信息深度加工優化“密度”教學

冒美鳳

摘 要：學習過程是對信息進行加工的過程，我們的信息加工要立足于教材進一步深度挖掘概念的物理本質和內在邏輯，“密度”這個概念就是一個能夠引導學生深度學習的例子，通過對信息的深度加工，學生能夠深化對密度概念的本質和建立過程的理解。

關鍵詞：信息加工；深度學習；密度

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）11-0025-3

促進學生的學習和發展是教育的目的之一，我們的物理教學不應該浮于教材表面，而應該對教材中的信息進行系統地分析和深度加工，對教材中“概念”構建的思路進行進一步的優化，促進學生在學習過程中有新的發現，并將新方法和新知識很自然地融入到原有的認知結構中，促進對物理概念的理解，彰顯其物理本質與教學邏輯。本文以蘇教版《物質的密度》一節的教學為例，就如何進行信息深度加工進行探討。

1 蘇科版教材中“密度”信息加工流程和困境

1.1 教材內容的信息加工流程

翻開蘇科版初中物理教材《物質的密度》這一節，核心內容是“密度”的概念，從教材的內容看信息加工流程，思路較為清晰，有如下幾個環節：

環節1：討論交流——教材給出具體的情景“怎樣區分表面被涂成相同顏色的鐵塊和塑料塊？”學生從生活經驗出發提出各種方法。

環節2：提出問題——提出與“密度”概念有關的另外兩個物理量是否具有關聯性的疑問“物體的質量與體積之間有什么關系？”

環節3：猜想假設——學生就環節2的問題進行猜想，從“同種物質的物體，體積越大，質量越大”的經驗出發，猜想同種物質質量與體積的比值不變。

環節4：實驗驗證——學生分組實驗探究，器材的選擇上分幾種情形：①質量不同的同一種物質的物體；②體積和質量各不相同的不同物質的物體。學生列表記錄下測得的質量和體積，計算出質量與體積的比值。

環節5：總結結論——從環節4的實驗結果出發，引導學生自主歸納總結出“某種物質的物體質量與體積的比值反映了這種物質特有的性質”的結論，生成定義新概念的需要：“我們就把單位體積的某種物質的質量定義為密度”。

環節6：知識應用——回到環節1，用“密度”這個概念來區分表面被涂成相同顏色的鐵塊和塑料塊。

1.2 幾點困境

教材中的材料和信息加工流程，看上去很具有邏輯性，一環套一環，但是筆者認為信息加工的深度還不夠，導致教學上容易走向歧途和困境。

困境1：教材的導入情境設置意圖在于讓學生能夠提出與教學內容相關聯的探究問題——不同物質的物體質量與體積的關系。不過學生生活經驗的起點并非如此，例如生活中可以敲擊聽聲音，用“吸鐵石”去吸，也可以刮開涂層來辨別等等，而這些方法一旦托出，則會與教材預設的信息加工環節漸行漸遠。

為什么會這樣？筆者認為，教材此處的安排出于對物理概念整體建構的考慮，是在“質量”的概念建立后，肢解概念將學生的引向“質量”和“體積”，最終找到“認識物質特性”的方法。不過在導入情境的信息輸入上開放度過大，導致學生的思維難以聚斂，而且這個情境的設置，學生尚未擁有“鑒別物質”的科學方法，讓接下來“密度”概念的建立顯得更抽象、難懂。

困境2：教材在實驗探究和數據記錄上已經將信息加工好了，按部就班地實驗，被教材牽著鼻子走，學生完全缺失了主動性，更不要說體驗信息加工的過程。

困境3：“為什么把某種物質的物體質量與體積的比值定義為密度？”這個問題學生難以理解，歸根到底在于學生對比值定義法的不理解，導致將物理上的比值法與數學上的除法（或比）相混淆，為什么呢？因為學生沒有意識到選取“相同標準”在比值定義法中的重要性，自然也就無法觸及概念的本質。

2 信息深度加工理論下的“密度”概念教學策略

2.1 深挖教材中的情境，幫助學生開啟探究之門

對蘇教版教材中的“怎樣區分表面被涂成相同顏色的鐵塊和塑料塊？”環節，進行深度加工，讓情境更有層次感。

情境1：取顏色、形狀均相同的木球和鉛球，分別拿在左手和右手，要求學生區分哪個是木球，哪個是鉛球。

對于這個情境，學生很自然地會想到用手掂一掂，“輕”的是木塊，“重”的是鐵塊。值得注意的是這里的輕重指的是質量。學生通過這一信息的加工直接將區分物質與前面學習的“質量”相聯系。

情境2：在學生有了“質量”區分物質的經驗，此時邀請一個學生到講臺上來，同時給他戴上眼罩，讓他右手托起一個塑料托盤，接著先放上一個質量比較大的塑料塊，再換上質量比較小的鐵塊，要求該同學區分塑料和鐵（沒有涂顏色）。

情境2的處理，與該同學的手接觸的是同一個塑料托盤，由于有了前一次的經驗，會錯誤地認為“質量”大的是鐵塊，下面的同學都驚呆了，該同學摘掉眼罩也表示驚訝。矛盾中自然生成新的認識：“只憑質量大小是不能鑒別物質的?！?/p>

為什么呢？

幾乎所有的學生都會觀察并說出“體積大小不同”。在學生這一認知的基礎上，筆者在黑板上畫了一個1 kg的鐵球示意圖（如圖1甲所示），邀請一個學生到黑板上來畫一個8 kg的鐵球示意圖，學生從數學的角度思考并畫出了如圖1乙所示的示意圖。

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甲 乙

圖1 示意圖

暫且不說學生畫的示意圖是否準確，學生作圖的過程實際上就是在找尋“質量與體積間的匹配關系的過程”，是學生選擇“相同標準”的過程。那么，質量和體積之間有著怎樣的“匹配關系”呢？有沒有更精確一點的、可以量化的經驗呢？筆者此時給學生演示了“堆硬幣”的游戲，讓學生從這個游戲的經驗出發進行猜想和假設：“同種物質質量與體積的比值不變?！比绱艘粊硗ㄟ^對教材中的導入情景的深度加工，很自然地完成了前文所述的三個教學環節。

學生的猜想有沒有依據呢？如何驗證呢？筆者認為不能直接按部就班地用教材，而應該和學生開啟一個探究之旅。

2.2 學生自主探究規律

在前面，通過對教材情境的深挖，學生已經有了“同種物質質量與體積的比值不變?！钡牟孪?，接下來的驗證應該開放一些，讓學生自己去選擇信息并進行深度加工。

（1）自主討論和設計實驗

設計實驗方案是進行科學探究中最為重要的一環，以學習小組為單位，學生相互討論不斷地使方案越來越科學、合理。圍繞著幾個問題反思，問題1：你為什么要這樣設計？問題2：這樣的方案找到的關系是否可靠？問題3：如何證明關系具有普適性？

通過自主討論和設計實驗的環節，讓學生自己發現運用“比值法”的實驗設計思想，在改進實驗方案的過程中通過陳述自己的依據，促進思維的發展。

（2）思考實驗中的問題

實驗是一個探索未知或驗證猜想之旅，所以在實驗過程中難免會出現“意外”，其實本節課的驗證性實驗就很容易出現意外。例如，在實驗過程中，有一組學生對體積不等的木塊進行實驗探究，結果得到了一組“不理想”的數據（如表1所示）。

表1 數據表

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而如果換上一組銅塊來實驗，則又是能夠與“猜想”一致的，為什么用木塊與猜想就不一致呢？當該組同學將問題拋出來以后，班級內部又有幾組同學發現了相同的問題，這恰是值得深度加工的“信息”。

于是筆者讓“成功”的小組與“失敗”的小組進行交流，交流后發現，實驗過程中天平有兩種，一種是分度值是0.5 g，一種分度值是0.2 g，再回到有問題的數據，學生發現在質量較小的時候比較不準確，癥因找到了——“實驗的誤差”。

這是一次診斷之旅，不僅僅最終驗證了自己的猜想，還培養了學生尊重實驗數據和實驗事實的科學態度。

2.3 反思中促進概念的正確建立

有了前面的經驗，定義“密度”變得順理成章，但是我們教師不應該直接拋出概念，可以設置一個反思性問題讓學生自己去揭秘。

問題：在其他條件一定的情況下，質量與體積的比值由什么決定？

通過問題的討論讓學生感受到質量與體積的比值可以揭示物質在統一比較標準下的本質屬性，在此基礎上用比值定義法建立“密度”的概念，接著再讓學生將自己實驗記錄下來的2組數據（一組木塊，一組銅塊）在坐標紙上描點連圖得到過原點的傾斜直線，“直觀地看到正比例”，進一步深化學生對概念的理解。

參考文獻：

[1]劉桂枝.分析教材，深度學習——《運動電荷在磁場中受到的力》教材分析與設計[J].物理教學探討，2015，33（5）：24—27.

[2]畢愛芹.《物質的密度》教學設計[J].物理教學探討，2007，25（1）：29—30.

（欄目編輯 劉 榮）