同質(zhì)柱狀物壓強(qiáng)大小比較方法探討①

朱文軍

(江蘇省教育科學(xué)研究院,江蘇 南京 210013)

推理是由一個(gè)或幾個(gè)判斷推出一個(gè)新的判斷的思維形式。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn),可以對(duì)推理進(jìn)行不同的分類。傳統(tǒng)邏輯根據(jù)從前提到結(jié)論的思維進(jìn)程的不同,將推理分為演繹推理、歸納推理和類比推理等。[1]

在初中物理壓強(qiáng)概念的教學(xué)中,可以通過一道習(xí)題的解析來引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型,開展科學(xué)推理,在科學(xué)論證的過程中不斷創(chuàng)新解決問題的方法,從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

1 同質(zhì)柱狀物壓強(qiáng)大小比較的具體問題

圖1中有兩個(gè)實(shí)心銅柱,甲細(xì)而高,乙粗而矮,把它們分別放置在水平桌面上,哪個(gè)銅柱對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)大?

圖1

2 同質(zhì)柱狀物壓強(qiáng)大小比較的方法

2.1 運(yùn)用“實(shí)驗(yàn)法”的簡單觀察

把兩個(gè)實(shí)心銅柱放在海綿上,通過觀察海綿的凹陷程度大小來判斷壓強(qiáng)大小,凹陷程度大的壓強(qiáng)就大。

2.2 運(yùn)用“公式法”的局限

2.3 運(yùn)用“割補(bǔ)法”的靈活處置

有學(xué)生采用“割補(bǔ)法”解決問題。

方法1：如圖2所示,在甲的底部“割”一個(gè)和乙等高的圓柱體丙,則丙和乙對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)大小相等,而甲比丙對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)大,所以,甲比乙對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)大。

圖2

方法2：如圖3所示,可以在乙中“割”一個(gè)和甲一樣粗的圓柱體(同丙),推理過程同方法1。

圖3

方法3：把甲圓柱體 “補(bǔ)”成和乙一樣粗的新圓柱體丁,則丁和甲對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)大小相等,丁比乙對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)大,所以,甲比乙對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)大。

方法4：把乙“補(bǔ)”成和甲等高的新圓柱體戊,推理過程同方法3。

2.4 運(yùn)用“抽象法”的推演過程

方法1：在甲、乙圓柱體中各“切”取一個(gè)底面積為1 cm2的柱體,由于在甲中截取的新圓柱體質(zhì)量大、所受重力大、壓力大,根據(jù)壓強(qiáng)公式即可做出判斷。

方法2：在甲、乙圓柱體中各豎直“切”取一個(gè)所受重力(壓力)相同的柱體,由于在甲中截取的新圓柱體底面積小,根據(jù)壓強(qiáng)公式即可做出判斷。

方法3：把兩個(gè)圓柱體沿水平方向“削”出厚度相同的“銅紙”,則甲“削”出的張數(shù)多,累積的壓強(qiáng)就大。

方法4：把兩個(gè)圓柱體沿水平方向“削”出張數(shù)相同的“銅紙”,則甲“削”出的每一張厚度大,壓強(qiáng)就大。

使用這種方法的學(xué)生對(duì)壓強(qiáng)公式的理解更深刻,了解壓強(qiáng)的大小等于單位面積上受到的壓力大小,所以想到截取底面積為單位面積(1 cm2)的柱體。了解同樣面積的打印紙疊加時(shí)壓強(qiáng)是可以相加的,所以想到沿著水平方向“削”成厚度相同的“銅紙”,化整為零,化零為整。

使用這種方法的學(xué)生抽象思維能力強(qiáng),對(duì)物理概念的理解深刻,能透過現(xiàn)象看本質(zhì)。

2.5 運(yùn)用“類比法”的顯而易見

通過生活體驗(yàn),感受標(biāo)注70 g/m2、80 g/m2的兩種打印紙厚度不同,80 g/m2打印紙(單張紙對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)為0.8 Pa)比70 g/m2打印紙(單張紙對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)為0.7 Pa)厚,壓強(qiáng)大。所以甲相當(dāng)于厚紙,對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)大。

這些學(xué)生把打印紙上70 g/m2、80 g/m2的參數(shù)與課本上介紹的密度進(jìn)行類比,通過綜合分析發(fā)現(xiàn)同種物質(zhì)的面密度反映了材料的厚薄程度。

3 不同壓強(qiáng)比較方法的理性剖析

“實(shí)驗(yàn)法”基于物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來解決問題,簡單明了;運(yùn)用“公式法”時(shí),在已知一個(gè)量相同的情況下比較另一個(gè)量的大小即可,對(duì)壓力大、受力面積小的情況很容易比較,可是一旦出現(xiàn)壓力大、受力面積也大,或者壓力小、受力面積也小,比值不明確,就無法進(jìn)行比較;運(yùn)用“割補(bǔ)法”處理問題時(shí)比較靈活,本質(zhì)上還是讓壓力和受力面積有一個(gè)量相同,然后進(jìn)行比較,依據(jù)的還是壓強(qiáng)的定義式,用到了壓力與受力面積比值相同壓強(qiáng)就相同的知識(shí)點(diǎn),能清晰、系統(tǒng)地理解壓強(qiáng)概念,能綜合應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)靈活解決實(shí)際問題;運(yùn)用“抽象法”的學(xué)生能理性認(rèn)識(shí)壓強(qiáng),綜合運(yùn)用壓強(qiáng)定義式、放在水平桌面上物體產(chǎn)生的壓力等于所受重力大小、重力與質(zhì)量的關(guān)系、柱形物體體積公式,要求學(xué)生能理解所學(xué)的壓強(qiáng)概念及其相互關(guān)系,能綜合應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)解決實(shí)際問題;運(yùn)用“類比法”的學(xué)生則關(guān)注了“整體”與“局部”的辯證關(guān)系。

4 結(jié)語

在解決同質(zhì)柱狀物壓強(qiáng)大小比較這一問題時(shí),運(yùn)用 “實(shí)驗(yàn)法”的學(xué)生能從科學(xué)態(tài)度方面理解不同大小的壓強(qiáng)作用在同一個(gè)受壓物體上效果不同。運(yùn)用“公式法”的學(xué)生是從科學(xué)本質(zhì)的角度來理解壓強(qiáng),初步了解所學(xué)的壓強(qiáng)概念,能將其運(yùn)用于相關(guān)問題的解決。運(yùn)用“割補(bǔ)法”的學(xué)生進(jìn)行了模型建構(gòu),能理解所學(xué)的壓強(qiáng)概念,并用于解決簡單的實(shí)際問題。運(yùn)用“類比法”的學(xué)生從科學(xué)推理出發(fā),能清晰、系統(tǒng)地理解壓強(qiáng)概念,能綜合應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)靈活解決實(shí)際問題,是從系統(tǒng)、整體的角度來考慮問題,推理過程科學(xué)、有效。運(yùn)用“抽象法”的學(xué)生的思維則上升到科學(xué)論證的高度,能深刻理解所學(xué)的壓強(qiáng)概念及其相互關(guān)系,綜合應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)解決實(shí)際問題。如圖4所示,隨著問題解決方法的進(jìn)階,可提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。

圖4