基于教材分析的密度概念教學(xué)改進(jìn)和反思

羅釗穎

珠海市梅華中學(xué)，廣東 珠海 519000

1 密度概念的教學(xué)難點(diǎn)

密度是力學(xué)的核心概念之一，是初中物理八年級上冊的學(xué)習(xí)內(nèi)容。密度概念教學(xué)的難點(diǎn)主要在于密度的迷思概念和比的理解。

1.1 密度的迷思概念

密度是人們?yōu)榱朔奖忝枋鑫镔|(zhì)之間的區(qū)別而定義的物理概念，是一個(gè)抽象的物理概念。盡管學(xué)生在學(xué)習(xí)密度概念之前，已經(jīng)對“密度”一詞有一定的生活化理解[1]，但是和物理中“密度”的概念還是相差甚遠(yuǎn)。如何突破學(xué)生的迷思概念，從物理的角度理解“密度”是本節(jié)課的難點(diǎn)。

1.2 比的理解

與速度概念一樣，密度概念也是利用比值定義法得出的。速度概念生活中更常見，而且小學(xué)數(shù)學(xué)計(jì)算中就已經(jīng)涉及速度的計(jì)算，然而學(xué)生對密度概念缺乏定量的理解。在物理學(xué)中，把某種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值，叫作這種物質(zhì)的密度。在探究物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系時(shí)，學(xué)生很難理解為什么要將兩個(gè)量相比，兩個(gè)量之間的比值是學(xué)生較難理解的邏輯關(guān)系。

2 教材對比

本文將從教學(xué)思路和探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行教材對比研究。

2.1 教學(xué)思路

在人教版初中物理教材[2]中，“密度”一節(jié)的教學(xué)思路如下：“引入”部分通過控制變量法引出“體積相同的物體質(zhì)量不同”“同種物體體積越大，質(zhì)量越大”的生活現(xiàn)象，繼而提出問題：“同種物體的質(zhì)量和它的體積成正比嗎”，從而開展實(shí)驗(yàn)探究鋁塊質(zhì)量與體積的關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以得到同種物體的質(zhì)量和體積之比是定值，由此得到密度的概念。

與人教版教材不同的是，滬粵版教材[3]在“引入”部分通過展示自行車比賽的真實(shí)場景，討論車身材料，引出生活中的現(xiàn)象，即“即使體積相同，因所含的物質(zhì)不同，質(zhì)量也不一樣”。再設(shè)置學(xué)生討論的場景，通過學(xué)生對“質(zhì)量”的迷思概念，引出探究物體質(zhì)量和體積的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。和人教版教材一樣的是，密度概念都是從探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)論得來的。兩版教材教學(xué)思路對比如圖1所示。

圖1 密度概念形成教學(xué)思路對比

從兩版教材中可以看出，人教版教材擅長提煉物理本質(zhì)，語言簡潔，問題清晰，而滬粵版教材擅長展現(xiàn)豐富的生活情境和素材，注重探究的邏輯和思路的完整性。

2.2 探究物質(zhì)質(zhì)量與體積關(guān)系的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

不管是在什么教材中，要得到密度這一概念就必須進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系，即這個(gè)實(shí)驗(yàn)是得到密度概念的重要前提。實(shí)驗(yàn)如何設(shè)計(jì)和開展，不同教材的設(shè)計(jì)思路不同。本文將從實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)置、實(shí)驗(yàn)表格的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出三個(gè)方面進(jìn)行對比分析。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)置

滬粵版教材中的探究實(shí)驗(yàn)包括猜想、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評估等環(huán)節(jié)。這樣的探究實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是符合初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[4]要求的探究過程。在滬粵版教材中，注意對學(xué)生開展分組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一定的指導(dǎo)。人教版教材中的欄目劃分不如滬粵版教材的明確，但更為簡潔，僅對實(shí)驗(yàn)的步驟和繪制圖像的一些要求進(jìn)行了說明，然后提供實(shí)驗(yàn)的表格和坐標(biāo)，最后得到結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)置體現(xiàn)教材對于實(shí)驗(yàn)的觀念。盡管教師是“用教科書教，不是教教科書”，但是各種版本的教科書風(fēng)格不同，體現(xiàn)的教學(xué)理念也有所差別。這兩個(gè)方案的設(shè)計(jì)前提稍有區(qū)別，人教版教材的設(shè)計(jì)期望從鋁這一種物質(zhì)的質(zhì)量和體積的關(guān)系推廣到所有的物質(zhì)，也就是從一到多的過程，而滬粵版教材旨在直接探究多種物質(zhì)的質(zhì)量和體積的關(guān)系。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)表格的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)表格的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容和步驟。通過對比，可以看出兩版教材中關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是截然不同的（表1、圖2、表2）。

表1 人教版教材中的實(shí)驗(yàn)表格

表2 滬粵版教材中的實(shí)驗(yàn)表格

圖2 人教版教材中的質(zhì)量-體積坐標(biāo)軸

實(shí)驗(yàn)的材料方面，滬粵版教材選擇兩種不同的物質(zhì)，且每種物質(zhì)選擇體積不同的兩個(gè)物塊進(jìn)行研究。這與人教版教材僅對鋁塊進(jìn)行研究相比，得到的結(jié)論更完整、更嚴(yán)謹(jǐn)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的單位方面，滬粵版教材選擇千克、立方米、千克每立方米，人教版教材則選擇便于測量的克、立方厘米和克每立方厘米。

實(shí)驗(yàn)的組數(shù)也稍有不同。滬粵版教材中，每種物質(zhì)僅需測量兩個(gè)不同體積的物塊的質(zhì)量和體積，而人教版教材中需要測量三組以上不同體積的鋁塊的數(shù)據(jù)。而對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，滬粵版教材通過直接在實(shí)驗(yàn)表格中給出一欄“質(zhì)量與體積之比”，讓學(xué)生計(jì)算后得到規(guī)律，人教版教材讓學(xué)生繪制質(zhì)量-體積圖像，得到同種物質(zhì)質(zhì)量與體積關(guān)系的直觀表征。滬粵版教材的設(shè)計(jì)降低難度，讓學(xué)生避免因?yàn)槔L圖和數(shù)學(xué)函數(shù)知識的難度而失去理解密度概念的興趣和信心。

人教版教材在探究實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生繪制質(zhì)量與體積的圖像，通過圖像讓學(xué)生直觀地感受兩個(gè)物理量之間的關(guān)系。而在滬粵版教材中，直接在實(shí)驗(yàn)表格中給出質(zhì)量與體積之比的一項(xiàng)內(nèi)容，但沒有告知學(xué)生這樣的關(guān)系是如何得來的。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出

滬粵版和人教版教材最顯著的特點(diǎn)是對于課本中的重要概念和公式“留白”，用學(xué)生填寫代替完整呈現(xiàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論部分，兩版教材都選擇“留白”，讓學(xué)生總結(jié)并寫出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。但是，兩者由于前面的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不同，導(dǎo)致得到的結(jié)論的層次稍有不同。人教版教材探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)論僅限于鋁的質(zhì)量與密度的關(guān)系，而滬粵版教材的結(jié)論更具有普遍性。人教版教材通過提問來對實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行延伸，顯然沒有通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論是缺乏說服力的。

3 討論和思考

通過對人教版和滬粵版教材形成密度概念的比較分析，可以看出人教版和滬粵版教材的編寫邏輯有所差別，但各具特點(diǎn)?；趯砂娼滩牡木C合分析和比較，可以得到密度概念教學(xué)的幾點(diǎn)啟示。

3.1 立足學(xué)生基礎(chǔ)，調(diào)整教學(xué)思路

在整個(gè)密度的教學(xué)中，滬粵版和人教版教材的章節(jié)安排差異較大?？梢葬槍Σ煌瑢W(xué)生的情況，選擇合適的教學(xué)思路。滬粵版教材的教學(xué)思路更適合對物理缺乏信心和興趣的學(xué)生，前期得出密度概念的教學(xué)中，不涉及密度的計(jì)算和函數(shù)圖像的理解。而人教版教材的教學(xué)思路重點(diǎn)更為突出，更適合數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較好、理解推理能力更強(qiáng)的學(xué)生。教師可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要，結(jié)合各版教材的優(yōu)勢，形成更匹配所教學(xué)生的教學(xué)思路。

3.2 重視實(shí)驗(yàn)探究，回歸物理本質(zhì)

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科[5]，因此物理教學(xué)不能脫離實(shí)驗(yàn)教學(xué)。正如前文所說，在密度概念教學(xué)中，探究物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系實(shí)驗(yàn)是最關(guān)鍵的一環(huán)。

雖然兩版教材為教師提供了兩個(gè)截然不同的實(shí)驗(yàn)探究方案，但是這兩種方案中學(xué)生實(shí)際開展的實(shí)驗(yàn)操作是大同小異的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作主要包括質(zhì)量和體積的測量，難度不大，但并不需要花費(fèi)大量時(shí)間在測量不同物質(zhì)的質(zhì)量和體積上。該實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)在于探究兩個(gè)物理量之間的關(guān)系，即如何由測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。這一過程離不開教師的引導(dǎo)和學(xué)生的充分討論，因而在該實(shí)驗(yàn)的時(shí)間安排上，應(yīng)當(dāng)側(cè)重探究密度的物理本質(zhì)，而非質(zhì)量和體積的測量。

要使得出的結(jié)論具有普遍性和科學(xué)性，探究物質(zhì)質(zhì)量和體積的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)就必須用兩種或兩種以上的物質(zhì)來進(jìn)行。因此，對于使用人教版教材的教師建議多補(bǔ)充一種物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3.3 巧用學(xué)生分組，提高課堂效率

在實(shí)際教學(xué)中，該探究實(shí)驗(yàn)會花費(fèi)較多的時(shí)間，其中需要復(fù)習(xí)刻度尺和天平的使用，測量兩種不同物質(zhì)的兩個(gè)不同體積，即至少測四組數(shù)據(jù)，而這并非實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)。那應(yīng)該如何縮短時(shí)間，提高課堂效率？可以利用學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，讓不同組的學(xué)生測量不同物質(zhì)的質(zhì)量和體積，最后匯總各組數(shù)據(jù)后，既能反映質(zhì)量和體積的關(guān)系，又能將更多課堂有效的時(shí)間放在分析和探究物體質(zhì)量與體積的關(guān)系上。

4 結(jié)束語

教材對比研究，并不是為了評判一本教材是好是壞，而是為了了解不同教材的教學(xué)風(fēng)格和細(xì)節(jié)處理的不同，在實(shí)際教學(xué)活動中，為自己所用。特別對于新教師而言，熟悉教材是教學(xué)的基本功之一。通過教材對比研究，從不同的視角去深度理解和學(xué)習(xí)，思考如何講對物理，如何講好物理。