吳 良

（蘇州市吳中區(qū)迎春中學(xué)，江蘇 蘇州 215128）

物理學(xué)科有效教學(xué)的核心工程是激活實(shí)驗(yàn)教學(xué).通常實(shí)驗(yàn)的科學(xué)程序包括：提出問題；猜想與假設(shè)；制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；選擇器材與制定實(shí)驗(yàn)步驟；進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集數(shù)據(jù)；分析與論證；得出結(jié)論.對(duì)于一些量化的實(shí)驗(yàn)，物理規(guī)律除了用文字和語言表述以外，還可用最簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)形式表達(dá)，那就是物理公式.本文針對(duì)通過分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出公式這一核心工程的壓軸程序，闡明應(yīng)采用多元思維指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)初步的物理知識(shí)與技能的同時(shí)，經(jīng)歷基本的科學(xué)探究過程，從中受到科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的熏陶，逐步實(shí)現(xiàn)提高全體學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展.

1 歸納初中物理中若干典型公式導(dǎo)出的多元思維

義務(wù)教育蘇科版物理4冊(cè)教材共出現(xiàn)速度公式、密度公式、重力與質(zhì)量的關(guān)系式、壓強(qiáng)公式、浮力計(jì)算公式、杠桿原理表達(dá)式、歐姆定律表達(dá)式等17個(gè)公式.這些公式均出自實(shí)驗(yàn)的源頭、包括猜想影響物理現(xiàn)象的因素，編排實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)表格采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)有效信息判斷和分析數(shù)據(jù)提取規(guī)律性的內(nèi)核等等.各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法既有共性，更具獨(dú)特的思維方式，現(xiàn)擇要做一討論.

（1）用比值法處理數(shù)據(jù)——重力與質(zhì)量的關(guān)系式“G＝mg”.

質(zhì)量是物體的一種物理屬性，重力是由于地球的吸引而使物體受到的力，質(zhì)量概念出現(xiàn)在重力之前.地球上的任何物體都具有質(zhì)量，都受到重力，兩者之間有沒有關(guān)系，可先讓學(xué)生進(jìn)行猜想.這種猜想應(yīng)該是以一定經(jīng)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)的推斷性猜想.得出定性結(jié)論后，再轉(zhuǎn)化為探究?jī)烧咧g的量化關(guān)系.而后組織學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)器材的選用和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（表1）.

表1

分析數(shù)據(jù)要注意：一是表1中“重力與質(zhì)量的比值”一列，應(yīng)放在學(xué)生測(cè)出前兩列的3次數(shù)據(jù)并作充分討論以后再給出.其二，根據(jù)比值的特點(diǎn)，得出的結(jié)論，要求學(xué)生用自己的語言表述.其三，得出G＝mg之前，應(yīng)先用G／m＝g作為過渡.

（2）用比值定義法配合比較法處理數(shù)據(jù)——密度公式“ρ＝m／V”.

安排這一單元的教學(xué)時(shí)，應(yīng)稍作微調(diào).介紹質(zhì)量概念之后，首先簡(jiǎn)單介紹物體體積及測(cè)量工具——量筒（量杯），然后進(jìn)行“密度”教學(xué).這樣便于得出密度公式的多元處理，且將密度概念的引入和密度的測(cè)量合而為一.

具體教學(xué)時(shí)，可按教材中的思路引入課題：你能區(qū)分表面被涂成相同顏色的鐵塊和塑料塊嗎？教師放手鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)多種方案：相同體積比質(zhì)量；相同質(zhì)量比體積；不同體積不同質(zhì)量的，可比較質(zhì)量與體積的比值.討論3種方法的繁易，鼓勵(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)表2，并進(jìn)行測(cè)量.

表2

實(shí)驗(yàn)后，指導(dǎo)學(xué)生討論表2中的數(shù)據(jù).其一，同種物質(zhì)的不同物體質(zhì)量與體積的比值有什么特點(diǎn)？不同物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值有什么差別？其二，某種物質(zhì)的物體，其質(zhì)量與體積的比值大小跟什么因素有關(guān)？用它能否解決開始提出的問題？其三，給比值命名后，列出密度公式ρ＝m／V，再從密度的視角解讀表2；其四，用表2中的數(shù)據(jù)作出m－V圖像，用圖像再次解讀表2.

表1和表2的數(shù)據(jù)處理都用比值法，但應(yīng)思考兩者比值的不同之處.同時(shí)，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生回憶勻速運(yùn)動(dòng)的速度公式v＝s／t，并為今后壓強(qiáng)公式p＝F／S、熱值公式q＝Q／m、比熱容公式功率公式P＝W／t等的導(dǎo)出作好鋪墊.后5式均非從采集的數(shù)據(jù)中導(dǎo)出，均有定性研究后轉(zhuǎn)定量定義得出公式，且多數(shù)結(jié)合其他思維方法.

（3）用等效轉(zhuǎn)換法處理數(shù)據(jù)——浮力計(jì)算公式“F浮＝G排液”.

對(duì)于浮力的探究，教材中設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn).一個(gè)是“探究影響浮力大小的因素”，它是用控制變量法定性得到了“浸在液體中的物體受到的浮力，其大小與物體排開液體的體積和液體的密度有關(guān)”.由公式G＝mg進(jìn)行推理，表明浮力的大小跟排開的液體重有關(guān).另一個(gè)是探究浮力大小的實(shí)驗(yàn)，它是定量研究.因?yàn)橛辛饲耙粋€(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，就可以一步到位地得出公式.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)見表3.

表3

表格應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)，特別應(yīng)聚焦在F浮和G排液兩者的比較，由等效轉(zhuǎn)換導(dǎo)出F浮＝G排液＝m排液g＝ρ液V排液g.教師可以組織學(xué)生討論兩個(gè)實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系，探究如何實(shí)現(xiàn)從定性研究到定量研究的轉(zhuǎn)變.

（4）用調(diào)節(jié)變量法結(jié)合比較法處理數(shù)據(jù)——杠桿原理表達(dá)式“F1L1＝F2L2”.

杠桿原理就是杠桿的平衡條件，它是探究杠桿的4個(gè)物理量（動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力、阻力臂）滿足什么條件時(shí)，杠桿處于平衡狀態(tài).因?yàn)樘骄壳耙淹ㄟ^實(shí)例說明了4個(gè)變量中，只要改變1個(gè)或多個(gè)都可以改變影響杠桿的平衡狀態(tài)，所以筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)前無須作猜想假設(shè)，實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)取有代表性的4組數(shù)據(jù)，如表4所示.

表4

實(shí)驗(yàn)1中，阻力給定（用“√”示之），變化另3個(gè)量，如用撬棒撬動(dòng)重物；實(shí)驗(yàn)2中，阻力臂和動(dòng)力給定，變化另2個(gè)量，如用杠秤稱量物體的質(zhì)量；實(shí)驗(yàn)3中，阻力、阻力臂、動(dòng)力臂給定，變化的是動(dòng)力，如鍋爐上的保險(xiǎn)閥門；實(shí)驗(yàn)4中，4個(gè)量都不加控制.這樣處理，探究既可避免偶然性，又可便于找出共同特征.在表格設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵的“動(dòng)力×動(dòng)力臂”、“阻力×阻力臂”事先不能和盤列出.可以指導(dǎo)學(xué)生先比較各組數(shù)據(jù)中動(dòng)力、阻力的大小，再比較動(dòng)力臂和阻力臂的大小，看看兩者之間有沒有關(guān)系，逐步引導(dǎo)關(guān)鍵性的比較“動(dòng)力×動(dòng)力臂”、“阻力×阻力臂”兩者乘積的大小，然后找出杠桿的平衡條件.

（5）用控制變量法處理數(shù)據(jù)——?dú)W姆定律公式“I＝U／R”.

控制變量法在中學(xué)物理中有廣泛的應(yīng)用，該方法適用于某一物理量受幾個(gè)不同物理量影響的物理問題.一般初中物理教材涉及此法的，絕大部分是定性探究.歐姆定律公式是唯一的定量探究?jī)?nèi)容.它是研究電流跟電壓、電阻之間的關(guān)系，屬于最簡(jiǎn)單的一對(duì)二的控制變量法運(yùn)用，具體教學(xué)中應(yīng)注意下列4點(diǎn).

① 定量探究前，不能疏忽回顧一下電流跟電壓、電阻之間的定性關(guān)系.蘇科版物理教材上是有伏筆的，該章第1節(jié)“電阻”安排了“嘗試改變電路中電流的大小”的活動(dòng)，通過這一活動(dòng)得到了影響電流大小的兩個(gè)因素.我們要及時(shí)地做好承前啟后、溫故知新的工作.

② 定量探究時(shí)，要明確3個(gè)物理量中，哪個(gè)是應(yīng)變量，哪些是自變量，后者應(yīng)如何調(diào)控.同時(shí)，應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)表5.

表5

③ 從數(shù)據(jù)得出公式.按理應(yīng)先得出I＝KU／R，統(tǒng)一國(guó)際單位后，再簡(jiǎn)化為I＝U／R.這里有一個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算規(guī)范的問題，又有物理量單位制的問題.

④ 可以多采集幾組數(shù)據(jù)，作出I－U圖像和I－R圖像.兩種圖像既可用作探究規(guī)律，也可用于理解、運(yùn)用規(guī)律.

此外，還有沿用控制變量法導(dǎo)出電功公式和焦耳定律公式.不過主要是通過定性分析，最后再用一句“進(jìn)一步的研究證明”過渡出公式.

17個(gè)公式中，功的公式W＝FS的導(dǎo)出較為特殊.其教學(xué)的實(shí)施建議如下：先組織學(xué)生回顧討論，使用機(jī)械可以省力但費(fèi)距離；可以省距離但費(fèi)力.那么，是否有既省力又省距離的機(jī)構(gòu)呢？也就是說有沒有能使力和力的方向上通過的距離的乘積變小的機(jī)械呢？然后組織學(xué)生探究斜面的實(shí)驗(yàn).在完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，指令比較FS與Gh的大小，發(fā)現(xiàn)FS＞Gh，表明沒有既省力又省距離的機(jī)械，這樣就為機(jī)械功公式的建立奠定了基礎(chǔ).與此相仿的是，有關(guān)機(jī)械效率的兩個(gè)公式100%的導(dǎo)出.

2 多元思維的創(chuàng)新，需要做好“六個(gè)重視”

由數(shù)據(jù)導(dǎo)出公式是物理實(shí)驗(yàn)的壓軸之舉，蘊(yùn)含多元思維.筆者認(rèn)為，多元思維的創(chuàng)新應(yīng)體現(xiàn)在整個(gè)物理教學(xué)之中，尤其應(yīng)做好以下“六個(gè)重視”方面的工作.

（1）重視物理學(xué)科的源泉教學(xué).

所謂源泉教學(xué)就是指實(shí)驗(yàn)教學(xué)，物理學(xué)由實(shí)驗(yàn)和理論兩部分組成，前者是源頭，后者是從源頭流出的清泉，作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是從源頭引出活水.激活源泉教學(xué)是物理教學(xué)的靈魂工程，它的驅(qū)動(dòng)力就是多元思維.在當(dāng)今信息化時(shí)代，要恰當(dāng)選用現(xiàn)代技術(shù)與數(shù)字化信息系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式.但同時(shí)應(yīng)清醒地看到當(dāng)前存在的問題：一是把實(shí)驗(yàn)看成知識(shí)的“接生婆”；二是視學(xué)生為會(huì)做實(shí)驗(yàn)的“木偶”；三是實(shí)驗(yàn)操作考試走過場(chǎng)；四是以動(dòng)畫、視頻替代具體的實(shí)驗(yàn).糾偏歸正是目前中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)多元?jiǎng)?chuàng)新的一個(gè)主攻方向.

（2）重視過程方法、目標(biāo)的落實(shí).

分析處理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，得出的結(jié)論和公式固然重要，但是得出這些結(jié)論和公式的“過程與方法”是重中之重，因?yàn)榭茖W(xué)的“過程與方法”就是實(shí)現(xiàn)多元思維創(chuàng)新的必要途徑，它是銜接知識(shí)和能力的紐帶，是激發(fā)學(xué)生的求知欲，是培育實(shí)事求是的精神的載體.這個(gè)教學(xué)目標(biāo)落實(shí)了，在拓展學(xué)生視野，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)向科學(xué)本質(zhì)回歸的同時(shí)，能更好地激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，培育學(xué)生的創(chuàng)新品質(zhì)，養(yǎng)成學(xué)生終身探究的興趣.

（3）重視實(shí)驗(yàn)的起跑線指導(dǎo).

“不輸在起跑線上”已變成當(dāng)今的時(shí)尚語.實(shí)驗(yàn)伊始要想方設(shè)法創(chuàng)設(shè)物理情境，讓學(xué)生知道這個(gè)實(shí)驗(yàn)探究什么？為什么要作探究？怎樣探究？因?yàn)椴孪胧嵌嘣季S形成的催化劑，所以“各就各位”之前，就要指導(dǎo)學(xué)生做出合理的假設(shè)與猜想，鼓勵(lì)大膽設(shè)想，積極參與探究.一方面對(duì)學(xué)生的猜想和假設(shè)不要簡(jiǎn)單否定，在肯定其積極性的同時(shí)，應(yīng)指出其中合理的成份.更重要的是指導(dǎo)學(xué)生掌握依據(jù)一定的經(jīng)驗(yàn)和理論提出科學(xué)猜想的方法，使猜想從隨機(jī)型向有序型，從分散型向會(huì)聚型，從推斷型向創(chuàng)造型逐步轉(zhuǎn)化、提升.

（4）重視師生互動(dòng)和以生為本兩者關(guān)系的理順.

課堂教學(xué)過程是師生互動(dòng)的過程，而互動(dòng)的高效則取決于是否突出以生為本，讓課堂教學(xué)中的主體——學(xué)生人人動(dòng)手、動(dòng)五官、動(dòng)腦、動(dòng)思維.物理教師應(yīng)善于構(gòu)建“愛的教育”平臺(tái)，做學(xué)生的貼心人，努力追求課堂教學(xué)的“八度”——互動(dòng)度、參與度、親和度、自由度、整合度、愉悅度、延展度、均衡度.

（5）重視獨(dú)立思維和合作學(xué)習(xí)的辯證統(tǒng)一.

學(xué)習(xí)活動(dòng)是遵循“內(nèi)因是根據(jù)，外因是條件”的辯證法原則的.因此物理教學(xué)過程中，教師應(yīng)刻意幫助學(xué)生自行進(jìn)行知識(shí)的構(gòu)建.要做到這一點(diǎn)，一方面要關(guān)注學(xué)生的直覺興趣、操作興趣和理論興趣的協(xié)同增長(zhǎng)，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，創(chuàng)造有利于發(fā)展個(gè)性特長(zhǎng)的學(xué)習(xí)條件；另一方面要重視探究活動(dòng)中學(xué)生之間的合作與交流.教師要根據(jù)學(xué)生的性格、興趣、特長(zhǎng)、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)等多種因素，進(jìn)行牽線搭橋，組建探究團(tuán)隊(duì)，在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)獨(dú)立學(xué)習(xí)和進(jìn)行探究活動(dòng)的同時(shí)，開展交流和協(xié)作，做到取長(zhǎng)補(bǔ)短、齊心攻堅(jiān).

（6）重視不同學(xué)科間知識(shí)與研究方法間聯(lián)系和滲透.

可以說，物理公式本身就是物理學(xué)科中的數(shù)學(xué)，而處理數(shù)據(jù)得出公式的多元思維過程就交織著學(xué)科滲透的過程.事實(shí)上經(jīng)典物理和近代物理的形成就是學(xué)科滲透的結(jié)晶.隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，學(xué)科之間的界限將日益消退.因此，改變學(xué)科本位觀念，重視學(xué)科滲透教學(xué)，就是為了學(xué)生明天更好的發(fā)展.

上述由物理公式導(dǎo)出所引發(fā)的思考，正是多元思維的體現(xiàn).然而，中學(xué)物理教學(xué)中的多元思維研究是一個(gè)值得不斷創(chuàng)新的課題，這個(gè)課題學(xué)無止境，教無止境，而今邁步，還得從頭越起.

1 劉炳升.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)多元?jiǎng)?chuàng)新中的幾個(gè)關(guān)系問題.物理教學(xué)，2011（5）.