定性与定量思想在初中物理课堂中的实践研究

    马晓勤

    

    

    

    [摘要]定性和定量研究是教学研究的两条重要思路，在物理教学研究中需要将两者有机结合起来才能发挥最大效能。文章结合《浮力》教学，从四方面“①基于前概念，定性分析建立浮力概念;②基于体验与实验，定性与定量相结合测量浮力;③基于观察实验，定性分析影响浮力大小的因素;④基于实验探究，定量研究阿基米德原理”，对定性与定量研究相結合的物理教学进行探讨。

    [关键词]定性;定量;初中物理;浮力

    [中图分类号]G633.7 [文献标识码]A [文章编号]1674-6058（2020）05-0043-02

    学生刚接触初中物理时，主要是应用定性的方法，观察和研究自然界及人类活动中的一些物理现象、物理问题，随着物理学习进程的深入，定量研究的方法逐渐渗透到物理学习之中。定性和定量相结合的方法是物理学习的重要方法，积极而有效地运用好这两种研究方法，对发展学生的思维能力、培育学生的学科核心素养有着重要的意义。

    一、定性与定量研究相结合的要义解读

    定性研究与定量研究是人们认识事物和研究事物发展规律的两条主线，各自包含着一系列具体的研究方法。一般认为，定性研究主要以现象学为理论基础，运用字词、文本、叙述、图片等收集和分析世界的非数字表征，它被认为是一种假设生成研究。它是通过研究者对事物进行深入的观察、体验、比较、分析和归纳，从而获得对事物的认识的过程。定量研究是指研究者事先建立假设并确定具有因果关系的各种变量，然后使用某些经过检测的工具对这些变量进行测量和分析，从而验证研究者预定的假设。

    从学生学习物理的认识规律来看，通常是先进行定性认识，直观地观察和体验，从多维度、多视角整体把握事物的全貌;而后进行定量分析研究，依靠准确的数据定量分析，认识事物，同时又为新的定性认识打好基础。两类研究各有优势，各有局限，侧重点不同。定性研究侧重于从质的方面认识事物，而定量研究侧重于从事物的局部、某个方面进行测量与分析。

    二、定性与定量研究相结合的教学案例

    苏科版物理八年级《浮力》教学内容，既有浮力概念的建立，又有浮力定量计算的规律，教学中需要定性与定量两类研究相互结合，交叉应用。

    1.基于前概念，定性分析建立浮力概念

    【教学片段1】

    引入：一个乒乓球引发的思考……

    师：图1、图2中乒乓球受重力作用，为什么没有下落？

    生：是手和球拍托起了乒乓球。

    师：那图3是什么托起了乒乓球？

    生：水。

    师：这个向上的托力通常称为浮力。为什么军舰能浮在水面上，热气球能浮在空中？

    生：因为受到水和空气的浮力。

    归纳：浸在液体或气体里的物体，受到液体或气体向上的托力，叫作浮力。

    教师利用学生已有的知识，引导学生观察乒乓球托在手上和球拍上的现象，运用对比、观察的定性分析方法，进行知识迁移，使学生模糊的前概念清晰化，巧妙地帮助学生建立起浮力的概念，领悟现象背后蕴藏的物理规律。

    2.基于体验与实验，定性、定量相结合测量浮力

    【教学片段2】

    师：浮在水面的物体都受浮力作用，那么沉底的物体是否受到浮力呢？

    生：受浮力。游泳时身体会变轻;不受浮力，若有浮力它会漂起来。

    体验：分别在空气中和水中提起相同重物，感受手的拉力的变化。

    生：在水中，感觉物体变轻了，说明物体受到了浮力。

    师：仅凭感觉是否可靠？能否用数据精确判断？

    设计并完成实验：（1）下沉物体是否受到浮力？（2）测出下沉物体受到的浮力的大小。

    学生活动：（1）用弹簧测力计测出物体重力G，再将物体浸在水中，发现弹簧测力计的示数变小，说明下沉物体受到浮力;（2）测出物体的重力G，读出物体浸在水中时弹簧测力计的示数F，G-F即为浮力的大小。师生共同归纳，称重法测浮力：F浮=G-F。

    在浮力概念的基础上设置问题：下沉的物体是否受到浮力？这个问题具有一定的挑战性，属于学生平常没有思考过的问题，因而引发了学生深入思考。为此，教师首先引导学生进行亲身体验，感受在空气和水中提起物体所用力的不同，形成一个初步的定性认识。用实验的方法直接采集实验数据，定量分析在空气和水中提物体用力的大小，从而确立了F浮=G-F的定量关系，学会了测量浮力的基本方法。

    3.基于观察实验，定性分析影响浮力大小的因素

    【教学片段3】

    师：浮力的大小与哪些因素有关？

    师生共同进行实验，物体逐渐浸入水的过程中，观察弹簧测力计示数的变化情况，进而分析浮力的变化情况。

    生：弹簧测力计示数不断减小，浮力不断增大;水位升高，物体浸入水中的体积变大。

    师：物体浸没后继续下降，浮力是否变化？

    生：弹簧测力计示数不变，浮力不变，浮力与浸入的深度无关。

    结论：浮力与排开液体的体积有关，排开液体的体积越大，浮力越大;浮力与浸入的深度无关。

    播放视频：人漂浮在死海中看书。师：人可以漂浮在死海中，而在水中会沉下去，是什么原因？

    生：死海的盐分高，密度大，浮力大。

    教师安排学生实验，探究液体的密度增大时物体受到的浮力是否增大？在如图4装置中，学生逐渐向水中加盐并搅拌，发现弹簧测力计的示数逐渐减小，当盐加到一定程度时，弹簧测力计的示数变为零，物体直接漂浮在液面上。得出初步结论：浮力与液体密度有关，液体密度越大，浮力越大。

    如何引导学生对影响浮力大小的因素进行有效猜想是教学中的一个难点。毫无目标、毫无根据地随意乱猜是没有意义的，实质只能是“伪猜想”。学生提出自己的猜想要有依据、有理由，教师安排师生共同实验，为学生提供第一手感性材料，支撑学生的猜想，在观察实验现象的同时，运用定性分析的方法研究影响浮力大小的因素，证明或证伪相关因素，使目标逐渐实现。

    4.基于实验探究，定量研究阿基米德原理

    【教学片段4】

    师：在测量浮力大小的实验中，发现物体逐渐浸入水的过程中，水位上升，那么浮力与被它排开的这部分液体可能存在什么关系？（从单位出发进行定性分析）

    生：浮力可能与被它排开的这部分液体的重力有关。

    设计实验方案：（1）测量浮力的大小;（2）测量排开液体的重力。

    学生讨论交流，第一步，称重法测出浮力，F浮=G-F;第二步，测量空杯的重力;第三步，用溢水杯收集排开的液体，测量杯与排开水的总重力;第四步，计算排开水的重力，再与浮力大小进行比较。实验数据记录在下表中：

    学生小组合作，完成实验，得出结论：浮力和它排开液体的重力相等，即F浮=G排液进一步运用公式推导，F浮=G排液=m=排液g=p液gV排液，这样就确定了浮力与液体密度、排开液体体积的定量关系。

    在前述“定性分析影响浮力大小的因素”的基础上，启发学生探究浮力与排开液体重力之间的定量关系，从而将初步的定性关系进一步明确、发展为浮力与排开液体体积和液体密度之间的定量关系。整个探究过程将定性分析作为科学探究的前提和基础，教学过程流畅，体现了科学探究的严谨性与严密性，学习进程得以拾阶而上，学生思维得以逐步深化。

    三、结束语

    《浮力》这一课例，充分体现了定性分析与定量研究相互结合在物理教学中的重要作用。定性与定量两条研究思路，它们的理论基础不同，研究方法不同，“定性研究为定量研究提供框架，而定量研究又为进一步为定性研究创造条件。”在研究复杂的、多元的物理问题过程中，需要将定性分析与定量研究有机地结合起来，克服各自的不足与弊端，发挥各自的长处与优势，互为补充、互相支持。要注意的是，两种研究思路的结合运用，不是简单、机械的“1+1”模式，而是要具体分析研究对象的性质、研究问题的内容，以及要实现的研究目标、达到的研究目的等。