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关于苏科、人教两教材中压力作用效果与压强问题处理比较研究

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  摘 要:初中物理教学中,一般对于压力的作用效果是定性分析,压强则是定量计算,它们实际上不是同一概念.但由于教材的有意或无意的忽视,使得很多学生甚至部分教师认为压强就是压力的作用效果,让人很是遗憾.
中国论文网 http://www.xzbu.com/9/view-8417518.htm
  关键词:压力的作用效果;压强;被压物体
  一、问题的提出
  压强是一个比较抽象的物理量,人教版和苏科版教材都从探究影响压力作用效果的实验切入,得出压强的概念和公式.但这样的处理方式却带来了严重的问题,导致学生对于压强与压力的作用效果完全混为一谈,最终酿成苦果.
  如图1中所示,将小桌分别放在木板和海绵上,再加上相同的钩码,则图甲和图乙的压力作用效果(填“相同”或“不同”).
  错误解析:由于压力与受力面积均相同,所以压强相同,压力作用效果即压强,因此图甲和图乙的压力作用效果相同.
  正确解析:压力属于弹力的一种,此时对于压力来说力的作用效果指的是物体的形变(另一效果是改变物体的运动状态),由甲、乙两图明显可知木板形变量小而海绵形变量大,因此两者作用效果不同.
  在此案例中,学生遇到此类问题时绝大多数都会按照错误解析去判断,一方面因为学生的思维局限了他们的分析能力没有联系到压力属于弹力,从力的作用效果去分析;另一方面由于教材的处理方式太简陋,误导学生认为压强即压力作用效果.笔者仔细研析了苏科和人教版教材,发现其中处理过程比较粗糙.
  二、教材�O定不足之处的分析
  1.关于被压物体的设定
  教材之中研究压力作用效果时所采用的被压物体都是相同的,如苏科图2和人教图3所示,均采用同一被压物体沼泽地或雪地,通过引导学生观察下陷程度(也就是形变程度)来比较压力的作用效果,即被压物体形变程度来表征压力作用效果.教材此处设置的目的是好的,通过观察现象,发现受力面积不同从而去提出猜想:压力的作用效果可能与受力面积有关,此时还可以进一步引导学生思考压力的影响.但该设置却避开了压迫不同物质时的情况,也为后面的教学造成了障碍.
  2.压力作用效果与压强关系设定
  教材通过实验探究得出结论:压力的作用效果与压力F和受力面积S有关,即S一定,F越大,其效果越明显;F一定,S越小,其效果越明显.这里运用了控制变量的思想来研究影响压力作用效果的因素,然后直接给出了压强的定义,处理手段很粗糙,给学生造成了这样一种误解:压力的作用效果即压强,并且经历了上述实验的探究,这种错误观念变得根深蒂固.抛出压强之后,苏科版教材不再关注压力作用效果,转而研究压强,给人一种偷换概念的感觉;人教版则稍微做了补救措施,结论之后加了一句压强越大,压力产生的效果越明显,比较含蓄地指出压强与压力作用效果并不是同一概念,具体两者如何区分和关联也没有详细交代.
  三、教材不足之处的完善方法
  1.完善压力作用效果实验的分类研究
  该实验的基本思想是控制变量,教材中不约而同控制F或S,改变S或F,这是直接提出影响因素,其实还隐含着被压物体也是相同的,通过比较被压物体形变程度得出压力作用效果与F和S有关.
  基于此,那么大可设计另一类实验如图1中所示,控制F和S不变,改变被压物体,同样进行观察形变大小进而判断压力作用效果,可知木板是微小形变,海绵形变量大,此时对海绵的压力作用效果更明显.
  综述,压力的作用效果取决于被压物体的形变,这与教材中观点一致,并无异议.
  2.完善压强与压力作用效果之间的关系
  教材引入压强这一概念,是用来反映物体单位面积上所受压力的作用效果,用公式表述为p=F/S.而如果像图1中所示此时单位面积上所受压力相同,那么此时压力作用效果相同吗?从力的作用效果来看明显不同,而从教材定义来看相同,造成前后知识矛盾,让学生无所适从.此时应该注明压强可以明确表征在同一物体单位面积上所受压力的作用效果,这样就避免了上述问题;而对于不同被压物体,则采用下述解决方案.
  其次,应该交代压强与压力作用效果不是同一概念,压强是压力的作用强度.同样的压力强度,对于抗压能力不同的物体,其各自的形变量是不同的,抗压能力强则形变量小,压力作用效果不明显;而抗压能力弱的自然形变量大,压力作用效果明显.即压强并不等同于压力的作用效果,压强也许很大,但针对不同物体其效果则可能大不相同.
  总之,针对压强与压力的作用效果应该抓住本质,即:压强是压力的作用强度,这是由F与S所决定的,跟被压物体无关,强度就是这么大,其值是固定不变的;而压力的作用效果,其实质是压力改变物体的形变程度,对于抗压性不同材料的物体,它们形变的程度是不一而同的,这样就能有效解决图1带来的困惑.所以,最终判断压力作用效果时应从被压物体形变程度着手,而非压强大小.
  四、结束语
  初中物理教学是奠定学生科学素养的关键时期,对于抽象而复杂的问题可以不用过多涉及,但不能似是而非或者回避问题,给学生带来不良后果,以至于后期需要花费更多的精力和时间来矫正本可以避免的问题.因此,教师需要认真研读教材,但不可盲目迷信教材,应钻研探究,勇于直面现实,通过更好的理解教材、应用教材来服务教学.
  参考文献:
  [1]刘炳�N,李容.义务教育教科书物理八年级下册[M].南京:江苏科学技术出版社,2012:76-78.
  [2]彭前程.义务教育科教书八年级下册[M].北京:人民教育出版社,2012:29-30.

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