基于教材分析的密度概念教學改進和反思

羅釗穎

珠海市梅華中學，廣東 珠海 519000

1 密度概念的教學難點

密度是力學的核心概念之一，是初中物理八年級上冊的學習內容。密度概念教學的難點主要在于密度的迷思概念和比的理解。

1.1 密度的迷思概念

密度是人們為了方便描述物質之間的區別而定義的物理概念，是一個抽象的物理概念。盡管學生在學習密度概念之前，已經對“密度”一詞有一定的生活化理解[1]，但是和物理中“密度”的概念還是相差甚遠。如何突破學生的迷思概念，從物理的角度理解“密度”是本節課的難點。

1.2 比的理解

與速度概念一樣，密度概念也是利用比值定義法得出的。速度概念生活中更常見，而且小學數學計算中就已經涉及速度的計算，然而學生對密度概念缺乏定量的理解。在物理學中，把某種物質的質量與體積的比值，叫作這種物質的密度。在探究物質質量與體積的關系時，學生很難理解為什么要將兩個量相比，兩個量之間的比值是學生較難理解的邏輯關系。

2 教材對比

本文將從教學思路和探究實驗的設計兩個方面進行教材對比研究。

2.1 教學思路

在人教版初中物理教材[2]中，“密度”一節的教學思路如下：“引入”部分通過控制變量法引出“體積相同的物體質量不同”“同種物體體積越大，質量越大”的生活現象，繼而提出問題：“同種物體的質量和它的體積成正比嗎”，從而開展實驗探究鋁塊質量與體積的關系。根據實驗可以得到同種物體的質量和體積之比是定值，由此得到密度的概念。

與人教版教材不同的是，滬粵版教材[3]在“引入”部分通過展示自行車比賽的真實場景，討論車身材料，引出生活中的現象，即“即使體積相同，因所含的物質不同，質量也不一樣”。再設置學生討論的場景，通過學生對“質量”的迷思概念，引出探究物體質量和體積的關系的實驗。和人教版教材一樣的是，密度概念都是從探究實驗的結論得來的。兩版教材教學思路對比如圖1所示。

圖1 密度概念形成教學思路對比

從兩版教材中可以看出，人教版教材擅長提煉物理本質，語言簡潔，問題清晰，而滬粵版教材擅長展現豐富的生活情境和素材，注重探究的邏輯和思路的完整性。

2.2 探究物質質量與體積關系的實驗設計

不管是在什么教材中，要得到密度這一概念就必須進行實驗，探究物質質量與體積的關系，即這個實驗是得到密度概念的重要前提。實驗如何設計和開展，不同教材的設計思路不同。本文將從實驗環節的設置、實驗表格的設計和實驗結論的得出三個方面進行對比分析。

2.2.1 實驗環節的設置

滬粵版教材中的探究實驗包括猜想、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估等環節。這樣的探究實驗環節是符合初中物理課程標準[4]要求的探究過程。在滬粵版教材中，注意對學生開展分組實驗進行一定的指導。人教版教材中的欄目劃分不如滬粵版教材的明確，但更為簡潔，僅對實驗的步驟和繪制圖像的一些要求進行了說明，然后提供實驗的表格和坐標，最后得到結論。

實驗環節的設置體現教材對于實驗的觀念。盡管教師是“用教科書教，不是教教科書”，但是各種版本的教科書風格不同，體現的教學理念也有所差別。這兩個方案的設計前提稍有區別，人教版教材的設計期望從鋁這一種物質的質量和體積的關系推廣到所有的物質，也就是從一到多的過程，而滬粵版教材旨在直接探究多種物質的質量和體積的關系。

2.2.2 實驗表格的設計

實驗表格的設計體現了實驗的具體內容和步驟。通過對比，可以看出兩版教材中關于該實驗的設計是截然不同的（表1、圖2、表2）。

表1 人教版教材中的實驗表格

表2 滬粵版教材中的實驗表格

圖2 人教版教材中的質量-體積坐標軸

實驗的材料方面，滬粵版教材選擇兩種不同的物質，且每種物質選擇體積不同的兩個物塊進行研究。這與人教版教材僅對鋁塊進行研究相比，得到的結論更完整、更嚴謹。

實驗數據的單位方面，滬粵版教材選擇千克、立方米、千克每立方米，人教版教材則選擇便于測量的克、立方厘米和克每立方厘米。

實驗的組數也稍有不同。滬粵版教材中，每種物質僅需測量兩個不同體積的物塊的質量和體積，而人教版教材中需要測量三組以上不同體積的鋁塊的數據。而對于實驗數據的處理，滬粵版教材通過直接在實驗表格中給出一欄“質量與體積之比”，讓學生計算后得到規律，人教版教材讓學生繪制質量-體積圖像，得到同種物質質量與體積關系的直觀表征。滬粵版教材的設計降低難度，讓學生避免因為繪圖和數學函數知識的難度而失去理解密度概念的興趣和信心。

人教版教材在探究實驗中讓學生繪制質量與體積的圖像，通過圖像讓學生直觀地感受兩個物理量之間的關系。而在滬粵版教材中，直接在實驗表格中給出質量與體積之比的一項內容，但沒有告知學生這樣的關系是如何得來的。

2.2.3 實驗結論的得出

滬粵版和人教版教材最顯著的特點是對于課本中的重要概念和公式“留白”，用學生填寫代替完整呈現。在這個實驗的結論部分，兩版教材都選擇“留白”，讓學生總結并寫出實驗結論。但是，兩者由于前面的實驗設計不同，導致得到的結論的層次稍有不同。人教版教材探究實驗的結論僅限于鋁的質量與密度的關系，而滬粵版教材的結論更具有普遍性。人教版教材通過提問來對實驗結論進行延伸，顯然沒有通過實際實驗得到的結論是缺乏說服力的。

3 討論和思考

通過對人教版和滬粵版教材形成密度概念的比較分析，可以看出人教版和滬粵版教材的編寫邏輯有所差別，但各具特點。基于對兩版教材的綜合分析和比較，可以得到密度概念教學的幾點啟示。

3.1 立足學生基礎，調整教學思路

在整個密度的教學中，滬粵版和人教版教材的章節安排差異較大。可以針對不同學生的情況，選擇合適的教學思路。滬粵版教材的教學思路更適合對物理缺乏信心和興趣的學生，前期得出密度概念的教學中，不涉及密度的計算和函數圖像的理解。而人教版教材的教學思路重點更為突出，更適合數學基礎較好、理解推理能力更強的學生。教師可以根據實際教學需要，結合各版教材的優勢，形成更匹配所教學生的教學思路。

3.2 重視實驗探究，回歸物理本質

物理是一門以實驗為基礎的學科[5]，因此物理教學不能脫離實驗教學。正如前文所說，在密度概念教學中，探究物質質量與體積的關系實驗是最關鍵的一環。

雖然兩版教材為教師提供了兩個截然不同的實驗探究方案，但是這兩種方案中學生實際開展的實驗操作是大同小異的。這個實驗操作主要包括質量和體積的測量，難度不大，但并不需要花費大量時間在測量不同物質的質量和體積上。該實驗的重點在于探究兩個物理量之間的關系，即如何由測得的實驗數據得出實驗結論。這一過程離不開教師的引導和學生的充分討論，因而在該實驗的時間安排上，應當側重探究密度的物理本質，而非質量和體積的測量。

要使得出的結論具有普遍性和科學性，探究物質質量和體積的關系的實驗就必須用兩種或兩種以上的物質來進行。因此，對于使用人教版教材的教師建議多補充一種物質進行實驗。

3.3 巧用學生分組，提高課堂效率

在實際教學中，該探究實驗會花費較多的時間，其中需要復習刻度尺和天平的使用，測量兩種不同物質的兩個不同體積，即至少測四組數據，而這并非實驗的重點。那應該如何縮短時間，提高課堂效率？可以利用學生分組實驗，讓不同組的學生測量不同物質的質量和體積，最后匯總各組數據后，既能反映質量和體積的關系，又能將更多課堂有效的時間放在分析和探究物體質量與體積的關系上。

4 結束語

教材對比研究，并不是為了評判一本教材是好是壞，而是為了了解不同教材的教學風格和細節處理的不同，在實際教學活動中，為自己所用。特別對于新教師而言，熟悉教材是教學的基本功之一。通過教材對比研究，從不同的視角去深度理解和學習，思考如何講對物理，如何講好物理。