壓強概念教學案例剖析

韓偉　李海濤　王慧

摘 要 基于壓強概念的抽象性，此節課的視角聚焦于物理與生活的聯系，專注于概念獲得過程中科學方法的顯化。不僅體現了新課改“從生活走向物理、從物理走向社會”的核心理念，而且彰顯了科學方法的教學邏輯，使得抽象概念的教學具體化、生動化，從而有效克服了學生的思維障礙。

關鍵詞 壓強 科學方法 比值定義法 教學邏輯

“壓強”是初中物理的基本概念之一，它既是“力”的概念的拓展與深化，也是后續學習液體壓強、大氣壓強、浮力的基礎和主線。然而，教學實踐表明，學生對壓強概念的理解程度參差不齊，對壓強定義采用的科學方法更是模棱兩可。因此，如何降低學生的思維梯度、促成概念教學的順利進行就成為教學中亟待解決的問題。

一、教材編排的思路及問題分析

1.教材編排的思路

對于壓強概念的建立，各版本教材的編寫方式基本一致，大致思路概括如下圖所示：

教材首先介紹壓力的概念，再通過“壓力小桌實驗”探究影響壓力作用效果的因素，然后直接把壓強的概念定義為單位面積上受到的壓力，最后闡述壓強的應用。教材這樣整齊劃一的編排方式，使得教師的備課也大同小異，按照這種思路書寫的教案屢見不鮮。

2.教學實踐中的問題

教材編排的思路順應了新課改倡導的理念，凸顯了探究實驗的重要性。但是，在得到定性結論后，直接過渡到壓強的定義，顯得有些突兀，忽視了壓強概念建立的過程，有重結果而輕過程之嫌。由此得到的壓強概念在實際教學中有兩種不同的觀點：一種觀點認為由于在實驗中用到了控制變量，所以壓強的概念是由控制變量法得到的；另一種觀點認為由于壓強是壓力與受力面積的比值，所以理應是比值定義法。

由于概念建立的過程不清晰，才導致學生在后續的學習過程中對壓強概念的理解趨于膚淺。盡管和壓強相關的日常生活經驗很多，但是很難與學生頭腦中已有的圖式聯系起來，因為日常生活中用到“壓力”一詞的頻率要比“壓強”多，所以學生就容易形成錯誤的概念圖式，即：“壓力越大，壓強越大”。為了克服學生的思維障礙，筆者認為，加強物理與生活的密切聯系、顯化壓強概念建立背后的科學方法至關重要，唯有清楚了概念獲得的來龍去脈，才能更深入地理解壓強概念的內涵與外延。

二、壓強教學的新視角

根據初中階段學生的認知特點，按照比值定義法的本質，本文提出以下關于壓強概念教學的三個階段。

1.巧設問題情境，明確壓強的物理意義

《義務教育物理課程標準》明確指出：“義務教育階段的物理課程應貼近學生生活，符合學生認知特點，激發并保持學生的學習興趣”[1]。創設問題情境旨在從生活走向物理，使學生明確物理概念的本源，從而產生感性認識，這既是概念形成的基礎，也是對課程標準的回應。學生剛學完力學的基礎知識，對力的概念比較熟悉，頭腦中已有壓力的概念，但對受力面積對壓力作用效果的影響認識不足。因此，從學生已有的知識儲備和生活中的實例來闡釋壓強的物理意義更加契合學生的認知水平。

問題情境設置的關鍵在于讓學生親力親為，使新舊知識產生有意義同化，進而保持知覺的持久性。為此，筆者選取了學生最為熟悉的兩個問題情境：（1）背書包時，單肩背和雙肩背肩膀受壓的感覺明顯不同；（2）兩個手指壓住只有一端削尖的鉛筆的兩端，鉛筆保持靜止，由二力平衡的知識可知：鉛筆在水平方向上受到手的兩個力大小相等，但是兩手指受壓的感覺卻明顯不同。

然后，引導學生思考，究竟是什么不同才導致肩膀和手指出現這樣不同的作用效果。學生容易得知，由于受力面積不同。進一步分析，相同的壓力在筆尖上由于受力面積比較小，作用力就比較集中；而在筆頭上，相同的壓力由于受力面積比較大，作用力就比較分散，所以就出現了不同的作用效果。這就使學生感到有必要建立一個概念來描述壓力的作用效果?！皦簭姟本褪菍ｉT用來描述“壓力作用效果”的物理量。

由于壓強這一概念在學生頭腦中是沒有觀念認識的，因此這種對問題情境的分析至關重要，它不僅明確了壓強的物理意義，還得出了壓強大小的影響因素，即壓強不僅與壓力有關，還取決于受力面積的大小，同時也區分了“壓力”和“壓強”這兩個極易混淆的力學概念。

2.顯化科學方法，闡述壓強定義形成的思路

物理意義的形成可以從生活想象感知得出，但是物理量的定量描述就必須借助于一定的科學方法和數學工具。引導學生運用比較的思想來抓住事物的本質特征是壓強概念建立的關鍵。既然學生已經得知壓強是一個與壓力大小、受力面積大小有關的物理量，再加上學生先前學過的速度、密度的定義作為知識儲備，壓強的定義水到渠成?？梢圆捎妙惐鹊姆椒▉硪饘W生的共鳴，引導學生分析，要想比較壓強的大小通常有兩種方法，在受力面積相同時比較壓力的大小，在壓力相同時比較受力面積的大小，那么受力面積不同、壓力不同該如何比較呢？這一啟發性的提問，自然而然地轉入壓強定義的引入。仿照速度概念的引入和定義的方法，如果受力面積和壓力都不同，則想辦法將某個量統一，比較另一個量。具體流程結合案例如上圖所示。

流程圖在彰顯比值定義法邏輯的同時，使得壓強概念的建立水到渠成。如果取出兩個一樣大小的受力面積，由于單位統一，稱為單位面積，那么物體單位面積上所受壓力的大小就叫做壓強。即壓強等于壓力與受力面積的比值，用符號P表示，定義式為P=，由于壓力的單位是N、受力面積的單位是m2，所以壓強的單位可以表示為N/m2，壓強有一個專門的單位帕斯卡，簡稱“帕”，符號是“Pa”，1Pa=1N/m2。因為壓強是一個新概念，所以得到壓強的定義以后，明確各物理量的名稱及單位至關重要。至此，對于壓強的概念，學生就實現了從感性認識（物理意義）到理性認識（定義式）的飛躍。

科學方法的顯化是概念教學的應有之義，比值定義法是壓強概念建立過程中的重要科學方法。因此，教學中應該向學生交代比值定義法的含義及物理思想。所謂比值定義法就是用兩個或兩個以上的物理量的比值去定義另外一個物理量的方法，它的基礎是比較的思想。比較是確定研究對象之間差異點和共同點的思維過程和方法，是抽象和概括的前提，是物理學常用的方法[2]。

科學方法的顯化使得教學環節脈絡清晰、邏輯一致，把概念建立的過程次第展開，使學生在獲得知識的同時進一步加深了對比值定義法的理解，促進了學生認知規律向更高水平發展。

3.回歸生活現象，拓展壓強概念的實際應用

創設問題情境，意在使學生從生活走向物理。在學生獲得了壓強的概念后，讓物理回歸生活，深化對壓強概念的認識，既可以達到學以致用的目的，又可以讓學生體味物理與生活的完美結合，讓學生在情感上受到熏陶，進而提高學習興趣，降低畏難情緒。

生活中壓強的例子比比皆是，在概念應用的環節，我們設置了問題組（如下表所示）。

表中實例盡管隨處可見，但是以問題組的形式呈現可以較為直觀地反應出受力面積在影響壓強大小方面扮演著非常重要的角色，再一次加深了學生對壓強概念的認識，即：壓強不僅僅與壓力大小有關，還與受力面積相關。也可以通過舉例的方式進一步深化對概念的認識，即：僅僅通過壓力的大小來判斷壓強的大小是不準確的，這就好比不能用中國的國民生產總值和瑞士的國民生產總值去比較兩個國家人民的幸福指數和文明程度一樣，國民生產總值只有分配到具體的人才有比較的意義，也就是比較要選取相同的標準。因此，壓強的大小取決于壓力和受力面積的比值，其實質就是壓力在受力面積上的分配。

三、比較與分析

與傳統的教學設計不同，此節課的視角聚焦于生活現象，專注于壓強概念獲得的過程，具體體現在以下兩個方面的創新。

1.克服了以探究實驗引入壓強概念的弊端

此教學設計的視角打破了常規的實驗探究引入，改為直接用學生熟悉的情景引入，使物理更貼近生活。教材中利用整齊劃一的“壓力小桌和泡沫塑料”做實驗，一方面由于壓力小桌是廠家生產的“專門化”的實驗器材，不是取自真實生活中的物品，學生對其“親切感”不強；另一方面泡沫塑料受壓發生的形變并不明顯，使得探究實驗虛化。此教學設計的引入方式是讓學生身體力行，通過肩膀和手指受壓的感覺真實體會到壓力作用效果的存在，這樣做不僅可以拉近物理與生活的距離，也可以讓學生深切地感受到科學的真實性，從而使物理教學更加貼近生活。

2.明確了壓強概念建立過程中用到的科學方法

傳統的教材編排沒有顯化定義壓強時用到的科學方法，這就造成了教學實踐中的“兩點論”，控制變量還是比值定義？其實上述兩種觀點均有不妥之處，在用壓力小桌實驗探究“壓力的作用效果與什么因素有關”時，用到的是控制變量法，但不能因此認為壓強定義的得出也是控制變量法。第二種觀點只是指出是比值定義法，卻沒有揭示比值定義法的內涵。其邏輯缺陷在于，它把結果當作原因來加以闡述，完全沒有揭示出比值定義法的本質，忽視了比值定義法運用時的一個關鍵問題：“為什么要用兩個物理量相比來定義一個新的物理量”[3]。還有老師認為由于受力面積一定時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯；壓力一定時，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯，所以壓強應該與壓力成正比，與受力面積成反比[4]。這是一種典型的誤導，學生往往會認為“因變量隨自變量的增大而增大、減小而減小就是正比關系”。此節課的視角就是要凸顯比值定義法的內涵（選取統一的比較標準），用案例結合數據來說明壓強定義的來龍去脈，這樣做也進一步加強了數學與物理的聯系。使學生認識到比值定義法確實是一種比較常見的定義物理量的方法。讓比值定義法作為一個概念圖式納入到學生的頭腦中，在后續學習類似的概念時能夠自覺地把這些概念的定義方式進行歸納與分類。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2] 李正福，劉超，李超，陳清梅.P=F/S：控制變量法還是比值定義法？[J].物理教師，2007（6）.

[3] 邢紅軍.按照比值定義法的本質改進高中物理概念的編寫[J].物理教師，2004（4）.

[4] 王曉清，張偉.讓物理更貼近生活—以壓強的概念教學案例[J].內蒙古師范大學學報，2012（8）.

【責任編輯 郭振玲】