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物理概念是反映物理现象及规律的本质属性的思维形式。它是物理量之间的本质联系和规律，是整个物理学的核心，其最基本特征是抽象性和概括性。所谓比值定义法，就是用两个或多个物理量间的比值来定义一个新的物理量的方法，适用于反映物质属性、物体运动特征或外在作用的概念定义。现在，初中物理新教材中利用比值定义法构建物理概念已经很常见，比如速度、密度、压强、功率、比热容、电流和电阻等，许多教学论文对此也有阐述。但为什么用比值来定义一些概念？比值定义法与控制变量法有什么区别和联系？这些问题都没有阐述清楚。结合教学实例谈谈笔者的理解与看法。
比值定义法与控制变量法的联系
19世纪俄国教育家乌申斯基说过：“比较是一切理解和思维的基础。”比较法是控制变量法和比值定义法的理论基础，所谓比较法，是指找出事物之间的差异点和共同点的思维过程和方法，是抽象和概括的前提条件，是物理学的常用方法。比较法既可以引起学生对科学探索的兴趣，也是发展学生智力、培养学生能力的有效途径。而比较，必须在统一标准下才能进行，否则比较将失去意义。这就需要对实验的条件进行了控制，改变某一个自变量，其他自变量不变，以便找出因变量与某个自变量的关系。这就是我们常用的控制变量法。但若所有的自变量都不同又该如何比较呢？其核心思想是要建立统一的标准，在物理概念中，这种标准就是单位物理量。所以，可以通过比较这些自变量间的比值来构建物质间的内在联系，这就是比值定义法。从控制变量法到比值定义法是一个逐步深化的过程。
学生学习物理概念时都有一个逐步深化的过程，需要教师在教学中遵循循序渐进的原则。例如：在速度的概念教学中，怎样比较物体运动的快慢呢？百米赛跑，哪位运动员运动的较快？方法一：相同时间比路程，即在相同的时间内，观众观察比较运动员通过的路程，通过的路程较大的运动快，显然路程对运动快慢的影响是正面的。方法二：相同路程比时间，即运动员通过相同的百米路程，裁判比较运动员所需的时间，所需时间较短的，运动快，显然时间对运动快慢的影响是反面的。这两种方法无形中都使用了控制变量法，在路程和时间两个自变量中，只改变一个自变量来比较运动的快慢，但它们对运动快慢的影响相反。若路程和时间两个自变量都不同，怎样来比较运动的快慢呢？首先，要找到一个统一的标准量作为比较的依据，即以单位时间作为标准，通过比较单位时间的路程来比较运动的快慢，以两个物理量所组成的复合单位（米/秒）为基准。因此，通过比较路程与时间的比值来比较运动的快慢：比值越大说明每秒通过的路程越大，运动越快;比值越小说明每秒通过的路程越小，运动越慢。物理学中，把路程与时间的比值称为速度，速度越大，物体运动的越快。所以速度体现了物体运动快慢的物理量。教学中，教师循序渐进地深化学生的认知水平，通过比值定义法达成了比值与速度的联系，提升了学生的认识，构建了速度的概念，诠释了速度的物理意义。
控制变量法与比值定义法其实是比较法的两种不同的延伸，两者都蕴含着比较的思想。控制变量法是在研究某个物理量与多个物理变量之间关系时，只改变某一个变量，其他变量保持不变，从而找到因变量与自变量之间的关系的方法。这种方法在物理探究实验中很常见，多用于物理概念的实验操作教学中。这些自变量当中有些自变量对因变量的影响是正面的，有些自变量对因变量的影响是反面的。比值定义法多用于实验数据处理的理论加工阶段，其实质是建立在控制变量思想的基础之上的。所以，比值定义法是控制变量思想更高层次的体现，是形成物理概念的关键。
不同类型比值定义法的教学策略
按照物理量的比值是否反映事物的某种固有属性为标准，在比值定义法定义的物理概念时，比值定义法分为两类：
第一类所构建的概念是反映物质或事物属性的物理量，属于性质量，比如密度、比热容、电阻、燃料的热值、电场强度、电容等。它们的共同特征是两个或多个物理量的比值是定值或常数，组成比值的物理量之间有着固定的数量关系，比值反映的是物质本身的一种性质，它的大小仅由物质本身的性质决定的，与定义式中出现的其他物理量没有关系。
例如：电阻的比值定义式R=，电阻是电压与电流的比值，它反映了导体对电流的阻碍本领的大小，是导体自身的一种属性，是由导体本身的材料、长度、横截面积、温度决定的。一段导体电阻是定值，电流与电压成正比。电阻与电压、电流大小无关，因为当电压变化时，电流也成比例变化，所以结果电阻不变。所以对于一段导体当电压、电流为零时，导体的电阻不为零。在教学中，这类物理量由于是由本身的性质决定的，所以当定义式中的某个自变量变化时，相关的自变量会成比例变化，而比值不变，这与数学中比例的性质是一致的。这给解答一些物理难题带来了快捷的方法。又如：一段导体，加在其两段的电压由2伏增大到6伏时，流过导体的电流增大0.4安，则这段导体的电阻是多少？（不计温度对导体的影响）解析：这段导体的电阻是定值，电压与电流是成比例变化的，其中电压增大了△U=6V-2V=4V，电流增大了△I=0.4A，所以电阻R====10Ω。
第二类所构建的概念是描写物体或物质外在的状态、外在的作用强弱等，而并不反映其自身固有性质，属于状态量或作用量。比如速度、电流、压强、功率等，组成比值的物理量之间不一定有着固定的数量关系，受定义式中其他的物理量的影响，其相关因素可以不一定成正比。
例如：电流的比值定义式I=，电流的大小与导体两端的电压以及流过导体的电阻有关，任意改变导体两端的电压或导体的电阻时，流过导体的电流都会改变。一段导体中通过的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。但导体的电阻与电压无关，所以电压与电阻不是成比例变化的，电流的大小是改变的，而不是定值。电流的大小反映了导体外在的电学状态和作用强弱，极易受到外在的因素的影响。电流与电阻这两种不同类型的比值定义法有着根本的区别。
在利用比值定义法建立物理概念的时候，教师要积极引导学生掌握构建物理概念的方法，搞清概念表达的属性，否则学生会将比值定义法的数学符号形式化，忽视了物理量间的内在联系。一定要引导学生从公式中揭示出所定义的物理概念与因变量间的真实依存关系，切忌死记硬背和乱用。例如：电阻的定义式为R=，这里是用比值表征导体电阻的大小，但导体电阻的大小并不是由这个电压U和电阻I决定的;真正表征导体电阻大小的是R=这个整体，是由导体的本身决定的，其确切含义是导体对通过的电流阻碍作用的大小，不能把电阻R看成电压U和电流I的简单组合，所以也不存在电阻R和电压U成正比、和电流I成反比的关系。
两类比值定义法所构建的物理概念的抽象程度是不同的，所采取的教学策略也有所不同。第一类概念重在引导学生体验从外部现象到内在性质的认识过程，抽象程度较高，故教学中重点放在培养学生抽象思维能力;第二类概念重在揭示物质间运动规律及作用强度的大小，抽象程度较低，故教学重点放在引导学生实验探究的过程上，着力培养学生实验数据的分析能力和实验结论的归纳能力。
结束语
科学方法一般分为思维方法和物理方法两类，其中物理方法是特定专业领域的独特认知方法，往往与专业知识紧密相联。初中物理教学中使用的物理方法很多，有观察法、类比法、控制变量法、等效替代法、推理法等，比值定义法只是构建物理概念的一种常用的科学方法。其实，每一个教学环节的背后都隐藏着许多科学方法，不同的教学层次会应用到不同的科学方法。只传授物理知识，而不渗透科学方法的课堂是低效的课堂，学生的思维能力得不到根本发展，这不利于学生的终身发展。俄国心理学家巴普洛夫说过：“科学是思想的总结，认识一个科学家的研究方法远比认识他的研究成果科学价值大。”科学方法作为连接物理现象与物理规律的纽带，教师要把科学方法贯穿于整个教学过程中，创造性地进行教学设计，让学生真正领悟到物理概念的内涵和物理知识的构建过程。
参考文献
[1]石尧.对高中物理比值定义法和控制变量法的再思考[J].北京教育学院学报（自然科学版），2015（1）：51.
[2]王志宏，李卫平.谈比值法定义的两类物理量及其教学[J].物理教师，2007（4）：6.
[3]陈清梅，邢红军，李正福.论物理课程改革背景下的科学方法教育[J].课程.教材.教法，2009（8）：52.
（作者单位：江苏省宿迁市宿豫区曹集初级中学）
比值定义法与控制变量法的联系
19世纪俄国教育家乌申斯基说过：“比较是一切理解和思维的基础。”比较法是控制变量法和比值定义法的理论基础，所谓比较法，是指找出事物之间的差异点和共同点的思维过程和方法，是抽象和概括的前提条件，是物理学的常用方法。比较法既可以引起学生对科学探索的兴趣，也是发展学生智力、培养学生能力的有效途径。而比较，必须在统一标准下才能进行，否则比较将失去意义。这就需要对实验的条件进行了控制，改变某一个自变量，其他自变量不变，以便找出因变量与某个自变量的关系。这就是我们常用的控制变量法。但若所有的自变量都不同又该如何比较呢？其核心思想是要建立统一的标准，在物理概念中，这种标准就是单位物理量。所以，可以通过比较这些自变量间的比值来构建物质间的内在联系，这就是比值定义法。从控制变量法到比值定义法是一个逐步深化的过程。
学生学习物理概念时都有一个逐步深化的过程，需要教师在教学中遵循循序渐进的原则。例如：在速度的概念教学中，怎样比较物体运动的快慢呢？百米赛跑，哪位运动员运动的较快？方法一：相同时间比路程，即在相同的时间内，观众观察比较运动员通过的路程，通过的路程较大的运动快，显然路程对运动快慢的影响是正面的。方法二：相同路程比时间，即运动员通过相同的百米路程，裁判比较运动员所需的时间，所需时间较短的，运动快，显然时间对运动快慢的影响是反面的。这两种方法无形中都使用了控制变量法，在路程和时间两个自变量中，只改变一个自变量来比较运动的快慢，但它们对运动快慢的影响相反。若路程和时间两个自变量都不同，怎样来比较运动的快慢呢？首先，要找到一个统一的标准量作为比较的依据，即以单位时间作为标准，通过比较单位时间的路程来比较运动的快慢，以两个物理量所组成的复合单位（米/秒）为基准。因此，通过比较路程与时间的比值来比较运动的快慢：比值越大说明每秒通过的路程越大，运动越快;比值越小说明每秒通过的路程越小，运动越慢。物理学中，把路程与时间的比值称为速度，速度越大，物体运动的越快。所以速度体现了物体运动快慢的物理量。教学中，教师循序渐进地深化学生的认知水平，通过比值定义法达成了比值与速度的联系，提升了学生的认识，构建了速度的概念，诠释了速度的物理意义。
控制变量法与比值定义法其实是比较法的两种不同的延伸，两者都蕴含着比较的思想。控制变量法是在研究某个物理量与多个物理变量之间关系时，只改变某一个变量，其他变量保持不变，从而找到因变量与自变量之间的关系的方法。这种方法在物理探究实验中很常见，多用于物理概念的实验操作教学中。这些自变量当中有些自变量对因变量的影响是正面的，有些自变量对因变量的影响是反面的。比值定义法多用于实验数据处理的理论加工阶段，其实质是建立在控制变量思想的基础之上的。所以，比值定义法是控制变量思想更高层次的体现，是形成物理概念的关键。
不同类型比值定义法的教学策略
按照物理量的比值是否反映事物的某种固有属性为标准，在比值定义法定义的物理概念时，比值定义法分为两类：
第一类所构建的概念是反映物质或事物属性的物理量，属于性质量，比如密度、比热容、电阻、燃料的热值、电场强度、电容等。它们的共同特征是两个或多个物理量的比值是定值或常数，组成比值的物理量之间有着固定的数量关系，比值反映的是物质本身的一种性质，它的大小仅由物质本身的性质决定的，与定义式中出现的其他物理量没有关系。
例如：电阻的比值定义式R=，电阻是电压与电流的比值，它反映了导体对电流的阻碍本领的大小，是导体自身的一种属性，是由导体本身的材料、长度、横截面积、温度决定的。一段导体电阻是定值，电流与电压成正比。电阻与电压、电流大小无关，因为当电压变化时，电流也成比例变化，所以结果电阻不变。所以对于一段导体当电压、电流为零时，导体的电阻不为零。在教学中，这类物理量由于是由本身的性质决定的，所以当定义式中的某个自变量变化时，相关的自变量会成比例变化，而比值不变，这与数学中比例的性质是一致的。这给解答一些物理难题带来了快捷的方法。又如：一段导体，加在其两段的电压由2伏增大到6伏时，流过导体的电流增大0.4安，则这段导体的电阻是多少？（不计温度对导体的影响）解析：这段导体的电阻是定值，电压与电流是成比例变化的，其中电压增大了△U=6V-2V=4V，电流增大了△I=0.4A，所以电阻R====10Ω。
第二类所构建的概念是描写物体或物质外在的状态、外在的作用强弱等，而并不反映其自身固有性质，属于状态量或作用量。比如速度、电流、压强、功率等，组成比值的物理量之间不一定有着固定的数量关系，受定义式中其他的物理量的影响，其相关因素可以不一定成正比。
例如：电流的比值定义式I=，电流的大小与导体两端的电压以及流过导体的电阻有关，任意改变导体两端的电压或导体的电阻时，流过导体的电流都会改变。一段导体中通过的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。但导体的电阻与电压无关，所以电压与电阻不是成比例变化的，电流的大小是改变的，而不是定值。电流的大小反映了导体外在的电学状态和作用强弱，极易受到外在的因素的影响。电流与电阻这两种不同类型的比值定义法有着根本的区别。
在利用比值定义法建立物理概念的时候，教师要积极引导学生掌握构建物理概念的方法，搞清概念表达的属性，否则学生会将比值定义法的数学符号形式化，忽视了物理量间的内在联系。一定要引导学生从公式中揭示出所定义的物理概念与因变量间的真实依存关系，切忌死记硬背和乱用。例如：电阻的定义式为R=，这里是用比值表征导体电阻的大小，但导体电阻的大小并不是由这个电压U和电阻I决定的;真正表征导体电阻大小的是R=这个整体，是由导体的本身决定的，其确切含义是导体对通过的电流阻碍作用的大小，不能把电阻R看成电压U和电流I的简单组合，所以也不存在电阻R和电压U成正比、和电流I成反比的关系。
两类比值定义法所构建的物理概念的抽象程度是不同的，所采取的教学策略也有所不同。第一类概念重在引导学生体验从外部现象到内在性质的认识过程，抽象程度较高，故教学中重点放在培养学生抽象思维能力;第二类概念重在揭示物质间运动规律及作用强度的大小，抽象程度较低，故教学重点放在引导学生实验探究的过程上，着力培养学生实验数据的分析能力和实验结论的归纳能力。
结束语
科学方法一般分为思维方法和物理方法两类，其中物理方法是特定专业领域的独特认知方法，往往与专业知识紧密相联。初中物理教学中使用的物理方法很多，有观察法、类比法、控制变量法、等效替代法、推理法等，比值定义法只是构建物理概念的一种常用的科学方法。其实，每一个教学环节的背后都隐藏着许多科学方法，不同的教学层次会应用到不同的科学方法。只传授物理知识，而不渗透科学方法的课堂是低效的课堂，学生的思维能力得不到根本发展，这不利于学生的终身发展。俄国心理学家巴普洛夫说过：“科学是思想的总结，认识一个科学家的研究方法远比认识他的研究成果科学价值大。”科学方法作为连接物理现象与物理规律的纽带，教师要把科学方法贯穿于整个教学过程中，创造性地进行教学设计，让学生真正领悟到物理概念的内涵和物理知识的构建过程。
参考文献
[1]石尧.对高中物理比值定义法和控制变量法的再思考[J].北京教育学院学报（自然科学版），2015（1）：51.
[2]王志宏，李卫平.谈比值法定义的两类物理量及其教学[J].物理教师，2007（4）：6.
[3]陈清梅，邢红军，李正福.论物理课程改革背景下的科学方法教育[J].课程.教材.教法，2009（8）：52.
（作者单位：江苏省宿迁市宿豫区曹集初级中学）