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1、关于关于“压强压强”教材内容的研究教材内容的研究2014年年9月月19日上午应邀为南京市全体初中物理教师做讲座日上午应邀为南京市全体初中物理教师做讲座研究对象：研究对象：刘炳升，李容，义务教育课程标准刘炳升，李容，义务教育课程标准 实验教科书实验教科书物理物理8年级下册年级下册， 凤凰出版传媒集团江苏科技出版社凤凰出版传媒集团江苏科技出版社 出版，出版，2007年年12月第月第2版，版，76-80关于关于“压强压强”教材研究的几个问题教材研究的几个问题1、压力究竟应该如何定义呢？、压力究竟应该如何定义呢？2、压强是压力的作用效果吗？、压强是压力的作用效果吗？ 3、教材文本应作怎样处置呢？、教材
2、文本应作怎样处置呢？1、压力究竟应该如何定义呢？、压力究竟应该如何定义呢？关于关于“压力压力”概念的概念的教材呈现教材呈现图图1活动活动 10.1 观察与作图观察与作图 要求画出图中作用力的示意图要求画出图中作用力的示意图 图图2F1F1 要求总结这两个力的共性特征要求总结这两个力的共性特征 图图3F1F1垂直作用于物体表面垂直作用于物体表面 教材对这两个力作概括性描述教材对这两个力作概括性描述 想一想，所画力的示意图有何共同点？想一想，所画力的示意图有何共同点？ 这些力都垂直作用于物体表面，这些力都垂直作用于物体表面， 注：注：红色的这段文字在教材呈现中被加粗。红色的这段文字在教材呈现中被加
3、粗。 这种垂直作用于物体这种垂直作用于物体表面的力叫做压力。表面的力叫做压力。关于关于“压力压力”概念的概念的错误理解错误理解 对于对于“压力压力”概念，一种概念，一种较为普遍的错误理解是把教材较为普遍的错误理解是把教材当当中的中的“这种垂直作用于物体表面的力叫做压力这种垂直作用于物体表面的力叫做压力”这段文字这段文字误当做误当做“压力压力”概念的定义。概念的定义。 教学实践中常见到涉及教学实践中常见到涉及“压力压力”概念的一道习题概念的一道习题 习题：习题：垂直作用于物体表面的力叫做垂直作用于物体表面的力叫做 。 压力压力关于关于“习题习题”判错的判错的相应依据相应依据 对于对于“习题习题”
4、及其解答之所以判错，是因为及其解答之所以判错，是因为“垂直作用垂直作用于物体表面的力于物体表面的力”不一定是不一定是“压力压力”。 习题：习题：垂直作用于物体表面的力叫做垂直作用于物体表面的力叫做 。 压力压力 如图如图4 所示，接地导体板处在点电所示，接地导体板处在点电荷荷Q 的电场中，其所受电场力的电场中，其所受电场力 F3 显然显然不能被称作为是不能被称作为是“压力压力”，但同样具备，但同样具备着着“垂直于物体表面垂直于物体表面”的下相应特征。的下相应特征。图图4F3关于关于“教材教材”呈现的呈现的正确解读正确解读 “教材教材”呈现的回顾：呈现了呈现的回顾：呈现了“锤对钉的作用力锤对钉的
5、作用力F1”和和“运动员对平衡木的力运动员对平衡木的力F2”后指出后指出“这种垂直作用于物体表这种垂直作用于物体表面的力叫做压力面的力叫做压力”。 “教材教材”并没有说：并没有说：“垂直作用于物体表面的力叫做压垂直作用于物体表面的力叫做压力力”，“教材教材”是说：是说：“（像（像F1和和F2）这种这种垂直作用于物体垂直作用于物体表面的力叫做压力表面的力叫做压力”，其言外之意是，其言外之意是“（像如图（像如图4 所示的电所示的电场力场力F3）那种那种垂直作用于物体表面的力就不能叫做压力垂直作用于物体表面的力就不能叫做压力”。 “教材教材”中的中的“这种垂直作用于物体表面的力叫做压力这种垂直作用于
6、物体表面的力叫做压力”这段文字其实不是揭示这段文字其实不是揭示“压力压力”概念内涵的定义，而只是概念内涵的定义，而只是展现展现“压力压力”概念外延的陈述。概念外延的陈述。 “教材教材”中的中的“这种这种垂直作用于物体表面的力叫做压力垂直作用于物体表面的力叫做压力”这段文字其实不是揭示这段文字其实不是揭示“压力压力”概念内涵的定义，而只是概念内涵的定义，而只是展现展现“压力压力”概念外延的陈述。概念外延的陈述。左手拿出小公鸡左手拿出小公鸡动动 作作配配 音音这只家禽有两条腿这只家禽有两条腿右手拿出老母鸡右手拿出老母鸡这只家禽也有两条腿这只家禽也有两条腿举起上述两只鸡举起上述两只鸡这种这种有两条腿
7、的家禽叫做鸡有两条腿的家禽叫做鸡关于关于“教材教材”呈现的呈现的相关类比相关类比关于关于“压力压力”概念的概念的习惯称谓习惯称谓 “压力压力”的称谓习惯上被赋予的称谓习惯上被赋予“处在上方的物体对其下处在上方的物体对其下方物体方物体方向向下方向向下而而持续作用持续作用的弹力的弹力”（生活语境生活语境）。）。 图图5中：中：（c）图图5C瞬间瞬间作用于作用于C的弹力的弹力 f4 叫叫“冲击力冲击力”。f4f2桌面对桌面对A的弹的弹力力 f2 叫叫“托力托力”；f1A对桌面的弹力对桌面的弹力 f1 叫叫“压力压力”；f3水平作用于水平作用于B的弹力的弹力 f3 叫叫“推力推力”；压强语境压强语境统
8、称压力统称压力关于关于“压力压力”概念的概念的正确定义正确定义 “压力压力”是按是按“效果效果”命名的力而不是按命名的力而不是按“性质性质”命名命名的力，所以不一定非得给出用于揭示其内涵的严格定义。的力，所以不一定非得给出用于揭示其内涵的严格定义。 “垂直作用于物体表面垂直作用于物体表面”绝非是绝非是“压力压力”概念的本质内概念的本质内涵，与之相比而更为本质的内涵是涵，与之相比而更为本质的内涵是“由于物体的弹性形变而由于物体的弹性形变而产生产生”，其性质是，其性质是“弹力弹力”。 若非得给若非得给“压力压力”下定义，则正确的定义方式应为如下下定义，则正确的定义方式应为如下所述的所述的“属加种差
9、属加种差”的定义，即：能够产生的定义，即：能够产生“压压”的作用的作用“效果效果”的的“弹力弹力”叫做叫做“压力压力”。2、压强是压力的作用效果吗？、压强是压力的作用效果吗？关于关于“压强压强”概念的概念的教材呈现教材呈现活动活动 10.2 探究压力的作用效果探究压力的作用效果图图6 观察图观察图6，小明在沼泽地中陷得较深，说明压力作用，小明在沼泽地中陷得较深，说明压力作用效果较明显。压力作用效果可能与哪些因素有关呢？效果较明显。压力作用效果可能与哪些因素有关呢？观察观察体验体验猜想猜想检验检验实验结果实验结果 通过实验可知：当受力面积相同时，压力越通过实验可知：当受力面积相同时，压力越 （大
10、（大/小），压力的作用效果越明显；当压力相同时，受力小），压力的作用效果越明显；当压力相同时，受力面积越面积越 （大（大/小），压力的作用效果越明显。小），压力的作用效果越明显。 物体单位面积上受到的压力叫做压强（物体单位面积上受到的压力叫做压强（pressure）。）。压强压强 = 受力面积受力面积压力压力关于关于“压强压强”概念的概念的呈现本意呈现本意揣摩教材专家关于揣摩教材专家关于“压强压强”概念的呈现本意概念的呈现本意 显然是将显然是将“压强压强”概念作为概念作为“压力的作用效果压力的作用效果”来呈来呈现，即现，即“压强压强” = “压力的作用效果压力的作用效果”关于关于“压强压强”概
11、念的概念的本意质疑本意质疑相关质疑：相关质疑： 压强是压力的作用效果吗？压强是压力的作用效果吗？ 压强的物理意义究竟为何？压强的物理意义究竟为何？笔者观点：笔者观点：“压强压强” = “压力的压力的作用强度作用强度”“压强压强” = “压力的压力的作用效果作用效果”关于关于“压强压强”概念的概念的本意分析本意分析“压强压强” = “压力的压力的作用效果作用效果”“压强压强” = “压力的压力的作用强度作用强度”“压强压强” = “压力的压力的作用效果作用效果”直接称其直接称其“压效压效”“压强压强” = “压力的压力的作用效果作用效果”“要素要素”体系增大体系增大 我们通常会把作用分摊到我们通
12、常会把作用分摊到“基本单位基本单位”上而将其称作上而将其称作为为“作用强度作用强度”。关于关于“压强压强”概念的概念的本意类比本意类比“压强压强” = “压力的压力的作用强度作用强度”“压强压强” = “压力的压力的作用效果作用效果”老张老张1小时搬小时搬800块砖块砖老李老李1分钟搬分钟搬200块砖块砖老张老张“劳动劳动总量总量”多多老李老李“劳动劳动强度强度”大大把把“x”分摊到分摊到“基本单位基本单位”上后通常称其为上后通常称其为“x的强度的强度”把把“压力压力”分摊到分摊到“单位面积单位面积”上后称作上后称作“压压力力的的强强度度”关于关于“压强压强”概念的概念的智慧呈现智慧呈现“压强
13、压强” = “压力的压力的作用强度作用强度”“压强压强” = “压力的压力的作用效果作用效果”智慧呈现智慧呈现？ 教材专家抓住教材专家抓住“效果效果”概念的概念的“非客观性非客观性”特征，采用特征，采用了基于了基于“效果效果”概念的概念的“非主流设定非主流设定”方式，智慧的给出了方式，智慧的给出了关于关于“压强压强”概念的这种可以被接受与认可的呈现方式。概念的这种可以被接受与认可的呈现方式。关于关于“效果效果”概念的概念的特征剖析特征剖析 “效果效果”，是在主观诉求的基础上对客观情况的某种表达，是在主观诉求的基础上对客观情况的某种表达与反映与反映 正因为如此，总能设定（正因为如此，总能设定（主
14、流设定主流设定或或非主流设定非主流设定）出某种）出某种“效果效果”而令而令“压强压强”能够对其作相应的表达与反映。能够对其作相应的表达与反映。 若设定与若设定与“使施力物陷入相同材质受力物尽可能深使施力物陷入相同材质受力物尽可能深”的主的主观诉求相对应的观诉求相对应的“效果效果”，则引入，则引入“压强压强”概念而定量描述这概念而定量描述这种种“效果效果”便显得恰如其分了。便显得恰如其分了。关于关于“效果效果”概念的概念的实例表达实例表达 针对针对“面包面包”的两种客观操作：第一，手掌把面包压扁；的两种客观操作：第一，手掌把面包压扁；第二，细针把面包穿透。第二，细针把面包穿透。 针对针对“面包面
15、包”的两种主观诉求：第一，为了把大面包放进的两种主观诉求：第一，为了把大面包放进小袋子内；第二，为了以穿进面包深度的比拼而在儿童游戏中小袋子内；第二，为了以穿进面包深度的比拼而在儿童游戏中取胜。取胜。第一种主观诉求：第一种主观诉求：第一种操作效果更好。第一种操作效果更好。第二种主观诉求：第二种主观诉求：第二种操作效果更佳。第二种操作效果更佳。3、教材文本应作怎样处置呢？、教材文本应作怎样处置呢？关于关于“压力压力”概念的概念的教学要点教学要点 要点要点1：别把别把“这种垂直作用于物体表面的力叫做压力这种垂直作用于物体表面的力叫做压力”当作当作“压力压力”概念的定义进行解读。概念的定义进行解读。
16、 要点要点2：别用别用“垂直作用于物体表面的力叫做垂直作用于物体表面的力叫做 ”当作当作“压力压力”概念的巩固练习来做。概念的巩固练习来做。 要点要点3：是否把是否把“压力压力”概念的概念的“两种语境两种语境”说破应该视说破应该视教学现场的状况和教学要求的掌控而定。教学现场的状况和教学要求的掌控而定。关于关于“压力压力”概念的概念的两种语境两种语境 生活语境：生活语境：若把图若把图5中的中的 f1、f2、f3、f4 统称为统称为“压力压力”确确实有点实有点“别扭别扭”。 因为这将派生出因为这将派生出“压强压强”、“托强托强”、“推强推强”、“冲击冲击强强”等怪怪的称谓。等怪怪的称谓。 压强语境
17、：压强语境：若不把图若不把图5中的中的 f1、f2、f3、f4 统称为统称为“压力压力”将会更将会更“别扭别扭”。关于关于“压强压强”概念的概念的教学要点教学要点 既然教材在既然教材在“效果效果”的的“非主流设定非主流设定”背景下把背景下把“压强压强”概念当作概念当作“压力的作用效果压力的作用效果”而给出智慧呈现，那么相应的教而给出智慧呈现，那么相应的教学处置就应该关注到学处置就应该关注到“效果效果”的精细而精准设定。的精细而精准设定。 “效果效果”设定设定1：“施力物陷入受力物深度施力物陷入受力物深度” “效果效果”设定设定2：“施力物陷入相同材质受力物深度施力物陷入相同材质受力物深度” ？
18、 ！参见参见“第零猜想第零猜想”引发的引发的“尴尬尴尬”发表于发表于物理之友物理之友2014年第年第3期期关于关于“压强压强”概念的概念的教学处置教学处置问题准备：问题准备： 问题问题1：图图10.2（即本文中的图（即本文中的图6）中的两位同学你们见）中的两位同学你们见过吗？过吗？ 问题问题2：男同学叫小明，女同学叫什么？男同学叫小明，女同学叫什么？ 问题问题3：小明和小华分别站在什么上面？小明和小华分别站在什么上面？ 关于关于“压强压强”概念的形成，一种处置方式是以一个概念的形成，一种处置方式是以一个“问题问题串串”而用而用“设问设问与与应答应答”方式对学习主体实施启迪。方式对学习主体实施启
19、迪。 问题问题4：小明和小华对所踩着的物体的压力大小大概有怎小明和小华对所踩着的物体的压力大小大概有怎样的关系？样的关系？ 问题问题5：小明和小华陷入所踩着的物体的深度对比如何？小明和小华陷入所踩着的物体的深度对比如何？ 问题问题6：比较陷入不同材质物体的深度，这样的比较合理比较陷入不同材质物体的深度，这样的比较合理吗？吗？ 问题问题7：如果把小华脚下的木板看作是她的鞋底，这时两如果把小华脚下的木板看作是她的鞋底，这时两人所踩着的物体材质相同吗？人所踩着的物体材质相同吗？ 问题问题8：上述处置方法的本质是什么呢？上述处置方法的本质是什么呢？ 问题问题9：当压力作用于相同材质的物体时，施力物陷入
20、受当压力作用于相同材质的物体时，施力物陷入受力物的深度可以反映压力作用的效果吗？力物的深度可以反映压力作用的效果吗？ 问题问题10：若对效果作上述界定，压力作用的效果与什么因若对效果作上述界定，压力作用的效果与什么因素有关、有怎样的关系呢？素有关、有怎样的关系呢？理答准备：理答准备： 理答理答1：在本册教材中两位同学已经分别在在本册教材中两位同学已经分别在P2、6、8、12、26、57、58、63、65这这9页书中出场过页书中出场过10次。另外，男同学还次。另外，男同学还在在P17、25、55页单独出场页单独出场3次，女同学还在次，女同学还在P47、48页单独页单独出场过出场过2次。我们已经是
21、老朋友了。次。我们已经是老朋友了。 理答理答2：前面都是以前面都是以“无名英雄无名英雄”的身份出场，这次男同的身份出场，这次男同学的名字终于亮出来了学的名字终于亮出来了叫小明，可女同学却继续与我们玩叫小明，可女同学却继续与我们玩深沉深沉我们不妨叫她小华吧。我们不妨叫她小华吧。 理答理答3：小明站在沼泽中，小华站在木板上。小明站在沼泽中，小华站在木板上。 理答理答4：压力大小分别等于各自的重力大小而大致相等。压力大小分别等于各自的重力大小而大致相等。 理答理答5：小明陷入沼泽深度齐小腿肚小明陷入沼泽深度齐小腿肚惨不忍睹；小华惨不忍睹；小华陷入木板深度可以忽略陷入木板深度可以忽略洋洋自得。洋洋自得。 理答理答6：不合理。不合理。 理答理答7：相同，都是踩在沼泽中。相同，都是踩在沼泽中。 理答理答8：控制变量法。控制变量法。 理答理答9：可以。可以。 理答理答10：（略）（略） 压强有方向？压强是矢量？压强有方向？压强是矢量？ 矢量矢量 ？ 矢量矢量 ！关于关于“压强压强”定义的定义的潜在认同潜在认同定义定义物体单位面积上受到的压力叫做压强（物体单位面积上受到的压力叫做压强（pressure）。）。压强压强 = 受力面积受力面积压力压力问题问题认同认同 压强压强 = 受力面积受力面积压力压力压强压强 = 受力面积受力面积压力压力大小大小潜在潜在认同认同谢谢大家！谢谢大家！
