利用比值定義法構(gòu)建概念教學

物理概念是反映物理現(xiàn)象及規(guī)律的本質(zhì)屬性的思維形式。它是物理量之間的本質(zhì)聯(lián)系和規(guī)律，是整個物理學的核心，其最基本特征是抽象性和概括性。所謂比值定義法，就是用兩個或多個物理量間的比值來定義一個新的物理量的方法，適用于反映物質(zhì)屬性、物體運動特征或外在作用的概念定義。現(xiàn)在，初中物理新教材中利用比值定義法構(gòu)建物理概念已經(jīng)很常見，比如速度、密度、壓強、功率、比熱容、電流和電阻等，許多教學論文對此也有闡述。但為什么用比值來定義一些概念？比值定義法與控制變量法有什么區(qū)別和聯(lián)系？這些問題都沒有闡述清楚。結(jié)合教學實例談?wù)劰P者的理解與看法。

比值定義法與控制變量法的聯(lián)系

19世紀俄國教育家烏申斯基說過：“比較是一切理解和思維的基礎(chǔ)。”比較法是控制變量法和比值定義法的理論基礎(chǔ)，所謂比較法，是指找出事物之間的差異點和共同點的思維過程和方法，是抽象和概括的前提條件，是物理學的常用方法。比較法既可以引起學生對科學探索的興趣，也是發(fā)展學生智力、培養(yǎng)學生能力的有效途徑。而比較，必須在統(tǒng)一標準下才能進行，否則比較將失去意義。這就需要對實驗的條件進行了控制，改變某一個自變量，其他自變量不變，以便找出因變量與某個自變量的關(guān)系。這就是我們常用的控制變量法。但若所有的自變量都不同又該如何比較呢？其核心思想是要建立統(tǒng)一的標準，在物理概念中，這種標準就是單位物理量。所以，可以通過比較這些自變量間的比值來構(gòu)建物質(zhì)間的內(nèi)在聯(lián)系，這就是比值定義法。從控制變量法到比值定義法是一個逐步深化的過程。

學生學習物理概念時都有一個逐步深化的過程，需要教師在教學中遵循循序漸進的原則。例如：在速度的概念教學中，怎樣比較物體運動的快慢呢？百米賽跑，哪位運動員運動的較快？方法一：相同時間比路程，即在相同的時間內(nèi)，觀眾觀察比較運動員通過的路程，通過的路程較大的運動快，顯然路程對運動快慢的影響是正面的。方法二：相同路程比時間，即運動員通過相同的百米路程，裁判比較運動員所需的時間，所需時間較短的，運動快，顯然時間對運動快慢的影響是反面的。這兩種方法無形中都使用了控制變量法，在路程和時間兩個自變量中，只改變一個自變量來比較運動的快慢，但它們對運動快慢的影響相反。若路程和時間兩個自變量都不同，怎樣來比較運動的快慢呢？首先，要找到一個統(tǒng)一的標準量作為比較的依據(jù)，即以單位時間作為標準，通過比較單位時間的路程來比較運動的快慢，以兩個物理量所組成的復合單位（米/秒）為基準。因此，通過比較路程與時間的比值來比較運動的快慢：比值越大說明每秒通過的路程越大，運動越快;比值越小說明每秒通過的路程越小，運動越慢。物理學中，把路程與時間的比值稱為速度，速度越大，物體運動的越快。所以速度體現(xiàn)了物體運動快慢的物理量。教學中，教師循序漸進地深化學生的認知水平，通過比值定義法達成了比值與速度的聯(lián)系，提升了學生的認識，構(gòu)建了速度的概念，詮釋了速度的物理意義。

控制變量法與比值定義法其實是比較法的兩種不同的延伸，兩者都蘊含著比較的思想。控制變量法是在研究某個物理量與多個物理變量之間關(guān)系時，只改變某一個變量，其他變量保持不變，從而找到因變量與自變量之間的關(guān)系的方法。這種方法在物理探究實驗中很常見，多用于物理概念的實驗操作教學中。這些自變量當中有些自變量對因變量的影響是正面的，有些自變量對因變量的影響是反面的。比值定義法多用于實驗數(shù)據(jù)處理的理論加工階段，其實質(zhì)是建立在控制變量思想的基礎(chǔ)之上的。所以，比值定義法是控制變量思想更高層次的體現(xiàn)，是形成物理概念的關(guān)鍵。

不同類型比值定義法的教學策略

按照物理量的比值是否反映事物的某種固有屬性為標準，在比值定義法定義的物理概念時，比值定義法分為兩類：

第一類所構(gòu)建的概念是反映物質(zhì)或事物屬性的物理量，屬于性質(zhì)量，比如密度、比熱容、電阻、燃料的熱值、電場強度、電容等。它們的共同特征是兩個或多個物理量的比值是定值或常數(shù)，組成比值的物理量之間有著固定的數(shù)量關(guān)系，比值反映的是物質(zhì)本身的一種性質(zhì)，它的大小僅由物質(zhì)本身的性質(zhì)決定的，與定義式中出現(xiàn)的其他物理量沒有關(guān)系。

例如：電阻的比值定義式R=，電阻是電壓與電流的比值，它反映了導體對電流的阻礙本領(lǐng)的大小，是導體自身的一種屬性，是由導體本身的材料、長度、橫截面積、溫度決定的。一段導體電阻是定值，電流與電壓成正比。電阻與電壓、電流大小無關(guān)，因為當電壓變化時，電流也成比例變化，所以結(jié)果電阻不變。所以對于一段導體當電壓、電流為零時，導體的電阻不為零。在教學中，這類物理量由于是由本身的性質(zhì)決定的，所以當定義式中的某個自變量變化時，相關(guān)的自變量會成比例變化，而比值不變，這與數(shù)學中比例的性質(zhì)是一致的。這給解答一些物理難題帶來了快捷的方法。又如：一段導體，加在其兩段的電壓由2伏增大到6伏時，流過導體的電流增大0.4安，則這段導體的電阻是多少？（不計溫度對導體的影響）解析：這段導體的電阻是定值，電壓與電流是成比例變化的，其中電壓增大了△U=6V-2V=4V，電流增大了△I=0.4A，所以電阻R====10Ω。

第二類所構(gòu)建的概念是描寫物體或物質(zhì)外在的狀態(tài)、外在的作用強弱等，而并不反映其自身固有性質(zhì)，屬于狀態(tài)量或作用量。比如速度、電流、壓強、功率等，組成比值的物理量之間不一定有著固定的數(shù)量關(guān)系，受定義式中其他的物理量的影響，其相關(guān)因素可以不一定成正比。

例如：電流的比值定義式I=，電流的大小與導體兩端的電壓以及流過導體的電阻有關(guān)，任意改變導體兩端的電壓或?qū)w的電阻時，流過導體的電流都會改變。一段導體中通過的電流與導體兩端的電壓成正比，與導體的電阻成反比。但導體的電阻與電壓無關(guān)，所以電壓與電阻不是成比例變化的，電流的大小是改變的，而不是定值。電流的大小反映了導體外在的電學狀態(tài)和作用強弱，極易受到外在的因素的影響。電流與電阻這兩種不同類型的比值定義法有著根本的區(qū)別。

在利用比值定義法建立物理概念的時候，教師要積極引導學生掌握構(gòu)建物理概念的方法，搞清概念表達的屬性，否則學生會將比值定義法的數(shù)學符號形式化，忽視了物理量間的內(nèi)在聯(lián)系。一定要引導學生從公式中揭示出所定義的物理概念與因變量間的真實依存關(guān)系，切忌死記硬背和亂用。例如：電阻的定義式為R=，這里是用比值表征導體電阻的大小，但導體電阻的大小并不是由這個電壓U和電阻I決定的;真正表征導體電阻大小的是R=這個整體，是由導體的本身決定的，其確切含義是導體對通過的電流阻礙作用的大小，不能把電阻R看成電壓U和電流I的簡單組合，所以也不存在電阻R和電壓U成正比、和電流I成反比的關(guān)系。

兩類比值定義法所構(gòu)建的物理概念的抽象程度是不同的，所采取的教學策略也有所不同。第一類概念重在引導學生體驗從外部現(xiàn)象到內(nèi)在性質(zhì)的認識過程，抽象程度較高，故教學中重點放在培養(yǎng)學生抽象思維能力;第二類概念重在揭示物質(zhì)間運動規(guī)律及作用強度的大小，抽象程度較低，故教學重點放在引導學生實驗探究的過程上，著力培養(yǎng)學生實驗數(shù)據(jù)的分析能力和實驗結(jié)論的歸納能力。

結(jié)束語

科學方法一般分為思維方法和物理方法兩類，其中物理方法是特定專業(yè)領(lǐng)域的獨特認知方法，往往與專業(yè)知識緊密相聯(lián)。初中物理教學中使用的物理方法很多，有觀察法、類比法、控制變量法、等效替代法、推理法等，比值定義法只是構(gòu)建物理概念的一種常用的科學方法。其實，每一個教學環(huán)節(jié)的背后都隱藏著許多科學方法，不同的教學層次會應(yīng)用到不同的科學方法。只傳授物理知識，而不滲透科學方法的課堂是低效的課堂，學生的思維能力得不到根本發(fā)展，這不利于學生的終身發(fā)展。俄國心理學家巴普洛夫說過：“科學是思想的總結(jié)，認識一個科學家的研究方法遠比認識他的研究成果科學價值大。”科學方法作為連接物理現(xiàn)象與物理規(guī)律的紐帶，教師要把科學方法貫穿于整個教學過程中，創(chuàng)造性地進行教學設(shè)計，讓學生真正領(lǐng)悟到物理概念的內(nèi)涵和物理知識的構(gòu)建過程。

參考文獻

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（作者單位：江蘇省宿遷市宿豫區(qū)曹集初級中學）