壓強表達式的兩種教學方法

摘 要針對當前壓強教學中存在的困惑，本文通過對“比值定義法”和“控制變量-比例系數法”在認知路徑、思維方法及研究范式等維度上的比較研究，厘清它們的適用范圍與教育價值，從而消除壓強教學中存在的疑惑。

關鍵詞壓強 科學方法 比值定義法 控制變量-比例系數法

三、兩種學科方法的內稟研究

1.比較形式與研究范式

毋庸置疑，比值定義法和控制變量-比例系數法的實施都要以比較作為先決條件。根據時空上的區別，可以把比較分為縱向比較和橫向比較。縱向比較是比較同一對象在不同時期內的發展與變化（如戰爭中統計本方的傷亡率）；橫向比較是對同類別的不同對象在相同標準下進行的比較（如戰爭中統計敵我雙方交換比）。不難看出，控制變量-比例系數法涉及的比較屬于一種縱向比較，因變量和自己的過去做比，即改變自變量大小，觀察因變量的變化趨勢；而比值定義法涉及的比較則是橫行比較，比較同一類事物中的兩個對象在某一方面的能力強弱或變化快慢等，如比較兩個電容器容納電荷能力的強弱。此外，進一步來看，這兩種學科方法的背后實際上影射著不同的實驗研究范式：控制變量法與單組前后測對應，其實驗處理為“使自變量發生變化”；而比值定義法與雙組前后測對應，實驗處理則是“利用除法統一標準”。兩者在比較形式上的不同，最終轉變成了實驗研究范式的迥異。

2.認知路徑與運算水平

認知路徑，即人類獲取知識的途徑。心理學家西蒙在科學發現規范理論[3]中把知識獲取的途徑歸結為兩類：一類是數據驅動，先收集大量數據，然后進行分析，找出規律并予以解釋；另一類是概念驅動，先提出假設，然后根據實驗來檢驗并修改假設。有研究顯示[2]，這兩種認知途徑分別對應著學生不同的認知水平，數據驅動與具體運算階段的認知規律相吻合，而概念驅動則契合了形式運算階段的認知規律。如果能厘清比值定義法和控制變量-比例系數法與這兩種認知路徑間的對應關系，無疑有助于我們在教學中貫徹因材施教的原則，即結合不同認知水平學生獲取知識的特點，合理選擇建立物理概念的方法。分析兩種學科方法的特點后，我們認為以分析數據，歸納規律入手的控制變量-比例系數法是數據驅動模式；而以提出假設、驗證假設入手的比值定義法則是概念驅動模式。可見，兩種學科方法的不同，實際體現了是人類認知路徑的不同。

3.教學模式層面

教學模式是指在一定教學思想的引領下，為完成特定教學目標而形成的穩定且簡潔的教學結構及操作范式。受教育重演論[4]啟發，我們可以把學生的學習過程當作是對人類文化發展過程的一種認知意義上的重演。因此，我們的教學模式也可以采用人類科學研究的形式。回顧歷史，我們發現科學研究主要存在兩種形式：在狹義相對論建立以前，物理學的發展是由實驗到方程、規律乃至整個理論體系（如經典力學、電磁學、熱力學等），即探究歸納法；在狹義相對論建立以后，這個過程被倒轉過來，物理學家們首先建立方程、理論框架，然后再回到實驗，由實驗來驗證理論的真偽（如狹義相對論、廣義相對論、量子力學、粒子物理學等），即演繹驗證法。那么，我們在壓強表達式的建立過程中，應當采用哪種教學模式呢？科學方法中心論[5]指出，學科方法是教學模式的主體，是教學脈絡的體現者，整個教學過程都要圍繞學科方法進行。由此，我們有必要明晰兩種學科方法與兩種教學模式間存在的聯系。采用對映的方法，我們可以將壓強表達式建立的教學模式分為：以“控制變量-比例系數法”為主體的探究-歸納式教學和以“比值定義法”為主體的演繹-驗證式教學。

4.思維方法層面

思維方法是用于各種問題解決過程中的一般策略和方法，它屬于一種特殊的心理體驗，不能靠單純的講解來傳授，往往需要使用、訓練才能為學生體會、領悟[6]。由于思維方法隱藏在學科方法的背后，對學科方法起支配與統攝的作用，所以思維方法的教育必須要借助學科方法來進行。因此，識別學科方法與思維方法之間的對應關系，無疑有利于我們通過學科方法對思維方法進行滲透式教學。結合兩種學科方法的教學流程，可以發現，在使用“控制變量法”前，首先要利用生活實例讓學生思考影響因變量的因素，這里便涉及到了“猜想”這一非邏輯式的思維，接下來通過對實驗數據的分析，得到因變量與自變量的比例關系，又需要用到“歸納”的思維，可見在使用控制變量-比例系數法建立物理概念時，調動了學生的“猜想”與“歸納”思維；而比值定義法，先要結合學生已有認知結構，啟發他們提出一種粗劣描述物理概念的假設，然后設計實驗驗證假設，在否定先前假設的基礎上找到不足并修改假設，由此通過一步一步的假設和演繹推理最終得出要定義的物理量。因此，無疑是“假設”、“演繹”思維統攝著比值定義法。

四、兩種教學方法成效的實證研究

鑒于普通班學生的認知水平大都處于具體運算階段，故而宜遵循“數據驅動”的認知路徑去建立概念，而重點班學生的認知水平大都處在形式運算階段，他們更傾向于用“概念驅動“的認知路徑去建立概念。因此，我們以初二學生作為研究對象，設置了實驗組與對照組——均包括兩個普通班與兩個重點班。在實驗組，我們采用“普通班使用控制變量-比例系數法建立壓強的表達式，重點班使用比值定義法建立壓強的表達式”的教學方案；而在對照組中，我們讓普通班與實驗班的科學方法進行對調，即“普通班使用比值定義法，重點班使用控制變量-比例系數法”。為消除課后練習效應對實驗結果的干擾，在“新授課”后，我們立即進行了隨堂練習，采用SPSS軟件對所得數據進行t檢驗的結果如下表所示。

通過統計數據可以看出，實驗組學生的平均成績比對照組分別高出3.64分和3.78分，而且P值均小于0.05，說明差異水平達到“顯著”。由此可見，結合學生的認知水平來選取壓強表達式建立的學科方法，對提高課堂效率、降低學生認知負荷有著很好的促進作用。

綜上所述，比值定義法與控制變量-比例系數法為學生重演了別樣的研究范式，串聯了迥異的認知路徑，統攝了不同形式的教學模式，鍛煉了學生思維的不同側面，兩者均有其可取之處，它們適合于不同認知水平的學生。

參考文獻

[1] 鄭淵方.壓強概念的辨析與教學設計[J].物理教師，2014（12）.

[2] 石堯.對高中物理比值定義法和控制變量法的再思考[J].北京教育學院學報：自然科學版，2015（1）.

[3] 武孔春.概念驅動的加工與數據驅動的加工[J].研究論壇，2002（3）.

[4] 王全，母小勇.“科學史—探索”教學模式與“重演”論基礎[J].課程·教材·教法，2008（7）.

[5] 邢紅軍.從知識中心到方法中心-科學教育理論的重要轉變[J].首都師范大學大學學報：自然科學版，2011（6）.

[6] 陳清梅，邢紅軍，李正福.論物理課程改革背景下的科學方法教育[J].課程·教材·教法，2009（8）.

【責任編輯 郭振玲】