熊志權(quán) 劉芳霞

促進物理概念建構(gòu)的過程教學(xué)策略
——以“密度”教學(xué)為例

熊志權(quán)1劉芳霞2

（1．珠海市教育研究中心，廣東珠海 519000；2．珠海市斗門區(qū)城南學(xué)校，廣東珠海 519100）

過程教學(xué)是教師引導(dǎo)學(xué)生去揭示、感悟知識發(fā)生的前提和來龍去脈．它的價值表現(xiàn)在有利于遏止注入式物理概念教學(xué)，強化課堂教學(xué)中學(xué)生的主體地位，從而有利于增強教學(xué)過程的發(fā)展性功能，全面提高學(xué)生對知識的探究欲望和探究能力．

知識發(fā)生過程；建構(gòu)；物理概念；密度

皮亞杰認為，知識是個體與環(huán)境交互作用中逐漸建構(gòu)的結(jié)果，學(xué)習(xí)不只是對某種特定刺激作出反應(yīng)，而是頭腦中認識的重建．［1］知識發(fā)生過程教學(xué)就是教師引導(dǎo)學(xué)生去揭示或感受知識發(fā)生的前提或原因，知識擴充的經(jīng)過以及向前拓展的方向，簡單地講，就是再現(xiàn)知識的來龍去脈，揭示知識的本質(zhì)、順序與聯(lián)系．［2］

概念是反映對象本質(zhì)屬性的思維方式，是濃縮的知識點，物理概念教學(xué)是物理教學(xué)的核心，學(xué)習(xí)物理的首要問題是要弄清基本概念，物理概念教學(xué)的效果直接關(guān)系到學(xué)生對于物理知識的認知程度，進而影響到學(xué)生整體知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與后續(xù)物理學(xué)習(xí)能力．為了使學(xué)生更好地掌握物理概念，教師應(yīng)當(dāng)把它的形成過程重新還原與稀釋．筆者結(jié)合2016年執(zhí)教的“密度”公開課中密度概念教學(xué)為例，談?wù)剬χR發(fā)生過程的物理概念教學(xué)的實踐與體會．

1 通過問卷獲取學(xué)生密度的前概念

物理概念教學(xué)要返璞歸真，還原其本來面目，教師不應(yīng)急于把前人的經(jīng)驗直接呈現(xiàn)給學(xué)生，要引導(dǎo)學(xué)生積極參與到物理概念的發(fā)現(xiàn)和推理過程中來，教師要把濃縮的物理概念充分稀釋還原，使學(xué)生體驗物理概念生成過程．影響學(xué)生學(xué)習(xí)最重要的一個因素是學(xué)生已經(jīng)知道的東西，由于頑固的前概念普遍存在學(xué)生腦海中，物理概念建構(gòu)的本質(zhì)就是前概念的轉(zhuǎn)化，為了促進教師對學(xué)生的知識背景的全面了解，筆者在課前設(shè)置簡潔問卷進行調(diào)查．

問卷：見到“密度”這個名詞時，你第一時間想到的是

（A）它表示物體的硬度．

（B）密度大的物體比較重．

（C）密度與物體的體積有關(guān)．

（D）它是物體的一種性質(zhì)，與質(zhì)量、體積無關(guān)．

（E）它是物體質(zhì)量與體積的比值．

調(diào)查對象全班共47人，統(tǒng)計結(jié)果顯示如圖1所示．盡管小學(xué)五年級科學(xué)中學(xué)生已初步學(xué)習(xí)過密度和比重的概念，問卷發(fā)現(xiàn)仍有少數(shù)學(xué)生（12人）對密度持有錯誤的前概念，大部分學(xué)生（30人）對密度這個概念有一定的整體認知，但為什么要利用質(zhì)量與體積的比值定義密度卻不是特別清晰．盡管學(xué)生在初中物理學(xué)中經(jīng)歷過比值定義速度，但質(zhì)量與體積兩個物理量的比來表示密度，需要讓學(xué)生建立一個認知過程．

圖1 問卷結(jié)果統(tǒng)計圖

任何概念都有其形成背景和達成途徑，在上課時引導(dǎo)學(xué)生對不同物質(zhì)的辨別進行情境導(dǎo)入，教師出示銅絲、鐵絲、鋁絲、一杯水和一杯酒精．教師問：這些物質(zhì)，你們能分辨出來嗎？你是怎么分辨的？學(xué)生能利用已有的認知水平，例如物質(zhì)的狀態(tài)、顏色、氣味、堅硬程度等特性來辨別．

教師再將顏色、形狀相同的鐵塊和木塊讓學(xué)生辨別，學(xué)生可能會通過感受物體的輕重來判斷．如果遇到形狀和質(zhì)量都十分接近的不同物體，如市場上的偽劣制品，怎么去辨別呢？學(xué)生已有的經(jīng)驗可能無能為力．

教師即時指出，要分辨物質(zhì)的種類，要用另外一種屬性來描述，這種屬性不會被顏色、體積、質(zhì)量等所迷惑．這個話題自然流暢地引出物質(zhì)的另一種特性．這個過程符合學(xué)生的思維認知特點，合乎邏輯自然，沒有將密度概念和定義強勢注入學(xué)生腦海．

2 通過實驗建構(gòu)密度概念形成的來龍去脈

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀認為，知識的學(xué)習(xí)并不是學(xué)習(xí)者對知識的被動接受，而是學(xué)習(xí)者對知識的自主建構(gòu)．從課堂教學(xué)的要求看，對真理的探求比對真理的占有更可貴，組織學(xué)生做好“探究同種物質(zhì)、不同物質(zhì)的質(zhì)量與體積關(guān)系”的實驗是本節(jié)教學(xué)的關(guān)鍵，為什么要利用“質(zhì)量與體積的比值”定義密度，對初中生來說有一定難度，突破此難點的方法是利用學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，通過類比和知識遷移，讓學(xué)生回顧利用比值定義速度的方法來建立密度的概念．

2．1 探究不同物質(zhì)的質(zhì)量與體積之間的關(guān)系

教師讓幾個學(xué)生感受一下外形、顏色相同的鐵塊和塑料塊的質(zhì)量大小，根據(jù)質(zhì)量來判斷哪一個是鐵塊，哪一個是塑料塊．當(dāng)然，也可以通過托盤天平測量物塊的質(zhì)量，用精準(zhǔn)定量方式取代主觀感受，從而得出相同體積的不同物質(zhì)的質(zhì)量不同，用此方法可以用來鑒別物質(zhì)．

讓學(xué)生感受體積相同的不同物質(zhì)的質(zhì)量是不同的，為引導(dǎo)學(xué)生探索質(zhì)量和體積之間的關(guān)系做了充分鋪墊．教師提問：學(xué)生們利用桌上的器材（其中銅塊、鐵塊、鋁塊的體積都是10cm3），研究一下相同體積的不同物質(zhì)的質(zhì)量是否相同．學(xué)生將實驗數(shù)據(jù)填入表1中．

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論：相同體積的不同物質(zhì)質(zhì)量不同，不同物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值不同．2．2 探究同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系

學(xué)生通過小組實驗測量不同體積的圓柱體鐵塊的質(zhì)量，記錄數(shù)據(jù)在表2中，然后在坐標(biāo)紙中繪出“質(zhì)量－體積”圖像，分析同種物質(zhì)的質(zhì)量與對應(yīng)體積的比值特征．

表2 _探究同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論：同種物質(zhì)的質(zhì)量與它的體積成正比，即質(zhì)量與體積的比值相同．

由上面兩個實驗可見，不同物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值不同，相同物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值相同，物質(zhì)的種類與這個比值息息相關(guān)，可見，這個比值能夠反映出物質(zhì)的特性，在物理學(xué)中，我們把質(zhì)量和體積的比值這個特性叫做這種物質(zhì)的密度．

3 通過小組活動整體認知基本物理量的大小

知識發(fā)生過程教學(xué)的一個顯著特征就是向?qū)W生揭示或者讓學(xué)生去親身體驗知識發(fā)生的全過程，即在把握知識順序的過程中獲取知識．［3］一個物理概念的引出，通常都會伴隨著一個嶄新的物理量出現(xiàn)，或者它本身就包含了一個物理量．實驗得出一個嶄新的物理量有其大小，學(xué)生去感知與體驗的環(huán)節(jié)不可或缺，就正如1N的力有多大，1m有多長，1s有多久一樣，密度這個物理量也不例外，必然要讓學(xué)生認識它的大小，即感知1g／cm3有多大？或者哪類物質(zhì)的密度約是1g／cm3．

環(huán)境本身就是活生生的課堂，筆者安排學(xué)生利用每天喝的礦泉水來進行活動探究，讓學(xué)生在實驗活動中牢牢記住水的密度大小，遇到新的物質(zhì)密度便于與水進行對照．全班分成10個小組，每小組配一套天平砝碼、量筒、一小瓶礦泉水，測量200mL（cm3）的礦泉水對應(yīng)質(zhì)量是多少g？1mL的礦泉水對應(yīng)質(zhì)量是多少g？各小組把數(shù)據(jù)填入表格，最終統(tǒng)計各組數(shù)據(jù)，求出水的密度的平均值（約為1g／cm3），用這種身臨其境的測量方法來鞏固密度公式比直接推送給學(xué)生水的密度大小更有價值．

4 通過原始物理問題促進學(xué)生對公式的保持與遷移

物理概念教學(xué)常常采用“一個定義，幾項注意”來明示公式的意義和各種注意事項，窮舉菜單式的注意事項，索然寡味，如圖2所示似乎能把密度的內(nèi)涵與外延一網(wǎng)打盡，實際上是對概念的理解進行強行灌輸．物理習(xí)題大多是把生活現(xiàn)象進行了再加工，而學(xué)生面對原始物理問題不再是千篇一律的測驗題目，而是千變?nèi)f化的現(xiàn)實情景，他們不被要求作出千人一面的反應(yīng)，而允許對情景作出個性化的選擇與回應(yīng)．

圖2 物理概念板書圖

原始物理問題是指生活中的某些物理現(xiàn)象，這些現(xiàn)象未被抽象成常見的物理習(xí)題，需要學(xué)生回到事件的本身來思考問題，要求學(xué)生用提煉、加工、遷移、類比等方式來描述和解釋豐富多彩的自然世界，它比單純做習(xí)題更具有開放性和靈活性．教師要引導(dǎo)學(xué)生重視原始物理問題的積累和思考．物理課程標(biāo)準(zhǔn)中有內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)：“解釋生活中一些與密度相關(guān)的物理現(xiàn)象．”［4］密度公式一旦出現(xiàn)，公式變形、平均密度、圖像等復(fù)雜而繁冗的習(xí)題鋪天蓋地而來，很多教師壓縮獲取知識的進程，應(yīng)用知識解題過分膨脹，題海演練成為他們學(xué)習(xí)物理的捷徑，這種重復(fù)性的練習(xí)往往是比較機械的，學(xué)生對物理概念沒有在感悟中升華與內(nèi)化．筆者用一些原始物理問題進行變式訓(xùn)練，目的是要求學(xué)生怎么用這個公式去處理生活中常見的物理問題而不是單純追求結(jié)果．

4．1 由具體問題情境強化公式應(yīng)用

教師要對教材進行識別、分類、重組，不照本宣科和平鋪直敘，有意識將知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，點燃學(xué)生的探究熱情．如圖3牛奶包裝盒所示，牛奶的體積是多少？質(zhì)量是多少？密度是多少？喝掉一半后，牛奶的密度將怎么變化？

圖3 牛奶包裝盒

這個情景引導(dǎo)學(xué)生識別生活中常見物質(zhì)的質(zhì)量、體積的單位，培養(yǎng)學(xué)生認知能力，而不是簡單地代數(shù)據(jù)運算．由于此情景涉及到新的密度單位，為接下來的密度單位的轉(zhuǎn)換埋下伏筆．

4．2 由空氣密度估測教室中空氣的質(zhì)量

通過做題這種“短、平、快”的戰(zhàn)術(shù)縮短了學(xué)生的認知過程，雖然加快了眼前的教學(xué)進度，但與培養(yǎng)學(xué)生思維能力的要求相去甚遠，嚴重遮蔽了教育豐富的內(nèi)涵．筆者時刻讓學(xué)生站在問題開始的地方，面對原始問題思考．由空氣密度估測教室中空氣質(zhì)量旨在引導(dǎo)學(xué)生運用m＝ρV求解．這項活動容易操作，如果我們知道教室的底面積（如根據(jù)地磚的多少求出教室面積）和高度，就可以估算教室中空氣質(zhì)量．

4．3 由水的密度估算人的體積

思維方式要建立在“物質(zhì)”的基礎(chǔ)上，而這個“物質(zhì)”基礎(chǔ)就是要讓學(xué)生對原始物理問題經(jīng)過同化和順應(yīng)來構(gòu)建屬于學(xué)生特有的認知結(jié)構(gòu)體系．這樣的問題結(jié)合實際環(huán)境，學(xué)生參與的熱情比較高，如果通過網(wǎng)絡(luò)查詢知道人體的密度和水的密度接近，我們怎么知道每個人的體積呢？對于關(guān)乎自己身體的問題，并且?guī)缀醪豢芍苯訙y量的問題，學(xué)生很有興趣，不知不覺中對公式變形V＝m／ρ有一個深刻的應(yīng)用實踐．

5 通過設(shè)置情境問題讓學(xué)生知道過程比結(jié)果更重要

《基礎(chǔ)教育課程改革綱要》明確指出“改變課程實施過于強調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機械訓(xùn)練的現(xiàn)狀，提倡學(xué)生主動參與……”．物理學(xué)中的概念，不僅要學(xué)生知道它是什么，更要知道為什么要引入這個概念．密度單位轉(zhuǎn)換也是一個重要內(nèi)容，很多教師常見的處理方式就是將1kg／m3與1g／cm3的關(guān)系直接給出，接下來就是大量重復(fù)訓(xùn)練單位互換的機械練習(xí)，做題當(dāng)時有效果，很多教師就是朝著這個高效而去設(shè)計的，多年以后學(xué)生還記得此結(jié)論？密度單位的換算，物理教師至少要回答學(xué)生心中的兩個困惑：一是有了單位kg／m3，為什么還要引入另一個單位g／cm3？二是它們間的關(guān)系是怎樣得來的？

筆者設(shè)計了一個情景問題：某足夠大的容器裝1cm3水的質(zhì)量為1g，如果裝1m3的水質(zhì)量為多少kg？由于水的密度不變，那么學(xué)生就輕而易舉地推出1g／cm3＝103kg／m3，而不是直接讓學(xué)生識記單位換算．教育無非就是把已學(xué)的遺忘掉所剩下來的東西，學(xué)生剩下來的東西就是固化的能力和素質(zhì)．這種素質(zhì)可以廣泛地遷移到生活和工作的方方面面，這些恰恰是教育的全部內(nèi)容．

蘇霍姆林斯基說過：“如果概括性的結(jié)論不是從生活實踐中抽取出來的，不是建立在分析事實的基礎(chǔ)上的，那么死記和背誦他們的結(jié)果，就是學(xué)生并不能運用他們花了很多勞動得來的知識．”筆者在引出平均密度時，讓學(xué)生回答問題：密度分別為ρ1及ρ2的兩種物質(zhì)混合（假設(shè)混合后總體積不變），則當(dāng)取等質(zhì)量的這兩種物質(zhì)混合時，混合物的密度怎么變化？當(dāng)取等體積的這兩種物質(zhì)混合時，混合物的密度怎么變化？兩種情況得出來的結(jié)果差異為何如此之大？請學(xué)生們思考．從而為什么要引出平均密度的概念作了物質(zhì)鋪墊，這比單純傳授“什么是平均密度”，識記“平均密度的計算公式”更有育人價值．

6 通過激發(fā)認知沖突讓學(xué)生明白概念的定義不能隨心所欲

學(xué)習(xí)不是簡單的信息累積，更包含著新舊知識和經(jīng)驗的沖突，以及由此而引發(fā)的認知結(jié)構(gòu)的重組，教師要善于以認知沖突為依托，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究欲望．知識發(fā)生過程的教學(xué)涉及到一個個未知的問題，引發(fā)一次次認知沖突，學(xué)生在沖突與平衡中隨之相伴的是冥思苦想，如此一番思維冶煉，崇高科學(xué)品質(zhì)，敢于創(chuàng)新的探究意識是不難得以提升的．密度的定義很簡單，除了難度大的練習(xí)題外，有沒有更高層次的思維活動呢？

臨近下課，筆者再次提問：密度用質(zhì)量和體積兩個物理量來定義，我們能不能用體積與質(zhì)量的比值來定義物質(zhì)的密度呢？能不能用質(zhì)量與體積的乘積來定義密度呢？這一提問具有挑戰(zhàn)性，小組討論自然形成．教師啟發(fā)：大家想想，如果這樣定義使用方便嗎？同一種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的乘積恒定嗎？學(xué)生會回答如此定義體積與質(zhì)量的比值越大密度越小，其比值越小密度越大，這與我們生活常識相悖，并且由于質(zhì)量與體積的乘積不恒定，不能表征物體的特性．看來，物理概念的某些定義盡管是人為規(guī)定的游戲規(guī)則，卻不能隨心所欲．意猶未盡，似了非了．這不僅僅是我們的物理課堂，而是人類認識自己，認識自然的永恒話題．

當(dāng)前教育強調(diào)社會工具價值，要求教育出即時顯性的功效，漠視教育在培養(yǎng)個性、使人的潛能得到盡可能發(fā)展方面的價值，忽視教育的長期效益，導(dǎo)致對概念形成過程的教學(xué)重視不夠．很多教師在物理概念的教學(xué)過程中過于強調(diào)物理概念的知識本位，壓縮了概念形成過程的教學(xué)，在引入概念時沒有讓學(xué)生對其必要性獲得足夠的感性認識而是直接給出物理概念，致使一部分學(xué)生只是死記物理概念，概念在他們的頭腦中成為空中樓閣，概念不清晰就會導(dǎo)致學(xué)生的知識儲備越多，往后的學(xué)習(xí)就越困難，成為一種生命中不可承受之重的累贅．

1 施方良．學(xué)習(xí)論［M］．北京：人民教育出版社，1994：221．

2 裴光勇，陳佑清．知識發(fā)生過程教學(xué)的內(nèi)涵和價值［J］．中國教育學(xué)刊，2001（1）：48．

3 熊志權(quán)．基于知識發(fā)生過程的物理概念教學(xué)——以《運動的快慢》教學(xué)為例［J］．中學(xué)物理教學(xué)參考，2014（6）：26－28．

4 中華人民共和國教育部制訂．義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）［M］．北京：北京師范大學(xué)出版社，2012（1）：16．

2016－05－30）

本文系2014年廣東省教育研究院基礎(chǔ)教育綜合類研究重點項目“教育質(zhì)量綜合評價在基礎(chǔ)教育中的有效實施研究——基于科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)業(yè)質(zhì)量評價研究與實踐”（項目編號GDJY－2014－A－a050）的階段性研究性成果之一．