初中物理物質觀念的內涵分析及培養(yǎng)策略研究

胡家光，馬顯留

（1.文山學院，云南文山 663099；2.文山市第一初級中學，云南文山 663099）

物質觀念是中學物理核心素養(yǎng)之物理觀念的重要組成部分［1］。從某種意義上說，物理學研究的內容就是“物質探源”，物質觀念直指物理學的研究對象范疇，是物理觀念中最基本的內容。關于高中物理物質觀念的研究，其理論和體系已經趨于成熟［2-4］。但對于初中物理，由于缺乏基于核心素養(yǎng)的國家課程標準，關于初中物理核心素養(yǎng)問題的研究還處于探索階段［5-6］，已有的研究也主要是以教學設計案例為主，不管是理論層面還是指標體系，都還有很多問題沒有解決。因此，很多初中物理教師雖然對知識很熟悉，但仍不能透徹理解初中物理物質觀念的內涵，難以把握好知識與觀念之間的對應及升華關系，甚至教師自己都不能較好地構建起基于教師主體的物質觀念，導致在教學過程中很難落實核心素養(yǎng)的要求?；谝陨媳尘埃鶕钚碌某踔形锢碚n程標準，本文對物質觀念的內涵進行詳細分析和提煉，探討相應的教學策略，并創(chuàng)新性地提出通過創(chuàng)設初中物理本原性綜合問題情境構建學生物質觀念的設想，從理論及操作層面幫助初中物理教師落實核心素養(yǎng)的要求。

1 從物質概念到物質觀念

物質的概念首先屬于哲學范疇，定義為：不依賴于人類的意識而存在，并能為人類意識所反映的客觀存在，世界的本質是物質的［7］。與物理學中的其它概念不同，物質的概念并不算太抽象，因為生活中很多物質是可以被感知的。從微觀到宏觀再到宇觀，從低速物體到高速物體，從經典物理到現代物理，物質都貫穿始終。物質也是少有的能橫跨整個自然科學和人文科學的概念。

物質，是初中物理教學的三大主題之一，然而學生根本不知道如何定義物質。在初中物理中，因受學生認識水平的限制，教材中并沒有從物理學的視角對物質進行定義，而是默指構成物體的材料。學生能接觸到氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)等形態(tài)的物質，自然界中的物質形態(tài)也不是完全絕對的，物質形態(tài)在特定的條件下可以發(fā)生改變，而且溫度與物態(tài)變化的關系也是經常學習和計算的主題。古人提出物質這個概念，是對生活中看得見、摸得著的各種事物的抽象，科學家不斷探索新的物質形態(tài)和更加基本的內部結構，在很大程度上擴充了物質的內涵，從常見的宏觀物體，到分子、原子、電子、中子、質子、夸克等微觀粒子。從看得見摸得著的物體到看不見摸不著的場，都是大自然中的客觀存在。物質是運動的物，物體由物質構成，物質是基于時間和空間的范疇，而對運動和物體概念的辨析以及對時間和空間的討論又回到了許多物理問題研究的起點。這些概念或理論自己構成了一個純人工的、巧妙的圈套，層層嵌套，相互關聯(lián)，對現實生活現象準確無誤地描述和計算成了它們應當繼續(xù)發(fā)展下去的理由［4］。最終，物理學和生活中的很多問題，都可以用質量守恒定律來統(tǒng)一描述，并得出了質量就是能量的結論，大大刷新了人類對物質的認識，在這個過程中，對物質的理解也從概念上升到了物質觀念層次。

可以借鑒物理觀念的定義［1］，將物質觀念定義為對于物理學中物質相關問題的基本認識，是物質相關概念及規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華，是學生對與物質有關的各種現象和過程的理性認識，是關于物質的研究對象、過程、方法和結果在學生頭腦中整體的、概括的反映。學生的物質觀念表現為學生能自覺地應用物質的相關知識與思想去認識新的物理概念與規(guī)律，解釋特定的物理現象，分析和解決有關的物理問題的思維習慣和自我意識。

從初中物理的知識結構分析，物質觀念可以從物質的形態(tài)和變化、物質的屬性、物質的結構與尺度、新材料及應用四個層面進行構建。

2 物質觀念的內涵及培養(yǎng)策略

與上述物質觀念的四個層面相對應，可以得出物質觀念的四個子觀念：物質的形態(tài)和變化觀、物質的屬性觀、物質的結構與尺度觀、物質的應用及制造觀。

2.1 物質的形態(tài)和變化觀

內涵：（1）宇宙是由物質構成的，物質的形態(tài)多種多樣，常見的形態(tài)為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，在一定條件下，物質的形態(tài)會發(fā)生轉化，并伴隨著吸熱或者放熱過程。（2）電流和磁體周圍存在磁場，磁場是物質，光也是物質，電流或磁體間的相互作用是以磁場為媒介的。

培養(yǎng)策略：可以發(fā)現，物質的形態(tài)和變化觀念涉及的知識范圍跨度較大，以最新的人教版初中物理教材為例，其知識覆蓋八年級上冊和九年級教材的內容，知識碎片化的特征較為明顯，僅按正常的教學模式，學生很難構建起相應的觀念。因此，對于物質的形態(tài)和變化觀念的構建，除了在正常的教學中進行外，更重要的是需要在中考第一輪復習中進行。在這個階段，可以通過創(chuàng)設本原性綜合問題情境的方式幫助學生構建觀念，如表1 所示。在教師的指導下，學生利用已學過的物理學知識對本原性綜合問題進行探究，進一步提升從知識到觀念的升華水平，同時也能有效地提高中考第一輪復習的效果。

表1 基于物質的形態(tài)和變化觀念構建的本原性綜合問題情境

2.2 物質的屬性觀

內涵：（1）物質均具有物理屬性（統(tǒng)計學范疇），如彈性、磁性、導電性和導熱性等；（2）質量是物體的基本物理屬性，質量與物體的狀態(tài)、形狀以及空間位置的變化無關，物體狀態(tài)變化過程中以及分裂或聚合時質量是守恒量；（3）密度是物質的基本物理屬性，影響物質密度的主要因素是壓強和溫度；（4）電荷也是物質屬性的范疇，電荷可以轉移，對于一個孤立系統(tǒng)，不論發(fā)生什么變化，其中所有電荷的代數和永遠保持不變。

培養(yǎng)策略：對“物質屬性”的教學，應通過實驗來了解物質的物理屬性，并介紹人類關于物質屬性的研究對日常生活和科技進步的影響；對“質量”的教學，應通過探究活動了解質量的特點，并對質量單位的大小有感性認識，同時，將與“質量定義”相關的物理學史引入課堂，在天平的使用中加強對質量的理解；引入密度的概念需要用實驗探究來逐步建立，并強調比值定義法應注意的問題，同時，多展示密度的應用；對“電荷”的教學，要注重趣味型案例與課堂的結合，演示實驗與探究活動相結合的方式，利用動態(tài)多媒體資源展示抽像的物理過程。此外，創(chuàng)設本原性綜合問題情境進行教學，如表2所示。

表2 基于物質屬性觀念構建的本原性綜合問題情境

2.3 物質的結構與尺度觀

內涵：（1）分子與原子是組成常見物質的微觀粒子；（2）分子和原子模型是不同的；（3）物質世界是從微觀（原子世界）一直延伸到宏觀（宇宙）尺度。

培養(yǎng)策略：對于分子與原子的教學，建議在教學后期補充化學課程中的“分子是能單獨存在并保持物質化學性質的最小微粒”以及“分子由原子構成，原子是組成元素的最小單元，是化學變化中的最小微?！钡葍热?，以幫助學生區(qū)分分子與原子；對于分子模型的教學，要引導學生進行猜想，然后收集證據證實這種猜想，可將分子類比于乒乓球，并介紹顯微鏡在拓展人類視覺范圍方面的作用，在分子動理論的教學中要使用等效模型實驗進行對比；對于原子模型的教學，需要將原子模型的科學史、圖片、動畫和視頻資料相結合進行教學；對于物質世界尺度的教學，要注重教學資源的科幻性和趣味性，通過尺度對比向學生展示物質世界的尺度范圍。此外，創(chuàng)設本原性綜合問題情境進行教學，如表3所示。

表3 基于物質的結構與尺度觀念構建的本原性綜合問題情境

2.4 物質的應用及制造觀

內涵：（1）利用某些物質屬性，可以為人類生活產生重大影響；（2）只要能控制分子或者原子的運動，就能制造出想要的物質，但新物質的制造可能會造成環(huán)境污染，所以要合理利用資源。

培養(yǎng)策略：采用多媒體教學資源進行教學，并讓學生自己收集關于新材料的資料，以小組的形式撰寫小論文或者制作多媒體課件進行展示。此外，創(chuàng)設本原性綜合問題情境進行教學，如表4所示。

表4 基于物質的應用及制造觀念構建的本原性綜合問題情境

3 結語

物質觀念是初中物理觀念構建的重點與難點，教師必須超越對具體知識的教學，首先從本文分析的四個層面構建起基于教師主體的物質觀念，打通物理知識與物質觀念之間的關系，才能在教學中以知識為載體，通過創(chuàng)設本原性綜合問題情境，引導學生通過高水平的思維和學習活動，學會從物質的視角來分析相關的物理現象與問題，構建起以學生為主體的物質觀念，從而落實核心素養(yǎng)的要求。