压强概念教学案例剖析

韩伟　李海涛　王慧

摘 要 基于压强概念的抽象性，此节课的视角聚焦于物理与生活的联系，专注于概念获得过程中科学方法的显化。不仅体现了新课改“从生活走向物理、从物理走向社会”的核心理念，而且彰显了科学方法的教学逻辑，使得抽象概念的教学具体化、生动化，从而有效克服了学生的思维障碍。

关键词 压强 科学方法 比值定义法 教学逻辑

“压强”是初中物理的基本概念之一，它既是“力”的概念的拓展与深化，也是后续学习液体压强、大气压强、浮力的基础和主线。然而，教学实践表明，学生对压强概念的理解程度参差不齐，对压强定义采用的科学方法更是模棱两可。因此，如何降低学生的思维梯度、促成概念教学的顺利进行就成为教学中亟待解决的问题。

一、教材编排的思路及问题分析

1.教材编排的思路

对于压强概念的建立，各版本教材的编写方式基本一致，大致思路概括如下图所示：

教材首先介绍压力的概念，再通过“压力小桌实验”探究影响压力作用效果的因素，然后直接把压强的概念定义为单位面积上受到的压力，最后阐述压强的应用。教材这样整齐划一的编排方式，使得教师的备课也大同小异，按照这种思路书写的教案屡见不鲜。

2.教学实践中的问题

教材编排的思路顺应了新课改倡导的理念，凸显了探究实验的重要性。但是，在得到定性结论后，直接过渡到压强的定义，显得有些突兀，忽视了压强概念建立的过程，有重结果而轻过程之嫌。由此得到的压强概念在实际教学中有两种不同的观点：一种观点认为由于在实验中用到了控制变量，所以压强的概念是由控制变量法得到的；另一种观点认为由于压强是压力与受力面积的比值，所以理应是比值定义法。

由于概念建立的过程不清晰，才导致学生在后续的学习过程中对压强概念的理解趋于肤浅。尽管和压强相关的日常生活经验很多，但是很难与学生头脑中已有的图式联系起来，因为日常生活中用到“压力”一词的频率要比“压强”多，所以学生就容易形成错误的概念图式，即：“压力越大，压强越大”。为了克服学生的思维障碍，笔者认为，加强物理与生活的密切联系、显化压强概念建立背后的科学方法至关重要，唯有清楚了概念获得的来龙去脉，才能更深入地理解压强概念的内涵与外延。

二、压强教学的新视角

根据初中阶段学生的认知特点，按照比值定义法的本质，本文提出以下关于压强概念教学的三个阶段。

1.巧设问题情境，明确压强的物理意义

《义务教育物理课程标准》明确指出：“义务教育阶段的物理课程应贴近学生生活，符合学生认知特点，激发并保持学生的学习兴趣”[1]。创设问题情境旨在从生活走向物理，使学生明确物理概念的本源，从而产生感性认识，这既是概念形成的基础，也是对课程标准的回应。学生刚学完力学的基础知识，对力的概念比较熟悉，头脑中已有压力的概念，但对受力面积对压力作用效果的影响认识不足。因此，从学生已有的知识储备和生活中的实例来阐释压强的物理意义更加契合学生的认知水平。

问题情境设置的关键在于让学生亲力亲为，使新旧知识产生有意义同化，进而保持知觉的持久性。为此，笔者选取了学生最为熟悉的两个问题情境：（1）背书包时，单肩背和双肩背肩膀受压的感觉明显不同；（2）两个手指压住只有一端削尖的铅笔的两端，铅笔保持静止，由二力平衡的知识可知：铅笔在水平方向上受到手的两个力大小相等，但是两手指受压的感觉却明显不同。

然后，引导学生思考，究竟是什么不同才导致肩膀和手指出现这样不同的作用效果。学生容易得知，由于受力面积不同。进一步分析，相同的压力在笔尖上由于受力面积比较小，作用力就比较集中；而在笔头上，相同的压力由于受力面积比较大，作用力就比较分散，所以就出现了不同的作用效果。这就使学生感到有必要建立一个概念来描述压力的作用效果。“压强”就是专门用来描述“压力作用效果”的物理量。

由于压强这一概念在学生头脑中是没有观念认识的，因此这种对问题情境的分析至关重要，它不仅明确了压强的物理意义，还得出了压强大小的影响因素，即压强不仅与压力有关，还取决于受力面积的大小，同时也区分了“压力”和“压强”这两个极易混淆的力学概念。

2.显化科学方法，阐述压强定义形成的思路

物理意义的形成可以从生活想象感知得出，但是物理量的定量描述就必须借助于一定的科学方法和数学工具。引导学生运用比较的思想来抓住事物的本质特征是压强概念建立的关键。既然学生已经得知压强是一个与压力大小、受力面积大小有关的物理量，再加上学生先前学过的速度、密度的定义作为知识储备，压强的定义水到渠成。可以采用类比的方法来引起学生的共鸣，引导学生分析，要想比较压强的大小通常有两种方法，在受力面积相同时比较压力的大小，在压力相同时比较受力面积的大小，那么受力面积不同、压力不同该如何比较呢？这一启发性的提问，自然而然地转入压强定义的引入。仿照速度概念的引入和定义的方法，如果受力面积和压力都不同，则想办法将某个量统一，比较另一个量。具体流程结合案例如上图所示。

流程图在彰显比值定义法逻辑的同时，使得压强概念的建立水到渠成。如果取出两个一样大小的受力面积，由于单位统一，称为单位面积，那么物体单位面积上所受压力的大小就叫做压强。即压强等于压力与受力面积的比值，用符号P表示，定义式为P=，由于压力的单位是N、受力面积的单位是m2，所以压强的单位可以表示为N/m2，压强有一个专门的单位帕斯卡，简称“帕”，符号是“Pa”，1Pa=1N/m2。因为压强是一个新概念，所以得到压强的定义以后，明确各物理量的名称及单位至关重要。至此，对于压强的概念，学生就实现了从感性认识（物理意义）到理性认识（定义式）的飞跃。

科学方法的显化是概念教学的应有之义，比值定义法是压强概念建立过程中的重要科学方法。因此，教学中应该向学生交代比值定义法的含义及物理思想。所谓比值定义法就是用两个或两个以上的物理量的比值去定义另外一个物理量的方法，它的基础是比较的思想。比较是确定研究对象之间差异点和共同点的思维过程和方法，是抽象和概括的前提，是物理学常用的方法[2]。

科学方法的显化使得教学环节脉络清晰、逻辑一致，把概念建立的过程次第展开，使学生在获得知识的同时进一步加深了对比值定义法的理解，促进了学生认知规律向更高水平发展。

3.回归生活现象，拓展压强概念的实际应用

创设问题情境，意在使学生从生活走向物理。在学生获得了压强的概念后，让物理回归生活，深化对压强概念的认识，既可以达到学以致用的目的，又可以让学生体味物理与生活的完美结合，让学生在情感上受到熏陶，进而提高学习兴趣，降低畏难情绪。

生活中压强的例子比比皆是，在概念应用的环节，我们设置了问题组（如下表所示）。

表中实例尽管随处可见，但是以问题组的形式呈现可以较为直观地反应出受力面积在影响压强大小方面扮演着非常重要的角色，再一次加深了学生对压强概念的认识，即：压强不仅仅与压力大小有关，还与受力面积相关。也可以通过举例的方式进一步深化对概念的认识，即：仅仅通过压力的大小来判断压强的大小是不准确的，这就好比不能用中国的国民生产总值和瑞士的国民生产总值去比较两个国家人民的幸福指数和文明程度一样，国民生产总值只有分配到具体的人才有比较的意义，也就是比较要选取相同的标准。因此，压强的大小取决于压力和受力面积的比值，其实质就是压力在受力面积上的分配。

三、比较与分析

与传统的教学设计不同，此节课的视角聚焦于生活现象，专注于压强概念获得的过程，具体体现在以下两个方面的创新。

1.克服了以探究实验引入压强概念的弊端

此教学设计的视角打破了常规的实验探究引入，改为直接用学生熟悉的情景引入，使物理更贴近生活。教材中利用整齐划一的“压力小桌和泡沫塑料”做实验，一方面由于压力小桌是厂家生产的“专门化”的实验器材，不是取自真实生活中的物品，学生对其“亲切感”不强；另一方面泡沫塑料受压发生的形变并不明显，使得探究实验虚化。此教学设计的引入方式是让学生身体力行，通过肩膀和手指受压的感觉真实体会到压力作用效果的存在，这样做不仅可以拉近物理与生活的距离，也可以让学生深切地感受到科学的真实性，从而使物理教学更加贴近生活。

2.明确了压强概念建立过程中用到的科学方法

传统的教材编排没有显化定义压强时用到的科学方法，这就造成了教学实践中的“两点论”，控制变量还是比值定义？其实上述两种观点均有不妥之处，在用压力小桌实验探究“压力的作用效果与什么因素有关”时，用到的是控制变量法，但不能因此认为压强定义的得出也是控制变量法。第二种观点只是指出是比值定义法，却没有揭示比值定义法的内涵。其逻辑缺陷在于，它把结果当作原因来加以阐述，完全没有揭示出比值定义法的本质，忽视了比值定义法运用时的一个关键问题：“为什么要用两个物理量相比来定义一个新的物理量”[3]。还有老师认为由于受力面积一定时，压力越大，压力的作用效果越明显；压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显，所以压强应该与压力成正比，与受力面积成反比[4]。这是一种典型的误导，学生往往会认为“因变量随自变量的增大而增大、减小而减小就是正比关系”。此节课的视角就是要凸显比值定义法的内涵（选取统一的比较标准），用案例结合数据来说明压强定义的来龙去脉，这样做也进一步加强了数学与物理的联系。使学生认识到比值定义法确实是一种比较常见的定义物理量的方法。让比值定义法作为一个概念图式纳入到学生的头脑中，在后续学习类似的概念时能够自觉地把这些概念的定义方式进行归纳与分类。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2] 李正福，刘超，李超，陈清梅.P=F/S：控制变量法还是比值定义法？[J].物理教师，2007（6）.

[3] 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）.

[4] 王晓清，张伟.让物理更贴近生活—以压强的概念教学案例[J].内蒙古师范大学学报，2012（8）.

【责任编辑 郭振玲】