初中科學比值定義概念的教學模式探究

朱灝

摘 要：比值定義法是一種十分重要的科學方法，科學中的許多基礎概念都是運用比值定義法定義的.學習和掌握比值定義法的科學方法及其思想內涵，無論對初中科學，還是將來高中物理的學習都大有裨益.本文作者試圖從符合初中學生對科學概念的心理認知規律及比值定義法的一般思維過程，由定性感知逐步深化、循序漸進到定量定義，探尋適合比值定義類概念學習的一般教學模式.

關鍵詞：初中科學；比值定義；概念；教學模式

1 引言

初中科學中密度的概念，對初一的學生而言，是一個極為抽象的概念.平時他們對這一概念并沒有相關的感性認識，這就為教學帶來了相當大的難度.而同時密度的概念，在整個中學科學學習中又占有極為重要的地位.在浙教版初中科學教材中，作為學生第一次遇到的由比值定義法定義的概念，它直接關系到今后其它科學知識和概念的學習及相關科學思維能力的養成.如果教師利用密度這一課，讓學生深刻理解科學中的比值定義法的含義及其內含的科學思維方法，那對學生今后學習其它類似的比值定義概念的時候，將有極大的幫助.

2 比值定義法

所謂比值定義法，就是用兩個或多個物理量的比值來定義物理概念的方法.比值定義法的理論基礎是比較.所謂比較，就是確定事物同異關系的思維過程和方法.根據一定的標準把彼此有某種聯系的事物加以對照，從而確定其相同與相異之點，便可以對事物作初步的分類.在這里，比較的關鍵是選取相同的標準.因為只有選取相同的標準，才能使得比較的結果有意義.所以，比值定義法采用兩個或多個物理量相比，就是在比較時選取相同標準的一個基本手段.

比值定義法是定義科學概念最基本的方法之一.初中科學中比值定義概念的基本定義式多為x/y型，如：密度、速度、壓強、功率、電功率等概念都是采用這種方法定義的.教師在教學中若能遵循比值定義法內在的科學邏輯和學生對概念的認知規律，教會學生正確理解和掌握比值定義法的真正科學意義，對學生今后科學的學習及科學思維的養成都大有裨益.

3 比值定義概念的教學模式

科學概念在人腦中形成的過程是一個心理活動過程 ，有四個階段 ： 第一是感覺，第二是知覺，第三是觀念的形成，最后一個階段就是概念的構建.因此，讓學生獲得足夠的、形象具體的感性認識是形成概念的基礎 ，使學生理解由感性認識到理性認識的上升過程是形成概念的關鍵，而形成科學概念的根本是學生要能理解科學概念中所蘊含的科學意義 .下面筆者以浙教版初中科學七年級上冊第四章物質的特性第三節《物質的密度》為例，試圖遵循學生對比值定義概念形成的心理認知過程和比值定義法的一般思維順序，來探討初中科學比值定義概念的基本教學模式.

3.1 設置具體的情景，激發學生學習概念興趣動機

創設新穎有意義的科學概念學習情境，能激發學生的興趣和好奇心，激發學生探究科學知識的動機.

在本課的情景引入部分，筆者從學生對日常“緊密程度”的生活體驗較為熟悉出發，首先設計播放一段視頻內容（如圖1）：51人擠進一輛面包車創吉尼斯世界記錄.然后教師提問：一輛7座的面包車硬是擠進去51個人，大家說這車里的人擠不擠，密不密？ 通過視頻的觀看，讓學生從自身的生活經驗中獲得“緊密程度”的直接感受，激發學習興趣，為下面“密度”概念的學習做好鋪墊.

3.2 設置特定的實驗活動，定性感知概念的大體含義

初中學生的科學思維基本還處在具體運算階段和前運算階段，他們的知識和經驗都較少，思維活動往往依靠直觀的感性材料，在思維過程中具體形象成分仍起主要作用.他們在進行抽象邏輯思維的時候，常常還要具體的、直觀的、形象的、感性經驗的支持，不然，就會出現理解、判斷、推理上的困難.因此教師設計好與概念建構相關的實驗活動，使學生獲得與科學概念有直接或間接聯系的具體直觀的感性認識，對學生形成科學概念就顯得尤為重要.

（1）當V（體積）相同時，比較m（質量）

視頻體驗后，緊接著教師設計活動1：提供學生相同的杯子及若干海綿塊，分組活動，要求學生模仿以上視頻中類似面包車塞人的情景，在這個杯子中裝入海綿，看誰在容積相同的杯子中裝滿海綿后，杯子內裝的海綿最緊密.在學生的相互比賽競爭中，進一步強化、刺激學生對“緊密程度”這一概念的直接感受.然后在此活動基礎上，取兩組學生活動結果（兩個裝滿海綿的杯子），提出問題：哪一個杯子中的海綿裝得最緊密呢？怎么判斷呢？標準是什么？引導學生思考、分析、討論.在此過程中，學生最容易忽略體積相同這一前提，教師一定要注意強化在比較時，選取相同標準的重要性，這是一切比較的前提和基礎.最后梳理歸納出，比較物質組成物體緊密程度的方法可以是：相同體積的物體比較其質量，質量大的構成物體的物質間緊密程度大.使學生對密度概念形成初步的定性認識.這時候教師再利用模型法，展示固體、液體、氣體的分子結構模型（圖例2）.讓學生回顧剛剛掌握的分子運動論的知識，通過比較構成這三者分子間間隔的差異，幫助學生從分子（微粒）微觀的角度，進一步直觀的理解構成物體的內部組成分子（微粒）間的間隙不同，是造成物體內部物質間的緊密程度不一樣的一大重要原因，幫助學生加深對密度這一抽象概念的直觀理解.

（2）當m（質量）相同時，比較V（體積）

教師提問：除了以上這種比較緊密程度的方法外，還有別的方法比較緊密程度嗎？這里有些學生可能有疑惑，教師可引導學生進入.活動2：教師提供兩塊質量和體積都相同的插花海綿（圖3）（插花海綿有種特性，就是體積能被壓縮后而不反彈），請學生把其中一塊壓縮后，教師引導提問：它的質量怎么變？體積怎么變？哪塊的緊密程度更大？為什么？學生實際動手操作并思考總結：相同質量的物體比較其體積，體積小的構成物體的物質間緊密程度大.教師緊接著可以讓學生用類似以上圖2的分子模型圖的樣子，從微觀角度加以解釋這一比較方法，并試著動手練習畫畫，加深對密度這一概念的微觀體驗和理解.

3.3 類比推導、定量分析構建密度概念

以上設計的兩個活動及獲得的比較方法中，都有一個相同的標準量.要么是體積相同比較質量，要么是質量相同比較體積.到此學生也大體對物質緊密程度的概念也有了一定程度的定性認知.但是當與概念定義相關的m、V都不同時，沒有了相同量，如何比較概念？如教師繼續拋出如下問題就會引發學生思維沖突.

教師展示兩塊質量和體積都不相同的物體，比如：體積為30cm3質量為237g的鐵塊和體積為20cm3質量為178g的銅塊，問如何比較構成它們物質的緊密程度？學生可能會疑惑迷茫，質量、體積都不同怎么比啊？剛才學到的兩種方法都不能解決現在的問題啊.此時，教師就要更進一步強化、引導，使學生建立“只有選取相同的標準，才能使得比較的結果有意義”的強烈意識，這也是比值定義科學方法的核心.

這里教師可以提問：平時兩個班級人數不同，總分數也不同，我們是怎么來比較兩個班的分數高低的啊？引導學生回憶熟悉的平均分數概念進行類比，引出密度的概念定義.

學生：這兩個鐵塊和銅塊體積不同，質量也不同，所以討論認為：取相同體積比較質量的方法，將物體的質量分別除以體積，取平均體積后的質量進行比較.即一立方厘米的體積所含的質量多少，則鐵塊平均一立方厘米體積所含質量是：

m/V=237g÷30cm3=7.9g/cm3.

銅塊平均一立方厘米體積所含質量是：

m/V=178g÷20cm3=8.9g/cm3.

8.9g/cm3>7.9g/cm3，可見構成銅塊的物質緊密程度比構成鐵塊的物質緊密程度要大.

教師：看來我們在比較構成物體物質的緊密程度的時候，不能只比較體積，也不能只比較質量，而應該有個相同的標準：平均體積，即一立方厘米、一立方分米、一立方米.科學上把這種一個單位的體積稱之為“單位體積”.所以科學上就用物體單位體積所含物質的質量來表示構成物體物質的緊密程度，稱之為密度.其定義式是：物體質量除以體積的比值.當然，也可以用物體體積除以質量來定義密度，這在科學上沒有問題.但由于這樣是比值越大密度反而越小，并不符合人們的思維習慣，人們還是習慣采用質量除以體積的比值定義方法定義密度.

至此，依照初中學生對科學概念的認知次序和規律，通過具體形象的活動感知，運用模型、類比比較，按以下框架所示的教學流程，從定性感知到定量定義，不斷深化，逐步深入推進的教學模式，不僅使學生掌握了抽象的密度概念，也更深的體會、理解了比值定義法的科學思維內涵.

教師的教學，不能只是講授知識，更重要的是還要使學生掌握獲得這些知識的思維方法.當這種科學思維方法有一定難度時，教師的重要工作就是通過運用具體、形象、可見的活動設計，細化、分解這一思維的過程，降低思維的難度，搭建思維的階梯，使學生易于理解和掌握.比值定義法是一種科學的思想方法，其核心思想就是在相同的標準下進行比較. 教師在科學教學的過程，要重點注意引導學生進行積極有效地思維.因此，對于運用比值定義概念的教學，必須要合乎比值定義法的邏輯思維順序，由定性到定量循序漸進，這樣才能保證教學過程條理分明，逐步深化，進而能使學生頭腦中自然生成反映事物本質屬性的科學概念.以上的比值定義概念的一般教學模式也適合諸如速度、壓強、功率等比值定義類概念的教學.

參考文獻：

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