葛汉洪 孙有花 朱林根

(1. 江苏省高邮市车逻初级中学,江苏 高邮 225600； 2. 江苏省高邮市教育局，江苏 高邮 225600)

“压强”教学的逻辑解析和突破策略

葛汉洪1孙有花1朱林根2

(1. 江苏省高邮市车逻初级中学,江苏 高邮 225600； 2. 江苏省高邮市教育局，江苏 高邮 225600)

简要梳理了“压强”教学的四种不同主张,解析了“压强”的基本内涵和教学逻辑,提出了突破“压强”教学的策略．

控制变量法; 比值定义法; 教学逻辑; 突破策略

1 问题的提出

课程标准关于“压强”概念的教学要求是理解层次,可见,压强是初中物理课程中名副其实的重点．但饶有趣味的是:我们应该基于怎样的思想方法、通过怎样的教学活动帮助学生建构、理解压强概念,却众说纷纭．邢红军教授[1]等人认为是比值定义法;郑渊方教授[2]认为应该是控制变量法;石尧老师[3]认为控制变量法和比值定义法都可以,只是适合于不同认知水平的学生;李正福教授[4]等人认为“探究影响压力作用效果的因素”时应该采用控制变量法,而建立压强概念时应该采用比值定义法．对一个概念的教学抱有如此迥异的多种观点,在整个初中物理课程中都是绝无仅有的,这样的局面与其说是百花齐放,勿宁说是各持一词,加之教材(苏科版)对“压强”概念的形成过程只字未提,所以,对于“究竟应该怎样理解‘压强’;究竟应该遵循控制变量法还是比值定义法展开压强的教学”的问题还有待进一步澄清．本文力图对此作一探讨,不当之处,请大家不吝赐教!

2 “压强”教学的逻辑解析

要知道一个概念怎么教,需要准确把握住这个概念的内涵,即回答“是什么”、“为什么”、“怎么办”3个问题,而首先要回答的是“为什么”．(有些教学的弊端在于首先回答“是什么”,对“为什么”的问题交代不清)对于我们为什么要引入“压强”的概念,很多教师都以为是“为了比较(反映)压力的作用效果”,人教版和沪科版教材就持有这样的观点．实际上,“压强”是流体力学中的一个概念,在固体力学中并没有“压强”的概念,只有“应力”和“应变”的概念,固体“压强”脱胎于“应力”的概念．所谓“压力的作用效果”是承接之前“力的作用效果”的说法,严格来讲应该是“压力使物体产生的形变程度”,其不但跟压力的大小、受力面积有关,还跟被压物体的材料有关,是“应变”(物体形变的长度与原长的比值)的通俗说法．根据胡克定律,“应变”与“应力”成正比(可参考相关文章,本文不再赘述)．故而“压力的作用效果与压强不能混为一谈,压强并不是描述压力作用效果的物理量,但是,对于同一种材料来说,压力的作用效果与压强成正比,因此压力的作用效果反映了物体所受压强的大小．”[5]即“压强描述的是作用于受压物体的压力强度,它是施力物体提供的,而压力的作用效果,则是受压物体在压强的作用下被动反映出来的”[5].

本文认为,压强是为了定量比较压力强度而引入的物理量,应该通过比值定义法得到．不过要说明的是,邢红军教授提出的比值定义的核心思想是“通过选取相同标准进行比较”[1]的观点值得商榷:一方面,这里的“标准”容易让学生与单位(统一标准)相混淆,另一方面选取的标准和用来比较的物理量是不同的(比如研究压强时,选取的标准是受力面积,用来比较的是压力的大小),会割裂比较对象的物理意义,不利于学生理解．比值定义法的核心思想应该是“利用比值对物质性质、运动或相互作用度、率等方面进行比较”,[6]更加简洁、明了．建立压强概念的教学过程就要回到观察现象确定差异——利用比值比较差异——定义概念描述差异的逻辑路线上来,而通过控制变量法探究压力的作用效果跟哪些因素有关就没有必要了．

3 “压强”教学的突破策略

3.1 观察现象确定差异

在研究了压力之后,回顾已有知识点力的作用效果是改变物体运动状态或改变物体的形状．然后进行压气球的活动显示压力改变物体的形状:如图1所示,改变手指对气球压力的大小,观察对比气球右侧前后两次形变程度,再对比同一次左手使气球发生的形变与右手使气球发生的形变．帮助学生明白:被压物体表现出来的形变程度不单单由压力的大小决定,而是由压力的大小和接触(受力)面积共同决定,可得:一定的压力作用在一定的面积上形成的压力的强度一般不同．然后学生列举生活中显示压力强度不同的事例,并说明如何判断,解释为什么不等．比如:如图2所示压铅笔的例子,是通过手的感受得出压力的强度不等,不等的原因是压力的大小相等,受力面积不等．

图1

图2

3.2 利用比值比较差异

以上通过被压物体来比较压力强度的方法主要靠人的视觉、感觉进行判断,难以做到精确,并且受到一定的限制(需要被压物体易于形变),如果被压物体不易形变(如木板),要比较压力的强度,有哪些方法?学生之前学过速度、密度,已经具备比值定义法的认知范式,经讨论可以得到: (1) 当压力的大小相同、比较受力面积,受力面积大的压力的强度小； (2) 当受力面积相同时,比较压力的大小,压力大的压力的强度大．这两种方法同样受到很大的限制,如果要精确描述压力的强度以便于比较,就需要知道压力和受力面积的数值,用到压力与受力面积的比值,比值才能在本质上反映压力的强度．

3.3 引入概念描述差异

因为压力总是作用在一定的受力面积上形成压力的强度问题,并且不同的压力的强度一般不等(概括),用压力的大小和受力面积的比值可以精确描述压力的强度(抽象),即是说有必要针对压力与受力面积的比值引入新的概念,“压强”(在字面上也好理解)就应运而生,压强的国际单位是N/m2,物理意义是作用在物体单位面积上的压力的大小．

3.4 结合生活理解概念

以上所做的努力旨在让学生明白我们为什么需要“压强”的概念,“压强”的概念是怎么来的,“压强”的概念是什么,教学除了通过这样的“来龙”帮学生明白概念的内涵,还要通过“去脉”清楚概念的外延,即让学生知道生活中“什么是”压强．所以压强教学的后阶段还要通过估测人站立在水平地面上对地面的压强和生活中增大、减小压强的事例(学生具有丰富的经验,可以给教学提供强有力的支撑),以活化、深化、巩固对概念的理解,在有限的时空内尽可能全面把握概念的意义．(未必在一课时内完成)

4 教学感悟

要取得教学的结果善,首先需要教学的目的善,更重要的是教学的过程善．教师都有让学生成人成才的良好愿望,但通过怎样的教学手段实现这一宏伟目标,却需要倾注全部的热情和专注．教师的“教”与学生的“学”以教材内容为中介,然而教材上的知识本身是中立、无味、价值无涉的,只有教者对所教内容加以细致地咀嚼,生发出自已的创造性理解,才能达成对教材内容的视界融合甚至超越,这是成功教学的第一重基础．然后基于自身的教学价值取向,将看似“冰冷僵硬”的知识“解冻激活”,赋予知识以生命力,让知识变得有滋有味,使其成为能够激发学生学习兴趣,培育和提升学生学科素养的的东西,逐渐形成通过怎样的活动可以将外在知识结构转化为学生内在知识结构以实现知识的育人价值的方案,即确立起自己的教学主张,构建起自己的教学逻辑,这是成功教学的第二重基础．

教学逻辑揭示的是教学之所以这样而不是那样的“道理”,而物理学科的任务是要揭示自然界万物之所以这样而不是那样的“原理”,所以,物理学科教学更要讲究特别的逻辑性,教学需通过“晓之以理”、“以理服人”,培养学生的理性思维,发展学生的学科素养——教学的有效性在于逻辑性[7]．教学逻辑崇尚理性精神,需要教者对教学活动的每一步进行不断地追问、严密地质询、反复地推敲,它是教学策略的基础,在教学逻辑上的“深入”,是为了教学策略的“浅出”．教学逻辑的宗旨在于:让教学在变得越来越精准、深刻、良善、优美的过程中成为艺术．其精髓在于:教学活动的每一步都力求无懈可击,无论是从知识的角度,还是从学生的角度．其价值在于,让知识通过简约、高效、有趣的方式在学生那里展开,让学生不但学有所得,而且学有所思,学有所乐．

1 邢红军,胡扬阳,石尧,王慧.压强概念教学的高端备课[J].中学物理教学参考,2013(10)：18-21.

2 郑渊方.压强概念的辨析与教学设计[J].物理教师,2014(12)：32-34.

3 石尧.压强表达式的两种教学方法[J].教学与管理,2016(4)：64-66.

4 李正福,刘超,李超,陈清梅.p=F/S:控制变量法还是比值定义法?[J].物理教师,2007(6):28-29.

5 陈卫春.例谈物理教学的科学性问题[J].物理之友,2015(5):7-9.

6 葛汉洪,孙有花.摭谈初中物理课程中的“比值定义法”[J].中学物理教学参考,2016(7)：13-16.

7 朱德全,张家琼.论教学逻辑[J].教育研究,2007(11)：47-52.

本文系江苏省教育科学“十三五”规划2016年度立项课题“学科素养下初中物理‘意义生成课堂’建构研究”(课题编号XC-c/2016/50)的阶段性研究成果之一.

2017-04-12)