比值定義法在初中物理教學(xué)中的思考

鮑銀平 龐志遠(yuǎn)

一、引言

眾所周知，在初中物理教學(xué)中有很多利用比值定義法來定義的物理量，比如速度、密度、電阻等。這也充分體現(xiàn)出在比值定義法是比較重要的，所以物理教師應(yīng)該在教學(xué)過程中滲透比值定義法的思想。這就要求物理教師們對(duì)比值定義法有較為深刻的理解，但當(dāng)提到初中教師比值定義法的本質(zhì)時(shí)，卻是沒有幾個(gè)能回答上來。

上述問題反映了我們教師對(duì)比值定義法的本質(zhì)缺乏深入的了解。這既體現(xiàn)在對(duì)物理概念的研究上，又體現(xiàn)在教材的編寫上。所以針對(duì)這一問題我們教師有必要搞清楚比值定義法的本質(zhì)及其衍生出的教學(xué)等一系列問題。

二、比值定義法的思維本質(zhì)

在初中物理教材中，比值定義法并沒有明顯的提出來，比如學(xué)生首次涉及到比值定義法是學(xué)習(xí)速度時(shí)，它本表示路程與時(shí)間的比，而課本上根本就沒有提到比值的概念，只是簡(jiǎn)單的表示為單位時(shí)間的路程，從中可以看出編寫教材的人認(rèn)為比值定義較為抽象，初中學(xué)生接收比較困難但這樣處理很難讓教師重視比值定義法的教學(xué)。學(xué)生第二次學(xué)習(xí)比值定義法是在學(xué)習(xí)密度，表達(dá)為：“某種質(zhì)量的物體，質(zhì)量與體積之比”雖然這有了比值，但它引出密度的邏輯路線并沒有遵循比值定義法，所以學(xué)生在這里還不能學(xué)到比值定義法。

三、比值定義法的功能

1.比值定義法的兩類物理功能

一類是借助某些物理量的變化與其所需時(shí)間的之比來表示物理量的變化速率，反映物質(zhì)外在狀態(tài)和作用，是一種狀態(tài)量或作用量，比如速度等，速度是路程的變化與其所需時(shí)間之比表示，反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的快慢這樣一種狀態(tài)。另外一類是兩個(gè)量的比值為常數(shù)，它反映了事物的本質(zhì)屬性。與比值中物理量的變化無關(guān)，其大小隨物體的變化而變化，比如密度，密度反應(yīng)的是物質(zhì)的固有屬性，與它定義式中的質(zhì)量和體積無關(guān)。

2.區(qū)別比值定義式與數(shù)學(xué)決定式

物體在與外界發(fā)生作用時(shí)，總會(huì)表現(xiàn)出一些性質(zhì)或特征，或是表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)特征，或是表現(xiàn)為物質(zhì)的固有屬性，我們就可找出與該性質(zhì)有關(guān)的相應(yīng)的兩個(gè)或幾個(gè)物理量，然后運(yùn)用比值定義法得到一個(gè)新的物理量，但是還需要具備一些客觀條件：一是可以測(cè)量間接反映物理量特征的各種物理量。二是物理量之間的比值必須保持定值，但不是以數(shù)學(xué)比值方式表述的就是比值定義法。

3.比值定義法的特征及作用

物理量是反映物質(zhì)本質(zhì)屬性的最基本的量，是不會(huì)因?yàn)槎x它的量的變化而變化，也就是說比值定義的物理量具有一定的穩(wěn)定性。比如：功率是做的功與時(shí)間的比，單是這樣說的話，可能有學(xué)生會(huì)有錯(cuò)覺的認(rèn)為功率與做的功成正比，與時(shí)間成反比，直到進(jìn)一步學(xué)習(xí)了才知道這是錯(cuò)誤的。就像速度既與路程無關(guān)，也與時(shí)間無關(guān)一樣。所以比值定義法一般還可以表示快慢。因此，用比值定義法時(shí)對(duì)物理量進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，要十分明白的知道各個(gè)物理量之間的關(guān)系，這樣我們就可以用比值定義法來明確的表示出物質(zhì)的屬性和特征。

四、速度和密度的概念教學(xué)

速度與密度是初中學(xué)生最先接觸到運(yùn)用比值定義法定義的物理概念，也是后面學(xué)習(xí)其它知識(shí)，尤其是用比值定義的概念的根基。所以教師在教速度與密度時(shí)滲透比值定義法尤為重要。

1.速度概念的教學(xué)策略

速度是學(xué)生首次涉及到用比值定義法定義的物理量，所以在速度的概念教學(xué)過程中尤其應(yīng)體現(xiàn)比值定義的方法和思想。我們都知道速度是表示物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理概念，有兩種方法比較物體運(yùn)動(dòng)快慢，顯然，這兩種方法采用的都是控制變量法。但當(dāng)路程和時(shí)間都不同時(shí)，控制變量法便起不到作用了，這時(shí)我們便用路程與時(shí)間的比值來表示運(yùn)動(dòng)的快慢，這就是比值定義法，這樣我們就得到了一個(gè)新的物理量——速度，即單位時(shí)間的路程。在教學(xué)過程中應(yīng)循序漸進(jìn)深化學(xué)生的認(rèn)知水平，運(yùn)用比值定義法構(gòu)建速度的概念，揭示速度的物理意義。

2.密度的概念教學(xué)

密度是初中物理最重要的基本概念，它是后續(xù)學(xué)習(xí)液體壓強(qiáng)，浮力等知識(shí)的基礎(chǔ)，所以關(guān)于密度的教學(xué)極其受一線教師的重視。密度教學(xué)一般采用的則是實(shí)驗(yàn)探究法。

教師提出具有相同體積，且外表涂有相同顏色的鋁和銅，如何區(qū)分的問題。這就說明要區(qū)分不同種物質(zhì)就需要確定質(zhì)量與體積這兩個(gè)物理量，所以為了引出比值定義法，教師就可提示在研究問題時(shí)常采用控制變量法，這樣學(xué)生就會(huì)想到相同的體積比較質(zhì)量，然在讓學(xué)生回顧速度的比較方法，這樣自然而然的引出比值法來解決問題，避免教材上直接提出比值定義法的無奈之舉。

五、比值定義法需要注意的問題

我們既然知道了什么是比值定義法，就要學(xué)會(huì)運(yùn)用比值定義法，但是要想做到這點(diǎn)，就需要格外的注意幾點(diǎn)問題。

1.各物理量的關(guān)系

我們知道事物的聯(lián)系一般可以由因果關(guān)系、相關(guān)關(guān)系、共變關(guān)系來描述，因果關(guān)系是現(xiàn)象之間決定與被決定的關(guān)系。相關(guān)關(guān)系是現(xiàn)象之間存在一定的聯(lián)系，但可能有因果關(guān)系也可能沒有，而共變關(guān)系是一個(gè)現(xiàn)象隨著另一個(gè)現(xiàn)象的變化也一致地變化。生活中的“無關(guān)”可能這三種都有，但物理的無關(guān)就是特指無因果關(guān)系，但一般有相關(guān)關(guān)系或共變關(guān)系，比如密度是描述物體疏密輕重程度，而體積描述物體空間的廣延性，質(zhì)量是描述物體的輕重，三個(gè)物理量間存在相互聯(lián)系即相關(guān)關(guān)系但不存在因果關(guān)系，所以語意不同是造成理解困難的原因。

2.單位的問題

比值法定義的物理量的單位一般由參與定義它的物理量一起決定[10]即是復(fù)合單位，比如速度的是由路程與時(shí)間決定的，所以速度的國際單位是米每秒，密度的單位由質(zhì)量與體積決定，所以它的國際單位是千克每立方米。而功率的單位雖然為瓦，看似與定義它的物理量功和時(shí)間沒有關(guān)系，但規(guī)定了1瓦等于1焦耳每秒，所以它們實(shí)質(zhì)上是一樣的。