基于教材分析的密度概念教学改进和反思

罗钊颖

珠海市梅华中学，广东 珠海 519000

1 密度概念的教学难点

密度是力学的核心概念之一，是初中物理八年级上册的学习内容。密度概念教学的难点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

密度是人们为了方便描述物质之间的区别而定义的物理概念，是一个抽象的物理概念。尽管学生在学习密度概念之前，已经对“密度”一词有一定的生活化理解[1]，但是和物理中“密度”的概念还是相差甚远。如何突破学生的迷思概念，从物理的角度理解“密度”是本节课的难点。

1.2 比的理解

与速度概念一样，密度概念也是利用比值定义法得出的。速度概念生活中更常见，而且小学数学计算中就已经涉及速度的计算，然而学生对密度概念缺乏定量的理解。在物理学中，把某种物质的质量与体积的比值，叫作这种物质的密度。在探究物质质量与体积的关系时，学生很难理解为什么要将两个量相比，两个量之间的比值是学生较难理解的逻辑关系。

2 教材对比

本文将从教学思路和探究实验的设计两个方面进行教材对比研究。

2.1 教学思路

在人教版初中物理教材[2]中，“密度”一节的教学思路如下：“引入”部分通过控制变量法引出“体积相同的物体质量不同”“同种物体体积越大，质量越大”的生活现象，继而提出问题：“同种物体的质量和它的体积成正比吗”，从而开展实验探究铝块质量与体积的关系。根据实验可以得到同种物体的质量和体积之比是定值，由此得到密度的概念。

与人教版教材不同的是，沪粤版教材[3]在“引入”部分通过展示自行车比赛的真实场景，讨论车身材料，引出生活中的现象，即“即使体积相同，因所含的物质不同，质量也不一样”。再设置学生讨论的场景，通过学生对“质量”的迷思概念，引出探究物体质量和体积的关系的实验。和人教版教材一样的是，密度概念都是从探究实验的结论得来的。两版教材教学思路对比如图1所示。

图1 密度概念形成教学思路对比

从两版教材中可以看出，人教版教材擅长提炼物理本质，语言简洁，问题清晰，而沪粤版教材擅长展现丰富的生活情境和素材，注重探究的逻辑和思路的完整性。

2.2 探究物质质量与体积关系的实验设计

不管是在什么教材中，要得到密度这一概念就必须进行实验，探究物质质量与体积的关系，即这个实验是得到密度概念的重要前提。实验如何设计和开展，不同教材的设计思路不同。本文将从实验环节的设置、实验表格的设计和实验结论的得出三个方面进行对比分析。

2.2.1 实验环节的设置

沪粤版教材中的探究实验包括猜想、进行实验与收集证据、分析与论证、评估等环节。这样的探究实验环节是符合初中物理课程标准[4]要求的探究过程。在沪粤版教材中，注意对学生开展分组实验进行一定的指导。人教版教材中的栏目划分不如沪粤版教材的明确，但更为简洁，仅对实验的步骤和绘制图像的一些要求进行了说明，然后提供实验的表格和坐标，最后得到结论。

实验环节的设置体现教材对于实验的观念。尽管教师是“用教科书教，不是教教科书”，但是各种版本的教科书风格不同，体现的教学理念也有所差别。这两个方案的设计前提稍有区别，人教版教材的设计期望从铝这一种物质的质量和体积的关系推广到所有的物质，也就是从一到多的过程，而沪粤版教材旨在直接探究多种物质的质量和体积的关系。

2.2.2 实验表格的设计

实验表格的设计体现了实验的具体内容和步骤。通过对比，可以看出两版教材中关于该实验的设计是截然不同的（表1、图2、表2）。

表1 人教版教材中的实验表格

表2 沪粤版教材中的实验表格

图2 人教版教材中的质量-体积坐标轴

实验的材料方面，沪粤版教材选择两种不同的物质，且每种物质选择体积不同的两个物块进行研究。这与人教版教材仅对铝块进行研究相比，得到的结论更完整、更严谨。

实验数据的单位方面，沪粤版教材选择千克、立方米、千克每立方米，人教版教材则选择便于测量的克、立方厘米和克每立方厘米。

实验的组数也稍有不同。沪粤版教材中，每种物质仅需测量两个不同体积的物块的质量和体积，而人教版教材中需要测量三组以上不同体积的铝块的数据。而对于实验数据的处理，沪粤版教材通过直接在实验表格中给出一栏“质量与体积之比”，让学生计算后得到规律，人教版教材让学生绘制质量-体积图像，得到同种物质质量与体积关系的直观表征。沪粤版教材的设计降低难度，让学生避免因为绘图和数学函数知识的难度而失去理解密度概念的兴趣和信心。

人教版教材在探究实验中让学生绘制质量与体积的图像，通过图像让学生直观地感受两个物理量之间的关系。而在沪粤版教材中，直接在实验表格中给出质量与体积之比的一项内容，但没有告知学生这样的关系是如何得来的。

2.2.3 实验结论的得出

沪粤版和人教版教材最显著的特点是对于课本中的重要概念和公式“留白”，用学生填写代替完整呈现。在这个实验的结论部分，两版教材都选择“留白”，让学生总结并写出实验结论。但是，两者由于前面的实验设计不同，导致得到的结论的层次稍有不同。人教版教材探究实验的结论仅限于铝的质量与密度的关系，而沪粤版教材的结论更具有普遍性。人教版教材通过提问来对实验结论进行延伸，显然没有通过实际实验得到的结论是缺乏说服力的。

3 讨论和思考

通过对人教版和沪粤版教材形成密度概念的比较分析，可以看出人教版和沪粤版教材的编写逻辑有所差别，但各具特点。基于对两版教材的综合分析和比较，可以得到密度概念教学的几点启示。

3.1 立足学生基础，调整教学思路

在整个密度的教学中，沪粤版和人教版教材的章节安排差异较大。可以针对不同学生的情况，选择合适的教学思路。沪粤版教材的教学思路更适合对物理缺乏信心和兴趣的学生，前期得出密度概念的教学中，不涉及密度的计算和函数图像的理解。而人教版教材的教学思路重点更为突出，更适合数学基础较好、理解推理能力更强的学生。教师可以根据实际教学需要，结合各版教材的优势，形成更匹配所教学生的教学思路。

3.2 重视实验探究，回归物理本质

物理是一门以实验为基础的学科[5]，因此物理教学不能脱离实验教学。正如前文所说，在密度概念教学中，探究物质质量与体积的关系实验是最关键的一环。

虽然两版教材为教师提供了两个截然不同的实验探究方案，但是这两种方案中学生实际开展的实验操作是大同小异的。这个实验操作主要包括质量和体积的测量，难度不大，但并不需要花费大量时间在测量不同物质的质量和体积上。该实验的重点在于探究两个物理量之间的关系，即如何由测得的实验数据得出实验结论。这一过程离不开教师的引导和学生的充分讨论，因而在该实验的时间安排上，应当侧重探究密度的物理本质，而非质量和体积的测量。

要使得出的结论具有普遍性和科学性，探究物质质量和体积的关系的实验就必须用两种或两种以上的物质来进行。因此，对于使用人教版教材的教师建议多补充一种物质进行实验。

3.3 巧用学生分组，提高课堂效率

在实际教学中，该探究实验会花费较多的时间，其中需要复习刻度尺和天平的使用，测量两种不同物质的两个不同体积，即至少测四组数据，而这并非实验的重点。那应该如何缩短时间，提高课堂效率？可以利用学生分组实验，让不同组的学生测量不同物质的质量和体积，最后汇总各组数据后，既能反映质量和体积的关系，又能将更多课堂有效的时间放在分析和探究物体质量与体积的关系上。

4 结束语

教材对比研究，并不是为了评判一本教材是好是坏，而是为了了解不同教材的教学风格和细节处理的不同，在实际教学活动中，为自己所用。特别对于新教师而言，熟悉教材是教学的基本功之一。通过教材对比研究，从不同的视角去深度理解和学习，思考如何讲对物理，如何讲好物理。