部、某個方面進行測量與分析。

二、定性與定量研究相結合的教學案例

蘇科版物理八年級《浮力》教學內(nèi)容，既有浮力概念的建立，又有浮力定量計算的規(guī)律，教學中需要定性與定量兩類研究相互結合，交叉應用。

1.基于前概念，定性分析建立浮力概念

【教學片段1】

引入：一個乒乓球引發(fā)的思考……

師：圖1、圖2中乒乓球受重力作用，為什么沒有下落？

生：是手和球拍托起了乒乓球。

師：那圖3是什么托起了乒乓球？

生：水。

師：這個向上的托力通常稱為浮力。為什么軍艦能浮在水面上，熱氣球能浮在空中？

生：因為受到水和空氣的浮力。

歸納：浸在液體或氣體里的物體，受到液體或氣體向上的托力，叫作浮力。

教師利用學生已有的知識，引導學生觀察乒乓球托在手上和球拍上的現(xiàn)象，運用對比、觀察的定性分析方法，進行知識遷移，使學生模糊的前概念清晰化，巧妙地幫助學生建立起浮力的概念，領悟現(xiàn)象背后蘊藏的物理規(guī)律。

2.基于體驗與實驗，定性、定量相結合測量浮力

【教學片段2】

師：浮在水面的物體都受浮力作用，那么沉底的物體是否受到浮力呢？

生：受浮力。游泳時身體會變輕;不受浮力，若有浮力它會漂起來。

體驗：分別在空氣中和水中提起相同重物，感受手的拉力的變化。

生：在水中，感覺物體變輕了，說明物體受到了浮力。

師：僅憑感覺是否可靠？能否用數(shù)據(jù)精確判斷？

設計并完成實驗：（1）下沉物體是否受到浮力？（2）測出下沉物體受到的浮力的大小。

學生活動：（1）用彈簧測力計測出物體重力G，再將物體浸在水中，發(fā)現(xiàn)彈簧測力計的示數(shù)變小，說明下沉物體受到浮力;（2）測出物體的重力G，讀出物體浸在水中時彈簧測力計的示數(shù)F，G-F即為浮力的大小。師生共同歸納，稱重法測浮力：F浮=G-F。

在浮力概念的基礎上設置問題：下沉的物體是否受到浮力？這個問題具有一定的挑戰(zhàn)性，屬于學生平常沒有思考過的問題，因而引發(fā)了學生深入思考。為此，教師首先引導學生進行親身體驗，感受在空氣和水中提起物體所用力的不同，形成一個初步的定性認識。用實驗的方法直接采集實驗數(shù)據(jù)，定量分析在空氣和水中提物體用力的大小，從而確立了F浮=G-F的定量關系，學會了測量浮力的基本方法。

3.基于觀察實驗，定性分析影響浮力大小的因素

【教學片段3】

師：浮力的大小與哪些因素有關？

師生共同進行實驗，物體逐漸浸入水的過程中，觀察彈簧測力計示數(shù)的變化情況，進而分析浮力的變化情況。

生：彈簧測力計示數(shù)不斷減小，浮力不斷增大;水位升高，物體浸入水中的體積變大。

師：物體浸沒后繼續(xù)下降，浮力是否變化？

生：彈簧測力計示數(shù)不變，浮力不變，浮力與浸入的深度無關。

結論：浮力與排開液體的體積有關，排開液體的體積越大，浮力越大;浮力與浸入的深度無關。

播放視頻：人漂浮在死海中看書。師：人可以漂浮在死海中，而在水中會沉下去，是什么原因？

生：死海的鹽分高，密度大，浮力大。

教師安排學生實驗，探究液體的密度增大時物體受到的浮力是否增大？在如圖4裝置中，學生逐漸向水中加鹽并攪拌，發(fā)現(xiàn)彈簧測力計的示數(shù)逐漸減小，當鹽加到一定程度時，彈簧測力計的示數(shù)變?yōu)榱?，物體直接漂浮在液面上。得出初步結論：浮力與液體密度有關，液體密度越大，浮力越大。

如何引導學生對影響浮力大小的因素進行有效猜想是教學中的一個難點。毫無目標、毫無根據(jù)地隨意亂猜是沒有意義的，實質只能是“偽猜想”。學生提出自己的猜想要有依據(jù)、有理由，教師安排師生共同實驗，為學生提供第一手感性材料，支撐學生的猜想，在觀察實驗現(xiàn)象的同時，運用定性分析的方法研究影響浮力大小的因素，證明或證偽相關因素，使目標逐漸實現(xiàn)。

4.基于實驗探究，定量研究阿基米德原理

【教學片段4】

師：在測量浮力大小的實驗中，發(fā)現(xiàn)物體逐漸浸入水的過程中，水位上升，那么浮力與被它排開的這部分液體可能存在什么關系？（從單位出發(fā)進行定性分析）

生：浮力可能與被它排開的這部分液體的重力有關。

設計實驗方案：（1）測量浮力的大小;（2）測量排開液體的重力。

學生討論交流，第一步，稱重法測出浮力，F(xiàn)浮=G-F;第二步，測量空杯的重力;第三步，用溢水杯收集排開的液體，測量杯與排開水的總重力;第四步，計算排開水的重力，再與浮力大小進行比較。實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中：

學生小組合作，完成實驗，得出結論：浮力和它排開液體的重力相等，即F浮=G排液進一步運用公式推導，F(xiàn)浮=G排液=m=排液g=p液gV排液，這樣就確定了浮力與液體密度、排開液體體積的定量關系。

在前述“定性分析影響浮力大小的因素”的基礎上，啟發(fā)學生探究浮力與排開液體重力之間的定量關系，從而將初步的定性關系進一步明確、發(fā)展為浮力與排開液體體積和液體密度之間的定量關系。整個探究過程將定性分析作為科學探究的前提和基礎，教學過程流暢，體現(xiàn)了科學探究的嚴謹性與嚴密性，學習進程得以拾階而上，學生思維得以逐步深化。

三、結束語

《浮力》這一課例，充分體現(xiàn)了定性分析與定量研究相互結合在物理教學中的重要作用。定性與定量兩條研究思路，它們的理論基礎不同，研究方法不同，“定性研究為定量研究提供框架，而定量研究又為進一步為定性研究創(chuàng)造條件。”在研究復雜的、多元的物理問題過程中，需要將定性分析與定量研究有機地結合起來，克服各自的不足與弊端，發(fā)揮各自的長處與優(yōu)勢，互為補充、互相支持。要注意的是，兩種研究思路的結合運用，不是簡單、機械的“1+1”模式，而是要具體分析研究對象的性質、研究問題的內(nèi)容，以及要實現(xiàn)的研究目標、達到的研究目的等。