“壓強”教學的邏輯解析和突破策略

葛漢洪 孫有花 朱林根

(1. 江蘇省高郵市車邏初級中學,江蘇 高郵 225600； 2. 江蘇省高郵市教育局，江蘇 高郵 225600)

“壓強”教學的邏輯解析和突破策略

葛漢洪1孫有花1朱林根2

(1. 江蘇省高郵市車邏初級中學,江蘇 高郵 225600； 2. 江蘇省高郵市教育局，江蘇 高郵 225600)

簡要梳理了“壓強”教學的四種不同主張,解析了“壓強”的基本內涵和教學邏輯,提出了突破“壓強”教學的策略．

控制變量法; 比值定義法; 教學邏輯; 突破策略

1 問題的提出

課程標準關于“壓強”概念的教學要求是理解層次,可見,壓強是初中物理課程中名副其實的重點．但饒有趣味的是:我們應該基于怎樣的思想方法、通過怎樣的教學活動幫助學生建構、理解壓強概念,卻眾說紛紜．邢紅軍教授[1]等人認為是比值定義法;鄭淵方教授[2]認為應該是控制變量法;石堯老師[3]認為控制變量法和比值定義法都可以,只是適合于不同認知水平的學生;李正福教授[4]等人認為“探究影響壓力作用效果的因素”時應該采用控制變量法,而建立壓強概念時應該采用比值定義法．對一個概念的教學抱有如此迥異的多種觀點,在整個初中物理課程中都是絕無僅有的,這樣的局面與其說是百花齊放,勿寧說是各持一詞,加之教材(蘇科版)對“壓強”概念的形成過程只字未提,所以,對于“究竟應該怎樣理解‘壓強’;究竟應該遵循控制變量法還是比值定義法展開壓強的教學”的問題還有待進一步澄清．本文力圖對此作一探討,不當之處,請大家不吝賜教!

2 “壓強”教學的邏輯解析

要知道一個概念怎么教,需要準確把握住這個概念的內涵,即回答“是什么”、“為什么”、“怎么辦”3個問題,而首先要回答的是“為什么”．(有些教學的弊端在于首先回答“是什么”,對“為什么”的問題交代不清)對于我們為什么要引入“壓強”的概念,很多教師都以為是“為了比較(反映)壓力的作用效果”,人教版和滬科版教材就持有這樣的觀點．實際上,“壓強”是流體力學中的一個概念,在固體力學中并沒有“壓強”的概念,只有“應力”和“應變”的概念,固體“壓強”脫胎于“應力”的概念．所謂“壓力的作用效果”是承接之前“力的作用效果”的說法,嚴格來講應該是“壓力使物體產生的形變程度”,其不但跟壓力的大小、受力面積有關,還跟被壓物體的材料有關,是“應變”(物體形變的長度與原長的比值)的通俗說法．根據胡克定律,“應變”與“應力”成正比(可參考相關文章,本文不再贅述)．故而“壓力的作用效果與壓強不能混為一談,壓強并不是描述壓力作用效果的物理量,但是,對于同一種材料來說,壓力的作用效果與壓強成正比,因此壓力的作用效果反映了物體所受壓強的大小．”[5]即“壓強描述的是作用于受壓物體的壓力強度,它是施力物體提供的,而壓力的作用效果,則是受壓物體在壓強的作用下被動反映出來的”[5].

本文認為,壓強是為了定量比較壓力強度而引入的物理量,應該通過比值定義法得到．不過要說明的是,邢紅軍教授提出的比值定義的核心思想是“通過選取相同標準進行比較”[1]的觀點值得商榷:一方面,這里的“標準”容易讓學生與單位(統一標準)相混淆,另一方面選取的標準和用來比較的物理量是不同的(比如研究壓強時,選取的標準是受力面積,用來比較的是壓力的大小),會割裂比較對象的物理意義,不利于學生理解．比值定義法的核心思想應該是“利用比值對物質性質、運動或相互作用度、率等方面進行比較”,[6]更加簡潔、明了．建立壓強概念的教學過程就要回到觀察現象確定差異——利用比值比較差異——定義概念描述差異的邏輯路線上來,而通過控制變量法探究壓力的作用效果跟哪些因素有關就沒有必要了．

3 “壓強”教學的突破策略

3.1 觀察現象確定差異

在研究了壓力之后,回顧已有知識點力的作用效果是改變物體運動狀態或改變物體的形狀．然后進行壓氣球的活動顯示壓力改變物體的形狀:如圖1所示,改變手指對氣球壓力的大小,觀察對比氣球右側前后兩次形變程度,再對比同一次左手使氣球發生的形變與右手使氣球發生的形變．幫助學生明白:被壓物體表現出來的形變程度不單單由壓力的大小決定,而是由壓力的大小和接觸(受力)面積共同決定,可得:一定的壓力作用在一定的面積上形成的壓力的強度一般不同．然后學生列舉生活中顯示壓力強度不同的事例,并說明如何判斷,解釋為什么不等．比如:如圖2所示壓鉛筆的例子,是通過手的感受得出壓力的強度不等,不等的原因是壓力的大小相等,受力面積不等．

圖1

圖2

3.2 利用比值比較差異

以上通過被壓物體來比較壓力強度的方法主要靠人的視覺、感覺進行判斷,難以做到精確,并且受到一定的限制(需要被壓物體易于形變),如果被壓物體不易形變(如木板),要比較壓力的強度,有哪些方法?學生之前學過速度、密度,已經具備比值定義法的認知范式,經討論可以得到: (1) 當壓力的大小相同、比較受力面積,受力面積大的壓力的強度小； (2) 當受力面積相同時,比較壓力的大小,壓力大的壓力的強度大．這兩種方法同樣受到很大的限制,如果要精確描述壓力的強度以便于比較,就需要知道壓力和受力面積的數值,用到壓力與受力面積的比值,比值才能在本質上反映壓力的強度．

3.3 引入概念描述差異

因為壓力總是作用在一定的受力面積上形成壓力的強度問題,并且不同的壓力的強度一般不等(概括),用壓力的大小和受力面積的比值可以精確描述壓力的強度(抽象),即是說有必要針對壓力與受力面積的比值引入新的概念,“壓強”(在字面上也好理解)就應運而生,壓強的國際單位是N/m2,物理意義是作用在物體單位面積上的壓力的大小．

3.4 結合生活理解概念

以上所做的努力旨在讓學生明白我們為什么需要“壓強”的概念,“壓強”的概念是怎么來的,“壓強”的概念是什么,教學除了通過這樣的“來龍”幫學生明白概念的內涵,還要通過“去脈”清楚概念的外延,即讓學生知道生活中“什么是”壓強．所以壓強教學的后階段還要通過估測人站立在水平地面上對地面的壓強和生活中增大、減小壓強的事例(學生具有豐富的經驗,可以給教學提供強有力的支撐),以活化、深化、鞏固對概念的理解,在有限的時空內盡可能全面把握概念的意義．(未必在一課時內完成)

4 教學感悟

要取得教學的結果善,首先需要教學的目的善,更重要的是教學的過程善．教師都有讓學生成人成才的良好愿望,但通過怎樣的教學手段實現這一宏偉目標,卻需要傾注全部的熱情和專注．教師的“教”與學生的“學”以教材內容為中介,然而教材上的知識本身是中立、無味、價值無涉的,只有教者對所教內容加以細致地咀嚼,生發出自已的創造性理解,才能達成對教材內容的視界融合甚至超越,這是成功教學的第一重基礎．然后基于自身的教學價值取向,將看似“冰冷僵硬”的知識“解凍激活”,賦予知識以生命力,讓知識變得有滋有味,使其成為能夠激發學生學習興趣,培育和提升學生學科素養的的東西,逐漸形成通過怎樣的活動可以將外在知識結構轉化為學生內在知識結構以實現知識的育人價值的方案,即確立起自己的教學主張,構建起自己的教學邏輯,這是成功教學的第二重基礎．

教學邏輯揭示的是教學之所以這樣而不是那樣的“道理”,而物理學科的任務是要揭示自然界萬物之所以這樣而不是那樣的“原理”,所以,物理學科教學更要講究特別的邏輯性,教學需通過“曉之以理”、“以理服人”,培養學生的理性思維,發展學生的學科素養——教學的有效性在于邏輯性[7]．教學邏輯崇尚理性精神,需要教者對教學活動的每一步進行不斷地追問、嚴密地質詢、反復地推敲,它是教學策略的基礎,在教學邏輯上的“深入”,是為了教學策略的“淺出”．教學邏輯的宗旨在于:讓教學在變得越來越精準、深刻、良善、優美的過程中成為藝術．其精髓在于:教學活動的每一步都力求無懈可擊,無論是從知識的角度,還是從學生的角度．其價值在于,讓知識通過簡約、高效、有趣的方式在學生那里展開,讓學生不但學有所得,而且學有所思,學有所樂．

1 邢紅軍,胡揚陽,石堯,王慧.壓強概念教學的高端備課[J].中學物理教學參考,2013(10)：18-21.

2 鄭淵方.壓強概念的辨析與教學設計[J].物理教師,2014(12)：32-34.

3 石堯.壓強表達式的兩種教學方法[J].教學與管理,2016(4)：64-66.

4 李正福,劉超,李超,陳清梅.p=F/S:控制變量法還是比值定義法?[J].物理教師,2007(6):28-29.

5 陳衛春.例談物理教學的科學性問題[J].物理之友,2015(5):7-9.

6 葛漢洪,孫有花.摭談初中物理課程中的“比值定義法”[J].中學物理教學參考,2016(7)：13-16.

7 朱德全,張家瓊.論教學邏輯[J].教育研究,2007(11)：47-52.

本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃2016年度立項課題“學科素養下初中物理‘意義生成課堂’建構研究”(課題編號XC-c/2016/50)的階段性研究成果之一.

2017-04-12)