朱文军

(江苏省教育科学研究院,江苏 南京 210013)

推理是由一个或几个判断推出一个新的判断的思维形式。根据不同的标准,可以对推理进行不同的分类。传统逻辑根据从前提到结论的思维进程的不同,将推理分为演绎推理、归纳推理和类比推理等。[1]

在初中物理压强概念的教学中,可以通过一道习题的解析来引导学生建构模型,开展科学推理,在科学论证的过程中不断创新解决问题的方法,从而培养学生的科学思维能力。

1 同质柱状物压强大小比较的具体问题

图1中有两个实心铜柱,甲细而高,乙粗而矮,把它们分别放置在水平桌面上,哪个铜柱对水平桌面的压强大?

图1

2 同质柱状物压强大小比较的方法

2.1 运用“实验法”的简单观察

把两个实心铜柱放在海绵上,通过观察海绵的凹陷程度大小来判断压强大小,凹陷程度大的压强就大。

2.2 运用“公式法”的局限

2.3 运用“割补法”的灵活处置

有学生采用“割补法”解决问题。

方法1：如图2所示,在甲的底部“割”一个和乙等高的圆柱体丙,则丙和乙对水平桌面的压强大小相等,而甲比丙对水平桌面的压强大,所以,甲比乙对水平桌面的压强大。

图2

方法2：如图3所示,可以在乙中“割”一个和甲一样粗的圆柱体(同丙),推理过程同方法1。

图3

方法3：把甲圆柱体 “补”成和乙一样粗的新圆柱体丁,则丁和甲对水平桌面的压强大小相等,丁比乙对水平桌面的压强大,所以,甲比乙对水平桌面的压强大。

方法4：把乙“补”成和甲等高的新圆柱体戊,推理过程同方法3。

2.4 运用“抽象法”的推演过程

方法1：在甲、乙圆柱体中各“切”取一个底面积为1 cm2的柱体,由于在甲中截取的新圆柱体质量大、所受重力大、压力大,根据压强公式即可做出判断。

方法2：在甲、乙圆柱体中各竖直“切”取一个所受重力(压力)相同的柱体,由于在甲中截取的新圆柱体底面积小,根据压强公式即可做出判断。

方法3：把两个圆柱体沿水平方向“削”出厚度相同的“铜纸”,则甲“削”出的张数多,累积的压强就大。

方法4：把两个圆柱体沿水平方向“削”出张数相同的“铜纸”,则甲“削”出的每一张厚度大,压强就大。

使用这种方法的学生对压强公式的理解更深刻,了解压强的大小等于单位面积上受到的压力大小,所以想到截取底面积为单位面积(1 cm2)的柱体。了解同样面积的打印纸叠加时压强是可以相加的,所以想到沿着水平方向“削”成厚度相同的“铜纸”,化整为零,化零为整。

使用这种方法的学生抽象思维能力强,对物理概念的理解深刻,能透过现象看本质。

2.5 运用“类比法”的显而易见

通过生活体验,感受标注70 g/m2、80 g/m2的两种打印纸厚度不同,80 g/m2打印纸(单张纸对水平桌面的压强为0.8 Pa)比70 g/m2打印纸(单张纸对水平桌面的压强为0.7 Pa)厚,压强大。所以甲相当于厚纸,对水平桌面的压强大。

这些学生把打印纸上70 g/m2、80 g/m2的参数与课本上介绍的密度进行类比,通过综合分析发现同种物质的面密度反映了材料的厚薄程度。

3 不同压强比较方法的理性剖析

“实验法”基于物理是一门以实验为基础的学科,通过实验现象来解决问题,简单明了;运用“公式法”时,在已知一个量相同的情况下比较另一个量的大小即可,对压力大、受力面积小的情况很容易比较,可是一旦出现压力大、受力面积也大,或者压力小、受力面积也小,比值不明确,就无法进行比较;运用“割补法”处理问题时比较灵活,本质上还是让压力和受力面积有一个量相同,然后进行比较,依据的还是压强的定义式,用到了压力与受力面积比值相同压强就相同的知识点,能清晰、系统地理解压强概念,能综合应用所学的物理知识灵活解决实际问题;运用“抽象法”的学生能理性认识压强,综合运用压强定义式、放在水平桌面上物体产生的压力等于所受重力大小、重力与质量的关系、柱形物体体积公式,要求学生能理解所学的压强概念及其相互关系,能综合应用所学的物理知识解决实际问题;运用“类比法”的学生则关注了“整体”与“局部”的辩证关系。

4 结语

在解决同质柱状物压强大小比较这一问题时,运用 “实验法”的学生能从科学态度方面理解不同大小的压强作用在同一个受压物体上效果不同。运用“公式法”的学生是从科学本质的角度来理解压强,初步了解所学的压强概念,能将其运用于相关问题的解决。运用“割补法”的学生进行了模型建构,能理解所学的压强概念,并用于解决简单的实际问题。运用“类比法”的学生从科学推理出发,能清晰、系统地理解压强概念,能综合应用所学的物理知识灵活解决实际问题,是从系统、整体的角度来考虑问题,推理过程科学、有效。运用“抽象法”的学生的思维则上升到科学论证的高度,能深刻理解所学的压强概念及其相互关系,综合应用所学的物理知识解决实际问题。如图4所示,随着问题解决方法的进阶,可提高学生的科学思维能力。

图4