初中科学比值定义概念的教学模式探究

朱灏

摘 要：比值定义法是一种十分重要的科学方法，科学中的许多基础概念都是运用比值定义法定义的.学习和掌握比值定义法的科学方法及其思想内涵，无论对初中科学，还是将来高中物理的学习都大有裨益.本文作者试图从符合初中学生对科学概念的心理认知规律及比值定义法的一般思维过程，由定性感知逐步深化、循序渐进到定量定义，探寻适合比值定义类概念学习的一般教学模式.

关键词：初中科学；比值定义；概念；教学模式

1 引言

初中科学中密度的概念，对初一的学生而言，是一个极为抽象的概念.平时他们对这一概念并没有相关的感性认识，这就为教学带来了相当大的难度.而同时密度的概念，在整个中学科学学习中又占有极为重要的地位.在浙教版初中科学教材中，作为学生第一次遇到的由比值定义法定义的概念，它直接關系到今后其它科学知识和概念的学习及相关科学思维能力的养成.如果教师利用密度这一课，让学生深刻理解科学中的比值定义法的含义及其内含的科学思维方法，那对学生今后学习其它类似的比值定义概念的时候，将有极大的帮助.

2 比值定义法

所谓比值定义法，就是用两个或多个物理量的比值来定义物理概念的方法.比值定义法的理论基础是比较.所谓比较，就是确定事物同异关系的思维过程和方法.根据一定的标准把彼此有某种联系的事物加以对照，从而确定其相同与相异之点，便可以对事物作初步的分类.在这里，比较的关键是选取相同的标准.因为只有选取相同的标准，才能使得比较的结果有意义.所以，比值定义法采用两个或多个物理量相比，就是在比较时选取相同标准的一个基本手段.

比值定义法是定义科学概念最基本的方法之一.初中科学中比值定义概念的基本定义式多为x/y型，如：密度、速度、压强、功率、电功率等概念都是采用这种方法定义的.教师在教学中若能遵循比值定义法内在的科学逻辑和学生对概念的认知规律，教会学生正确理解和掌握比值定义法的真正科学意义，对学生今后科学的学习及科学思维的养成都大有裨益.

3 比值定义概念的教学模式

科学概念在人脑中形成的过程是一个心理活动过程 ，有四个阶段 ： 第一是感觉，第二是知觉，第三是观念的形成，最后一个阶段就是概念的构建.因此，让学生获得足够的、形象具体的感性认识是形成概念的基础 ，使学生理解由感性认识到理性认识的上升过程是形成概念的关键，而形成科学概念的根本是学生要能理解科学概念中所蕴含的科学意义 .下面笔者以浙教版初中科学七年级上册第四章物质的特性第三节《物质的密度》为例，试图遵循学生对比值定义概念形成的心理认知过程和比值定义法的一般思维顺序，来探讨初中科学比值定义概念的基本教学模式.

3.1 设置具体的情景，激发学生学习概念兴趣动机

创设新颖有意义的科学概念学习情境，能激发学生的兴趣和好奇心，激发学生探究科学知识的动机.

在本课的情景引入部分，笔者从学生对日常“紧密程度”的生活体验较为熟悉出发，首先设计播放一段视频内容（如图1）：51人挤进一辆面包车创吉尼斯世界记录.然后教师提问：一辆7座的面包车硬是挤进去51个人，大家说这车里的人挤不挤，密不密？ 通过视频的观看，让学生从自身的生活经验中获得“紧密程度”的直接感受，激发学习兴趣，为下面“密度”概念的学习做好铺垫.

3.2 设置特定的实验活动，定性感知概念的大体含义

初中学生的科学思维基本还处在具体运算阶段和前运算阶段，他们的知识和经验都较少，思维活动往往依靠直观的感性材料，在思维过程中具体形象成分仍起主要作用.他们在进行抽象逻辑思维的时候，常常还要具体的、直观的、形象的、感性经验的支持，不然，就会出现理解、判断、推理上的困难.因此教师设计好与概念建构相关的实验活动，使学生获得与科学概念有直接或间接联系的具体直观的感性认识，对学生形成科学概念就显得尤为重要.

（1）当V（体积）相同时，比较m（质量）

视频体验后，紧接着教师设计活动1：提供学生相同的杯子及若干海绵块，分组活动，要求学生模仿以上视频中类似面包车塞人的情景，在这个杯子中装入海绵，看谁在容积相同的杯子中装满海绵后，杯子内装的海绵最紧密.在学生的相互比赛竞争中，进一步强化、刺激学生对“紧密程度”这一概念的直接感受.然后在此活动基础上，取两组学生活动结果（两个装满海绵的杯子），提出问题：哪一个杯子中的海绵装得最紧密呢？怎么判断呢？标准是什么？引导学生思考、分析、讨论.在此过程中，学生最容易忽略体积相同这一前提，教师一定要注意强化在比较时，选取相同标准的重要性，这是一切比较的前提和基础.最后梳理归纳出，比较物质组成物体紧密程度的方法可以是：相同体积的物体比较其质量，质量大的构成物体的物质间紧密程度大.使学生对密度概念形成初步的定性认识.这时候教师再利用模型法，展示固体、液体、气体的分子结构模型（图例2）.让学生回顾刚刚掌握的分子运动论的知识，通过比较构成这三者分子间间隔的差异，帮助学生从分子（微粒）微观的角度，进一步直观的理解构成物体的内部组成分子（微粒）间的间隙不同，是造成物体内部物质间的紧密程度不一样的一大重要原因，帮助学生加深对密度这一抽象概念的直观理解.

（2）当m（质量）相同时，比较V（体积）

教师提问：除了以上这种比较紧密程度的方法外，还有别的方法比较紧密程度吗？这里有些学生可能有疑惑，教师可引导学生进入.活动2：教师提供两块质量和体积都相同的插花海绵（图3）（插花海绵有种特性，就是体积能被压缩后而不反弹），请学生把其中一块压缩后，教师引导提问：它的质量怎么变？体积怎么变？哪块的紧密程度更大？为什么？学生实际动手操作并思考总结：相同质量的物体比较其体积，体积小的构成物体的物质间紧密程度大.教师紧接着可以让学生用类似以上图2的分子模型图的样子，从微观角度加以解释这一比较方法，并试着动手练习画画，加深对密度这一概念的微观体验和理解.

3.3 类比推导、定量分析构建密度概念

以上设计的两个活动及获得的比较方法中，都有一个相同的标准量.要么是体积相同比较质量，要么是质量相同比较体积.到此学生也大体对物质紧密程度的概念也有了一定程度的定性认知.但是当与概念定义相关的m、V都不同时，没有了相同量，如何比较概念？如教师继续抛出如下问题就会引发学生思维冲突.

教师展示两块质量和体积都不相同的物体，比如：体积为30cm3质量为237g的铁块和体积为20cm3质量为178g的铜块，问如何比较构成它们物质的紧密程度？学生可能会疑惑迷茫，质量、体积都不同怎么比啊？刚才学到的两种方法都不能解决现在的问题啊.此时，教师就要更进一步强化、引导，使学生建立“只有选取相同的标准，才能使得比较的结果有意义”的强烈意识，这也是比值定义科学方法的核心.

这里教师可以提问：平时两个班级人数不同，总分数也不同，我们是怎么来比较两个班的分数高低的啊？引导学生回忆熟悉的平均分数概念进行类比，引出密度的概念定义.

学生：这两个铁块和铜块体积不同，质量也不同，所以讨论认为：取相同体积比较质量的方法，将物体的质量分别除以体积，取平均体积后的质量进行比较.即一立方厘米的体积所含的质量多少，则铁块平均一立方厘米体积所含质量是：

m/V=237g÷30cm3=7.9g/cm3.

铜块平均一立方厘米体积所含质量是：

m/V=178g÷20cm3=8.9g/cm3.

8.9g/cm3>7.9g/cm3，可见构成铜块的物质紧密程度比构成铁块的物质紧密程度要大.

教师：看来我们在比较构成物体物质的紧密程度的时候，不能只比较体积，也不能只比较质量，而应该有个相同的标准：平均体积，即一立方厘米、一立方分米、一立方米.科学上把这种一个单位的体积称之为“单位体积”.所以科学上就用物体单位体积所含物质的质量来表示构成物体物质的紧密程度，稱之为密度.其定义式是：物体质量除以体积的比值.当然，也可以用物体体积除以质量来定义密度，这在科学上没有问题.但由于这样是比值越大密度反而越小，并不符合人们的思维习惯，人们还是习惯采用质量除以体积的比值定义方法定义密度.

至此，依照初中学生对科学概念的认知次序和规律，通过具体形象的活动感知，运用模型、类比比较，按以下框架所示的教学流程，从定性感知到定量定义，不断深化，逐步深入推进的教学模式，不仅使学生掌握了抽象的密度概念，也更深的体会、理解了比值定义法的科学思维内涵.

教师的教学，不能只是讲授知识，更重要的是还要使学生掌握获得这些知识的思维方法.当这种科学思维方法有一定难度时，教师的重要工作就是通过运用具体、形象、可见的活动设计，细化、分解这一思维的过程，降低思维的难度，搭建思维的阶梯，使学生易于理解和掌握.比值定义法是一种科学的思想方法，其核心思想就是在相同的标准下进行比较. 教师在科学教学的过程，要重点注意引导学生进行积极有效地思维.因此，对于运用比值定义概念的教学，必须要合乎比值定义法的逻辑思维顺序，由定性到定量循序渐进，这样才能保证教学过程条理分明，逐步深化，进而能使学生头脑中自然生成反映事物本质属性的科学概念.以上的比值定义概念的一般教学模式也适合诸如速度、压强、功率等比值定义类概念的教学.

参考文献：

[1] 朱清时. 义务教育教科书 科学（七年级上册）[M]. 杭州：浙江教育出版社，2012.

[2] 顾卫荣，王永元. 从定性到定量，引导学生建立加速度概念 [J]. 物理教师，2014，（3）：10-11.

[3] 朱文军 ，陆建隆. 例谈比值定义法构建物理概念 [J]. 物理教学探讨，2010，（10）：75-77.

[4] 邢红军. 按照比值定义法的本质改进高中物理概念的编写 [J]. 物理教师， 2004， （4）：5-7.