定性與定量思想在初中物理課堂中的實(shí)踐研究

馬曉勤

[摘要]定性和定量研究是教學(xué)研究的兩條重要思路，在物理教學(xué)研究中需要將兩者有機(jī)結(jié)合起來(lái)才能發(fā)揮最大效能。文章結(jié)合《浮力》教學(xué)，從四方面“①基于前概念，定性分析建立浮力概念;②基于體驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)，定性與定量相結(jié)合測(cè)量浮力;③基于觀察實(shí)驗(yàn)，定性分析影響浮力大小的因素;④基于實(shí)驗(yàn)探究，定量研究阿基米德原理”，對(duì)定性與定量研究相結(jié)合的物理教學(xué)進(jìn)行探討。

[關(guān)鍵詞]定性;定量;初中物理;浮力

[中圖分類(lèi)號(hào)]G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1674-6058（2020）05-0043-02

學(xué)生剛接觸初中物理時(shí)，主要是應(yīng)用定性的方法，觀察和研究自然界及人類(lèi)活動(dòng)中的一些物理現(xiàn)象、物理問(wèn)題，隨著物理學(xué)習(xí)進(jìn)程的深入，定量研究的方法逐漸滲透到物理學(xué)習(xí)之中。定性和定量相結(jié)合的方法是物理學(xué)習(xí)的重要方法，積極而有效地運(yùn)用好這兩種研究方法，對(duì)發(fā)展學(xué)生的思維能力、培育學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)有著重要的意義。

一、定性與定量研究相結(jié)合的要義解讀

定性研究與定量研究是人們認(rèn)識(shí)事物和研究事物發(fā)展規(guī)律的兩條主線，各自包含著一系列具體的研究方法。一般認(rèn)為，定性研究主要以現(xiàn)象學(xué)為理論基礎(chǔ)，運(yùn)用字詞、文本、敘述、圖片等收集和分析世界的非數(shù)字表征，它被認(rèn)為是一種假設(shè)生成研究。它是通過(guò)研究者對(duì)事物進(jìn)行深入的觀察、體驗(yàn)、比較、分析和歸納，從而獲得對(duì)事物的認(rèn)識(shí)的過(guò)程。定量研究是指研究者事先建立假設(shè)并確定具有因果關(guān)系的各種變量，然后使用某些經(jīng)過(guò)檢測(cè)的工具對(duì)這些變量進(jìn)行測(cè)量和分析，從而驗(yàn)證研究者預(yù)定的假設(shè)。

從學(xué)生學(xué)習(xí)物理的認(rèn)識(shí)規(guī)律來(lái)看，通常是先進(jìn)行定性認(rèn)識(shí)，直觀地觀察和體驗(yàn)，從多維度、多視角整體把握事物的全貌;而后進(jìn)行定量分析研究，依靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)定量分析，認(rèn)識(shí)事物，同時(shí)又為新的定性認(rèn)識(shí)打好基礎(chǔ)。兩類(lèi)研究各有優(yōu)勢(shì)，各有局限，側(cè)重點(diǎn)不同。定性研究側(cè)重于從質(zhì)的方面認(rèn)識(shí)事物，而定量研究側(cè)重于從事物的局部、某個(gè)方面進(jìn)行測(cè)量與分析。

二、定性與定量研究相結(jié)合的教學(xué)案例

蘇科版物理八年級(jí)《浮力》教學(xué)內(nèi)容，既有浮力概念的建立，又有浮力定量計(jì)算的規(guī)律，教學(xué)中需要定性與定量?jī)深?lèi)研究相互結(jié)合，交叉應(yīng)用。

1.基于前概念，定性分析建立浮力概念

【教學(xué)片段1】

引入：一個(gè)乒乓球引發(fā)的思考……

師：圖1、圖2中乒乓球受重力作用，為什么沒(méi)有下落？

生：是手和球拍托起了乒乓球。

師：那圖3是什么托起了乒乓球？

生：水。

師：這個(gè)向上的托力通常稱(chēng)為浮力。為什么軍艦?zāi)芨≡谒嫔希瑹釟馇蚰芨≡诳罩校?/p>

生：因?yàn)槭艿剿涂諝獾母×Α?/p>

歸納：浸在液體或氣體里的物體，受到液體或氣體向上的托力，叫作浮力。

教師利用學(xué)生已有的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生觀察乒乓球托在手上和球拍上的現(xiàn)象，運(yùn)用對(duì)比、觀察的定性分析方法，進(jìn)行知識(shí)遷移，使學(xué)生模糊的前概念清晰化，巧妙地幫助學(xué)生建立起浮力的概念，領(lǐng)悟現(xiàn)象背后蘊(yùn)藏的物理規(guī)律。

2.基于體驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)，定性、定量相結(jié)合測(cè)量浮力

【教學(xué)片段2】

師：浮在水面的物體都受浮力作用，那么沉底的物體是否受到浮力呢？

生：受浮力。游泳時(shí)身體會(huì)變輕;不受浮力，若有浮力它會(huì)漂起來(lái)。

體驗(yàn)：分別在空氣中和水中提起相同重物，感受手的拉力的變化。

生：在水中，感覺(jué)物體變輕了，說(shuō)明物體受到了浮力。

師：僅憑感覺(jué)是否可靠？能否用數(shù)據(jù)精確判斷？

設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)：（1）下沉物體是否受到浮力？（2）測(cè)出下沉物體受到的浮力的大小。

學(xué)生活動(dòng)：（1）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出物體重力G，再將物體浸在水中，發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變小，說(shuō)明下沉物體受到浮力;（2）測(cè)出物體的重力G，讀出物體浸在水中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F，G-F即為浮力的大小。師生共同歸納，稱(chēng)重法測(cè)浮力：F浮=G-F。

在浮力概念的基礎(chǔ)上設(shè)置問(wèn)題：下沉的物體是否受到浮力？這個(gè)問(wèn)題具有一定的挑戰(zhàn)性，屬于學(xué)生平常沒(méi)有思考過(guò)的問(wèn)題，因而引發(fā)了學(xué)生深入思考。為此，教師首先引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行親身體驗(yàn)，感受在空氣和水中提起物體所用力的不同，形成一個(gè)初步的定性認(rèn)識(shí)。用實(shí)驗(yàn)的方法直接采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，定量分析在空氣和水中提物體用力的大小，從而確立了F浮=G-F的定量關(guān)系，學(xué)會(huì)了測(cè)量浮力的基本方法。

3.基于觀察實(shí)驗(yàn)，定性分析影響浮力大小的因素

【教學(xué)片段3】

師：浮力的大小與哪些因素有關(guān)？

師生共同進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，物體逐漸浸入水的過(guò)程中，觀察彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化情況，進(jìn)而分析浮力的變化情況。

生：彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不斷減小，浮力不斷增大;水位升高，物體浸入水中的體積變大。

師：物體浸沒(méi)后繼續(xù)下降，浮力是否變化？

生：彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，浮力不變，浮力與浸入的深度無(wú)關(guān)。

結(jié)論：浮力與排開(kāi)液體的體積有關(guān)，排開(kāi)液體的體積越大，浮力越大;浮力與浸入的深度無(wú)關(guān)。

播放視頻：人漂浮在死海中看書(shū)。師：人可以漂浮在死海中，而在水中會(huì)沉下去，是什么原因？

生：死海的鹽分高，密度大，浮力大。

教師安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)，探究液體的密度增大時(shí)物體受到的浮力是否增大？在如圖4裝置中，學(xué)生逐漸向水中加鹽并攪拌，發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)逐漸減小，當(dāng)鹽加到一定程度時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變?yōu)榱悖矬w直接漂浮在液面上。得出初步結(jié)論：浮力與液體密度有關(guān)，液體密度越大，浮力越大。

如何引導(dǎo)學(xué)生對(duì)影響浮力大小的因素進(jìn)行有效猜想是教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。毫無(wú)目標(biāo)、毫無(wú)根據(jù)地隨意亂猜是沒(méi)有意義的，實(shí)質(zhì)只能是“偽猜想”。學(xué)生提出自己的猜想要有依據(jù)、有理由，教師安排師生共同實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供第一手感性材料，支撐學(xué)生的猜想，在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的同時(shí)，運(yùn)用定性分析的方法研究影響浮力大小的因素，證明或證偽相關(guān)因素，使目標(biāo)逐漸實(shí)現(xiàn)。

4.基于實(shí)驗(yàn)探究，定量研究阿基米德原理

【教學(xué)片段4】

師：在測(cè)量浮力大小的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)物體逐漸浸入水的過(guò)程中，水位上升，那么浮力與被它排開(kāi)的這部分液體可能存在什么關(guān)系？（從單位出發(fā)進(jìn)行定性分析）

生：浮力可能與被它排開(kāi)的這部分液體的重力有關(guān)。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：（1）測(cè)量浮力的大小;（2）測(cè)量排開(kāi)液體的重力。

學(xué)生討論交流，第一步，稱(chēng)重法測(cè)出浮力，F(xiàn)浮=G-F;第二步，測(cè)量空杯的重力;第三步，用溢水杯收集排開(kāi)的液體，測(cè)量杯與排開(kāi)水的總重力;第四步，計(jì)算排開(kāi)水的重力，再與浮力大小進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在下表中：

學(xué)生小組合作，完成實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：浮力和它排開(kāi)液體的重力相等，即F浮=G排液進(jìn)一步運(yùn)用公式推導(dǎo)，F(xiàn)浮=G排液=m=排液g=p液gV排液，這樣就確定了浮力與液體密度、排開(kāi)液體體積的定量關(guān)系。

在前述“定性分析影響浮力大小的因素”的基礎(chǔ)上，啟發(fā)學(xué)生探究浮力與排開(kāi)液體重力之間的定量關(guān)系，從而將初步的定性關(guān)系進(jìn)一步明確、發(fā)展為浮力與排開(kāi)液體體積和液體密度之間的定量關(guān)系。整個(gè)探究過(guò)程將定性分析作為科學(xué)探究的前提和基礎(chǔ)，教學(xué)過(guò)程流暢，體現(xiàn)了科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性與嚴(yán)密性，學(xué)習(xí)進(jìn)程得以拾階而上，學(xué)生思維得以逐步深化。

三、結(jié)束語(yǔ)

《浮力》這一課例，充分體現(xiàn)了定性分析與定量研究相互結(jié)合在物理教學(xué)中的重要作用。定性與定量?jī)蓷l研究思路，它們的理論基礎(chǔ)不同，研究方法不同，“定性研究為定量研究提供框架，而定量研究又為進(jìn)一步為定性研究創(chuàng)造條件。”在研究復(fù)雜的、多元的物理問(wèn)題過(guò)程中，需要將定性分析與定量研究有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，克服各自的不足與弊端，發(fā)揮各自的長(zhǎng)處與優(yōu)勢(shì)，互為補(bǔ)充、互相支持。要注意的是，兩種研究思路的結(jié)合運(yùn)用，不是簡(jiǎn)單、機(jī)械的“1+1”模式，而是要具體分析研究對(duì)象的性質(zhì)、研究問(wèn)題的內(nèi)容，以及要實(shí)現(xiàn)的研究目標(biāo)、達(dá)到的研究目的等。