“第零猜想”引發的“尷尬”
——基于“壓強”概念探究教學活動中的“猜想”環節研究

(南京市金陵中學，江蘇 南京 210005)

1 “第零猜想”及其“尷尬”

在“蘇科版”初中物理教材8年級下冊“壓強”一節的內容中，安排了題為“探究壓力作用的效果”的教學活動.教材文本的呈現依次用“觀察”、“體驗”、“猜想”、“檢驗”和“實驗結果”等5個環節對相應的探究活動作探究引導，揣摩教材編寫的意圖似乎應該是：在“觀察”的環節中，教材的呈現整合圖片與文字的雙重功能，提出了壓力作用的效果及其描述的問題；在“體驗”的環節中，教材的呈現借助于實驗的手段，以觸覺感受和刺激對學習主體在思維的層面上形成有效的觸動；有了前兩個環節的鋪墊，在接下來的探究主體的思維最為活躍的“猜想”環節中，教材文本只呈現了簡單的設問：你認為，壓力的作用效果可能與哪些因素有關？有什么關系？并對學生可能提出的猜想表述而預留空間，同時借用省略號而顯性表達了“不應該在猜想環節中束縛探究主體思維”的主觀故意；在“檢驗”的環節中，教材的呈現在給定器材的前提下，對探究活動提出了“設計實驗驗證猜想”的要求；在“實驗結果”的環節中，教材的呈現只針對“壓力大小”和“受力面積大小”等兩個影響“壓力的作用效果”的因素設置“填充題”，讓探究主體表達實驗結果，相應的呈現較為隱性的表現出了“在前兩個環節的指向性啟發下，學習主體應該會在‘猜想’環節中規范的提出與之相關的兩個猜想”的強烈自信.

教學實踐中，大多數教師都會在基于教材編寫意圖的上述揣摩背景下，來處置教材和組織教學，相應的教學預設通常是寄希望于學習主體能夠自覺而自然地提出如下兩個猜想.

第一猜想：壓力作用的效果與壓力大小有關，壓力越大，壓力作用的效果越明顯.

第二猜想：壓力作用的效果與受力面積大小有關，受力面積越小，壓力作用的效果越明顯.

可在實際教學中卻會事與愿違，在相當比例的教學現場往往都會有學生在上述兩個猜想之前而率先提出“第零猜想”：壓力作用的效果與受力物體的材質有關，受力物體的材質越松軟，壓力作用的效果越明顯.

相應的教學生成打亂了教學預設下的運作節奏，給基于“壓強”概念的教學帶來了現實的“尷尬”，也給教師對相應的教學生成的處置形成了嚴峻的考驗.

2 “第零猜想”的合理性認同

在很多教師因為“第零猜想”所引發的“尷尬”而倍感苦惱之際，筆者倒是覺得：由于教材呈現中某種誘因的客觀存在，發生學生提出“第零猜想”的教學生成其實并不奇怪，而如果學生不能夠自覺而自然地提出“第零猜想”，那反倒是一件不可思議的事情.

(1)教材呈現

教材片段1：觀察圖1(即教材中的圖10-2)，小明在沼澤地中陷得較深，說明壓力作用的效果較明顯.壓力作用的效果可能與哪些因素有關呢？

圖1

教材片段2：現有如圖2(即教材中的圖10-4)所示的器材：用釘子做腿的小桌、海綿、砝碼、木板、盛有適量水的礦泉水瓶、裝有沙的容器等，試設計一個實驗驗證你的猜想.

圖2

(2)誘因分析

誘因分析1：在教材片段1中說道：“……陷得較深，說明壓力作用的效果較明顯.”這一段文字客觀上對學生起到了某種暗示：應該以“施力物體陷入受力物體的深度”來表征“壓力作用的效果”.更何況在圖1中所呈現的強烈對比：男同學小明在沼澤地中陷的較深而痛苦不堪，女同學(暫且稱她為小紅)在木板上陷的極淺而舒適自如，再一次暗示著：在用“施力物體陷入受力物體的深度”來描述“壓力作用的效果”時，“受力物體的材質”是影響“壓力作用的效果”的重要因素.

誘因分析2：在教材片段2中，我們不必花費過多的心思去揣摩教材編者提供海綿和木板的主觀意圖，只需要客觀的做出如下所示的合理判斷即可，即：一定會有相當比例的學生在受到圖2中所提供的海綿與木板的啟發下，設計出用相同的砝碼(或相同的盛有適量水的礦泉水瓶)先后對海綿與木板施壓，并在這強烈的對比中得出“受力物體的材質”對表現“壓力作用的效果”將是何等重要的因素，甚至會有同學在與圖1的比對中，認為圖2中的海綿只不過是圖1中沼澤地的便于走進課堂的替代品.

針對教材文本呈現所作的上述誘因分析表明：如果用“施力物體陷入受力物體的深度”來表征“壓力作用的效果”，那么“壓力作用的效果”當然應該與“受力物體的材質”有關，即：“第零猜想”的合理性應該被得到認同.

3 “第零猜想”的公平性分析

在認同了“第零猜想”建立在用“施力物體陷入受力物體的深度”來表征和定義“壓力作用的效果”基礎上所具備的合理性后，讓我們再來針對“第零猜想”而在具體的案例當中去質詢其公平性.

圖1中的小明與小紅其體重大致相等，他們的鞋底面積也應該是大致相等.在這樣的前提下他們對松軟的沼澤地和堅硬的木板的壓力大致相等，而兩個大致相等的壓力其受力面積又是大致相等——就是在這種諸多因素幾無差別的情況下，沼澤地的松軟和木板的堅硬卻造成了小明陷入沼澤深達30厘米之巨和小紅陷入木板淺至0.1微米之微之間的落差(30厘米和0.1微米并不是精確測量或精準推算的數據，只是為了行文的便利而作的合乎情理的虛設數據).如果我們因為這“30厘米與0.1微米”之間的落差而認為小明對松軟的沼澤地的壓力效果比小紅對堅硬的木板的壓力效果更明顯，這顯然應該被認為是一次極不公平的裁決.這就有點像“我們幼稚而固執的認為在校運會上的百米賽跑中以第一名奪冠取勝的小明其奔跑能力比在奧林匹克運動會上的百米飛人大戰中而以第二名奪冠落敗的運動員的奔跑能力更強”似的滑稽可笑——由于競爭對手的不同，造成了這種僅以名次實施比對的極不公正和極不公平.

如果我們把圖1中小紅腳下的那塊木板看作是小紅的“鞋底”，那么包括這塊木板“鞋底”在內的小紅就和小明一樣都是站在松軟的沼澤地上，此時由于小紅的“鞋底”(木板)面積約為小明雙腳鞋底面積的6倍，面對著陷入沼澤約5厘米而仍然表現得輕松自如的小紅，陷入沼澤30厘米而痛苦不堪的小明也就無話可說了——因為這樣的比對是在公正且公平的背景下進行的.

如果用“施力物體陷入相同材質的受力物體的深度”來定義“壓力作用的效果”而實施相應的比對，才能夠保證相應比對的公平性.這就意味著：“第零猜想”的公平性將被受到質疑.

4 “第零猜想”的科學性質疑

其實，針對“壓力作用的效果”而提出影響因素的猜想，關鍵在于對“壓力作用的效果”的定義.前文我們實際上對“壓力作用的效果”已經給出過兩種定義，即

定義1：我們用“施力物體陷入受力物體的深度”來表征和定義“壓力作用的效果”.

定義2：我們用“施力物體陷入相同材質的受力物體的深度”來表征和定義“壓力作用的效果”.

同時我們也已經作出了相關的分析和相應的認同，即：若在基于定義1的前提下，則提出“第零猜想”雖然具備著一定程度的合理性，但卻極不公平；接下來我們還將作進一步論證：若在基于定義1的背景下，具備了一定程度合理性的“第零猜想”不僅是極不公平，而且還是極不科學.相應的論證如下：

考慮到“壓力作用的效果”所表現的本應該是“壓力的特性”，而由上式所定義的所謂“壓強”，其物理意義絕不僅僅是壓力的某種特性，而是包含了受力物體的某種屬性(抗壓屬性).把這種同時反映與描述“壓力的特性”和“受力物體屬性”的物理量來反映與描述“壓力作用的效果”，顯然是不科學的.

如果采用定義1而以“施力物體陷入受力物體的深度”來表征和定義“壓力作用的效果”，那么在主觀設定的用于表征與描述“壓力作用的效果”的“壓強”概念，將會因為表現受力物體抗壓屬性的因子f(Y)的侵入而染上“不客觀”的“病毒”；如果采用定義2而以“施力物體陷入相同材質的受力物體的深度”來表征和定義“壓力作用的效果”，那么在主觀設定的用于表征與描述“壓力作用的效果”的

“壓強”概念才會因為“相同材質”的“免疫”功能而“百毒不侵”.也就是說：如果追溯到“第零猜想”賴以合理的被提出的“壓力作用的效果”的定義，則應該認為“第零猜想”的科學性其實是沒有保障的.

5 結語

其實，物理學引入“壓強”概念的本意，并不是以此表述壓力的“作用效果”，而是用于表示壓力的“作用強度”(關于這一點，筆者擬撰文另作論述).但若針對“壓力作用的效果”作適當的設定(如上述定義2的設定)，則把“壓強”當作“壓力作用的效果”或“壓力的作用效果”(教材先后給出的先天存在著微妙區別的兩種提法)也未嘗不可.在按照教材現有的文本呈現而組織“壓強”概念的教學時，我們不能夠、其實也不必要奢望規避“第零猜想”對教學產生的影響，但我們可以、并且必須通過對“第零猜想”的合理性、公平性和科學性作如本文所呈現的那樣的精細與精準的剖析.否則，你便無法規避由“第零猜想”給教學所帶來的“尷尬”.

[1]劉炳昇，李容.義務教育課程標準教科書 物理八年級下冊[M].南京：江蘇科學技術出版社，2012.

[2]蔣新.一起“突發事件”引起的思考[J].物理之友，2014，30(1).