同質(zhì)柱狀物壓強大小比較方法探討①

朱文軍

(江蘇省教育科學研究院,江蘇 南京 210013)

推理是由一個或幾個判斷推出一個新的判斷的思維形式。根據(jù)不同的標準,可以對推理進行不同的分類。傳統(tǒng)邏輯根據(jù)從前提到結論的思維進程的不同,將推理分為演繹推理、歸納推理和類比推理等。[1]

在初中物理壓強概念的教學中,可以通過一道習題的解析來引導學生建構模型,開展科學推理,在科學論證的過程中不斷創(chuàng)新解決問題的方法,從而培養(yǎng)學生的科學思維能力。

1 同質(zhì)柱狀物壓強大小比較的具體問題

圖1中有兩個實心銅柱,甲細而高,乙粗而矮,把它們分別放置在水平桌面上,哪個銅柱對水平桌面的壓強大?

圖1

2 同質(zhì)柱狀物壓強大小比較的方法

2.1 運用“實驗法”的簡單觀察

把兩個實心銅柱放在海綿上,通過觀察海綿的凹陷程度大小來判斷壓強大小,凹陷程度大的壓強就大。

2.2 運用“公式法”的局限

2.3 運用“割補法”的靈活處置

有學生采用“割補法”解決問題。

方法1：如圖2所示,在甲的底部“割”一個和乙等高的圓柱體丙,則丙和乙對水平桌面的壓強大小相等,而甲比丙對水平桌面的壓強大,所以,甲比乙對水平桌面的壓強大。

圖2

方法2：如圖3所示,可以在乙中“割”一個和甲一樣粗的圓柱體(同丙),推理過程同方法1。

圖3

方法3：把甲圓柱體 “補”成和乙一樣粗的新圓柱體丁,則丁和甲對水平桌面的壓強大小相等,丁比乙對水平桌面的壓強大,所以,甲比乙對水平桌面的壓強大。

方法4：把乙“補”成和甲等高的新圓柱體戊,推理過程同方法3。

2.4 運用“抽象法”的推演過程

方法1：在甲、乙圓柱體中各“切”取一個底面積為1 cm2的柱體,由于在甲中截取的新圓柱體質(zhì)量大、所受重力大、壓力大,根據(jù)壓強公式即可做出判斷。

方法2：在甲、乙圓柱體中各豎直“切”取一個所受重力(壓力)相同的柱體,由于在甲中截取的新圓柱體底面積小,根據(jù)壓強公式即可做出判斷。

方法3：把兩個圓柱體沿水平方向“削”出厚度相同的“銅紙”,則甲“削”出的張數(shù)多,累積的壓強就大。

方法4：把兩個圓柱體沿水平方向“削”出張數(shù)相同的“銅紙”,則甲“削”出的每一張厚度大,壓強就大。

使用這種方法的學生對壓強公式的理解更深刻,了解壓強的大小等于單位面積上受到的壓力大小,所以想到截取底面積為單位面積(1 cm2)的柱體。了解同樣面積的打印紙疊加時壓強是可以相加的,所以想到沿著水平方向“削”成厚度相同的“銅紙”,化整為零,化零為整。

使用這種方法的學生抽象思維能力強,對物理概念的理解深刻,能透過現(xiàn)象看本質(zhì)。

2.5 運用“類比法”的顯而易見

通過生活體驗,感受標注70 g/m2、80 g/m2的兩種打印紙厚度不同,80 g/m2打印紙(單張紙對水平桌面的壓強為0.8 Pa)比70 g/m2打印紙(單張紙對水平桌面的壓強為0.7 Pa)厚,壓強大。所以甲相當于厚紙,對水平桌面的壓強大。

這些學生把打印紙上70 g/m2、80 g/m2的參數(shù)與課本上介紹的密度進行類比,通過綜合分析發(fā)現(xiàn)同種物質(zhì)的面密度反映了材料的厚薄程度。

3 不同壓強比較方法的理性剖析

“實驗法”基于物理是一門以實驗為基礎的學科,通過實驗現(xiàn)象來解決問題,簡單明了;運用“公式法”時,在已知一個量相同的情況下比較另一個量的大小即可,對壓力大、受力面積小的情況很容易比較,可是一旦出現(xiàn)壓力大、受力面積也大,或者壓力小、受力面積也小,比值不明確,就無法進行比較;運用“割補法”處理問題時比較靈活,本質(zhì)上還是讓壓力和受力面積有一個量相同,然后進行比較,依據(jù)的還是壓強的定義式,用到了壓力與受力面積比值相同壓強就相同的知識點,能清晰、系統(tǒng)地理解壓強概念,能綜合應用所學的物理知識靈活解決實際問題;運用“抽象法”的學生能理性認識壓強,綜合運用壓強定義式、放在水平桌面上物體產(chǎn)生的壓力等于所受重力大小、重力與質(zhì)量的關系、柱形物體體積公式,要求學生能理解所學的壓強概念及其相互關系,能綜合應用所學的物理知識解決實際問題;運用“類比法”的學生則關注了“整體”與“局部”的辯證關系。

4 結語

在解決同質(zhì)柱狀物壓強大小比較這一問題時,運用 “實驗法”的學生能從科學態(tài)度方面理解不同大小的壓強作用在同一個受壓物體上效果不同。運用“公式法”的學生是從科學本質(zhì)的角度來理解壓強,初步了解所學的壓強概念,能將其運用于相關問題的解決。運用“割補法”的學生進行了模型建構,能理解所學的壓強概念,并用于解決簡單的實際問題。運用“類比法”的學生從科學推理出發(fā),能清晰、系統(tǒng)地理解壓強概念,能綜合應用所學的物理知識靈活解決實際問題,是從系統(tǒng)、整體的角度來考慮問題,推理過程科學、有效。運用“抽象法”的學生的思維則上升到科學論證的高度,能深刻理解所學的壓強概念及其相互關系,綜合應用所學的物理知識解決實際問題。如圖4所示,隨著問題解決方法的進階,可提高學生的科學思維能力。

圖4