初中物理“定標”思想及其培育

石堯 張利民 趙洪慧

摘要 “定標”思想在物理學領域中具有重要價值與地位。初中物理教學既要厘清物理知識中蘊含的“定標”思想，又要明晰物理方法中蘊含的“定標”思想，并在此基礎上從知識習得與知識應用兩個層面進一步探討協助學生領悟“定標”思想的具體操作方案。

關鍵詞 初中物理? 物理思想? “定標”思想? 物理方法

石堯，張利民，趙洪慧.初中物理“定標”思想及其培育[J].教學與管理，2022（19）：57-59.

“標準”是衡量事物的準則，被選為標準的事物，往往具有參照性與恒常性等特點。當前，“確定標準”已然成為人們生活工作中的一項必備環節，并從中提煉與升華出一種被稱為“定標”的物理思想。作為一種重要且普適性極強的物理思想，“定標思想”亦稱“確定標準的思想”，是指人們在進行描述、判斷、比較前，須先確定出一個衡量的標準，以此作為參照和依據。凡是領悟了定標思想的人，不僅具備在生活工作中自覺確定標準的意識，而且擁有準確選擇標準的能力。進一步而言，“定標”思想是形成“標準觀”的基礎與前奏，并為人們養成自覺遵守標準的品質打下堅實的基礎。那么，作為物理教師，該如何借助物理教育教學幫助學生領悟，并形成定標思想，就成為了我們要研討的重要議題。

一、中學物理“定標”思想的顯化研究

回溯物理學發展史，我們不難發現，很多物理知識與物理方法在創立之初，都源自“確定標準”這一目的。因此，物理思想與物理知識、物理方法之間就天然存在著一種“因果對應”的關系。于是，我們采用“對應”的方式，以初中人教版物理教材為出發點，分別顯化其中蘊含“定標”思想的物理知識和物理方法，并闡明“定標”思想在其間發揮的作用，希冀為“定標”思想的教育教學做好鋪墊。

1.厘清物理知識中蘊含的“定標”思想

如前所述，很多物理知識尤其是物理概念都出于“確定標準”這一目的，蘊含著“定標”的思想。于是我們以物理知識的內涵和意義為切入點，找尋與“定標”思想關涉密切的知識點，并予以對應式顯化（見表1）。首先，物理量單位的創立就與“定標”思想有著千絲萬縷的聯系。以長度單位為例，人們為了精準描述物體的長短，破解視差造成的困擾，定義了寸、尺、米等一系列長度單位作為標準量，用于與待測物體的比較;再如，在探究反射定律與折射定律前，要先建立法線的概念，也是出于確定標準這一目的，如此一來，以法線為參照標準，描述反射光線所在的平面，以及反射光線和入射光線位置的關系就變得容易多了;此外，在運動學中，由于運動與靜止的相對性，人們想要準確描述物體的運動狀態，就必須首先確定出參照的標準，即參照物或參考系。可見，單位、法線、參考系等物理知識的本質都蘊含著“定標”思想，是向學生進行“定標”思想教育的良好載體。

2.明晰物理方法中蘊含的“定標”思想

物理方法是物理專業領域獨特的認知方法，它與物理知識、科學思維緊密相聯，是確保物理研究得以順利完成的基本程序，物理方法的運用受到物理思想的統攝。在初中物理教學中，由“定標”思想統攝的物理方法主要是控制變量法和比值定義法（見表2）。具體而言，二者的運用都涉及到比較思維，控制變量法用于實驗設計中定性的比較，比值定義法用于概念定義中定量的比較。而在運用比較思維展開這兩種方法時，卻都離不開 “確定標準”這一關鍵環節，因為只有在確定而統一的標準下進行比較才有意義，定標思想可謂這兩種物理方法的靈魂。進一步而言，這兩種物理方法的本質實際是兩種不同的定標形式——控制變量法中標準的確定，是通過“保持實驗組和對照組中，影響因變量的干擾變量恒定不變”來實現的，即控制變量的過程也就是確定比較標準的過程;比值定義法中標準的確定，則是“依靠除法工具將影響因變量的干擾變量統一化為單位物理量”來實現的，如定義速度時，通過除法確定出單位時間這一標準。

二、“定標”思想的培育研究

在明晰了蘊含“定標”思想的初中各物理知識與物理方法后，接下來我們將著力探討如何協助學生樹立“定標”的意識，掌握“定標”的原則，從而形成“定標”的思想。

1.創設認知沖突，樹立“定標”意識

意識是人腦的機能和屬性，它指導與操控著人們的行為。只有樹立了“確定標準”的意識，人們才能形成“定標”的思想，繼而在工作研究之初自覺去確定標準。然而，“定標”意識的樹立絕非依靠簡單的傳授就可以完成，它需要借助恰當的問題情境，引發學生的認知沖突，使學生覺察到因未能定標而出現的謬誤。經過大量教學實踐，我們梳理出從知識習得與知識應用兩個層面輔助學生樹立“定標”意識的途徑。

不容置疑，知識習得的過程也是學生發展能力，形成學科思想的過程。這里我們可以借助物理概念的建立過程，使學生意識到“確定標準的重要性”。以壓強概念的建立為例[2]，我們首先以“如何比較壓力作用效果”的樸素動機破題，繼而提出假設——“通過直接比較壓力的大小，判斷壓力作用效果的強弱”，在該方案得到學生認可后，我們隨即選擇如圖1所示的器材開展實驗，即自重與底面積（受力面積）皆不相等的兩個秤砣。在實驗中，學生將看到“自重（壓力）大的秤砣，作用效果弱”;“自重（壓力）小的秤砣，作用效果強”的現象。顯然與先前的假設相悖。接下來，教師從該現象入手，引導學生找尋上述謬誤產生的根源——比較時沒有選取相同的標準，從而使學生感悟到“確定標準”的重要性，然后進一步引導學生對受力面積做標準上的統一，即利用除法工具將標準定為“單位面積所受壓力的大小”，從而產生一個可以描述壓力作用效果的新物理量——壓強。這樣，學生在解決認知沖突，建立物理概念的過程中，將會深刻體悟到“確定標準”的重要意義，逐步樹立起“確定標準”的意識。

習題是鞏固學生知識的重要抓手，同時也是幫助學生建立“定標”意識的良好載體。結合多年教學經驗，我們選取了“實驗證偽題”作為幫助學生樹立“定標”意識的門徑。這是因為，一方面實驗證偽題的解題過程大都以“定標”思想為主旨進行展開;另一方面其總能呈現出似是而非的、與科學真理相悖的實驗現象，極易引發學生的認知沖突。譬如這樣一道證偽題——小明在學習“探究壓力作用效果的影響因素”時，在水平桌面上做了如下實驗：將質量分布均勻的物體沿豎直方向切成大小不同的兩塊。將左邊部分移開后，發現剩余部分對泡沫的壓力作用效果沒有變化，所以得出結論：壓力的作用效果與受力面積無關。你同意小明的觀點嗎？請說明理由。可見，題目中小明同學之所以得出了與科學真知不符的結論，其根源就在于設計實驗時沒有將壓力大小這一影響變量予以控制，即在比較壓力作用效果前，沒有確定合理的比較標準。因此在講解題目時，教師首先就要向學生揭示“確定標準的重要性”，這樣才能抓住此類問題的“牛鼻子”，然后再結合具體的題目情景和學生大腦中儲備的物理知識，幫助學生找到需要確定的標準，進行合理的實驗設計。

2.把握教學契機，明晰“定標”原則

在“定標”意識建立后，如何確定與選取標準，又成為了另一個需要學生明晰的要務，即我們不僅要“定標”，更要“有效定標”。的確，“標準”的選取與確定不能隨心所欲，必須恪守一定的原則，如恒常性、穩定性等。這里，教師同樣可以從知識習得與知識應用兩個層面幫助學生掌握標準確定的原則。

首先是知識習得層面的操作。教師須以教材為出發點，并進行合理發散，創設幫助學生掌握定標原則的契機。以單位原器的歷史變遷為例，眾所周知，當前人們對于1米、1千克等標準量的規定，已不再使用米原器、千克原器這些具體的物體了，而是轉向求助自然界的常量，如借助真空中的光速描述1米，普朗克常量描述1千克，其轉變動因正是基于對標準“恒常性、穩定性”的考量。故而在教學中，教師可先向學生指明“轉變”的原因——被選為標準的事物須具備恒常性與穩定性的特點，米原器、千克原器隨著歲月的變遷已不再精準，不適合作為測量的標準了，需要另立新的標準。這里可以新聞報道的形式呈現傳統米原器、千克原器精度失真的事實，并搭配新聞報道的圖片，以示權威性。然后詢問學生：如果你是標準的制定者，該如何選擇新的標準避免上述問題的出現呢？最后，立足自然常量“恒常性”和“穩定性”的特點，向學生揭示新的定義方式。不難看出，整個過程教師的話語無須太多，通過“闡述事實”“提出問題”“依據原則定標準”三個小環節，就完成了使學生領悟“恒常性、穩定性”定標原則的任務。

接下來是知識應用層面。我們可以設計合理的問題，讓學生通過體驗問題的解決過程進而掌握標準確定的原則。以《重力》一節的教學為例，在學生了解了“重力常量（重力加速度）g會隨位置的改變而改變”這一規律后，教師可以順勢設計這樣一個問題：“人們在郵寄包裹時，總是按照包裹的質量計價，而非包裹的重力，你能說出其中的奧秘嗎？”抑或將選擇權交予學生，即提出：“在郵寄包裹時，你認為是按照包裹的質量進行計價合理，還是按照包裹的重力進行計價合理？請說明理由。”不難看出，解決該問題的核心就在于被選為計價標準的質量是守恒的，不會隨地點的改變而改變，具備恒常性這一特征，而物體的重力則會隨地點的改變而發生改變。該問題緊密聯系了學生日常生活中的熟悉情境，不僅幫助學生辨別了“質量”與“重力”這兩個易混淆的重要概念，而且更為學生“定標原則”的掌握鋪設出了合理的邏輯通道，可謂一石二鳥。

隨著發展學生核心素養的提出，物理教育除卻承擔傳授物理知識與物理方法的任務外，還擔負著幫助學生領悟物理思想和物理觀念的使命。物理思想作為物理方法向物理觀念進階的節點，其形成與領悟絕不是一蹴而就的，需要教師在教育教學中采用多種不同的方式，從不同層面加以滲透式強化。有鑒于此，我們首先厘清了定標思想的領悟包括“定標意識”的建立和“定標原則”的掌握兩個部分，然后從知識習得與知識應用兩個層面著手設計規劃（如圖2所示），并給出具體案例，最終完成了從“定標思想”輸入到“定標思想”輸出的完美閉環。

參考文獻

[1] 石堯，劉艷輝，任煒東.初中物理方法背后的物理思想顯性化研究[J].中學物理教學參考，2022，51（04）：2-4.

[2] 邢紅軍，胡揚洋，石堯，等.壓強概念教學的高端備課[J]，中學物理教學參考，2013，42（10）：18-20.

【責任編輯? ?孫曉雯】