課外實(shí)踐 課堂深入 贏素養(yǎng)生長

張莉

摘 要：學(xué)生在初中物理學(xué)習(xí)過程中的素養(yǎng)提升不僅僅取決于課堂知識(shí)的掌握和訓(xùn)練，還在于知識(shí)與技能的靈活應(yīng)用與實(shí)踐。蘇科版教材中設(shè)計(jì)的綜合實(shí)踐活動(dòng)不僅可以很好地服務(wù)于學(xué)生知識(shí)與技能的鞏固，還能促使學(xué)生靈活變通地提升學(xué)以致用的能力，更能促使學(xué)生綜合素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：綜合實(shí)踐；素養(yǎng)；增長；液體密度計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）7-0025-3

《壓強(qiáng)與浮力》這一章節(jié)是蘇科版教材中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，對(duì)于初二學(xué)生而言，這是點(diǎn)睛之作。這章將初中物理的力學(xué)環(huán)節(jié)提升到較高的高度，一方面要求學(xué)生學(xué)會(huì)受力分析，另一方面要求學(xué)生學(xué)會(huì)結(jié)合受力分析解決更多的問題，比如物體的浮與沉、物體的密度等等。而這一章的提升點(diǎn)應(yīng)該在本章的綜合實(shí)踐活動(dòng)中，即制作簡易的液體密度計(jì)。筆者利用課堂內(nèi)外的活動(dòng)，進(jìn)行如下的安排。在學(xué)生的努力下，教師的引領(lǐng)下，努力讓學(xué)生素養(yǎng)得到進(jìn)一步的增長。

1 課外實(shí)踐，鞏固并提升

教師布置學(xué)生結(jié)合書本中的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生利用吸管、石蠟、鐵絲、水、鹽水等材料來制作一個(gè)簡易的液體密度計(jì)。雖然課本上簡單介紹了液體密度計(jì)的制作，并配上簡易的圖片，但是在實(shí)際的制作過程中學(xué)生還是會(huì)遇到如下困難：（1）吸管長短無法確定；（2）配重多少無法確定；（3）標(biāo)度位置很難確定。這三個(gè)困難對(duì)于第一次去制作密度計(jì)的學(xué)生而言，需要多次實(shí)驗(yàn)和分析，這對(duì)于學(xué)生而言是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。對(duì)于第一、第二個(gè)困難，需要考查學(xué)生對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的變通，即學(xué)生要想辦法讓學(xué)過的知識(shí)靈活變通到這個(gè)器材的制作之中，比如密度計(jì)要漂浮在水面上，而且要讓密度計(jì)能測(cè)量其他不同密度的液體的話，密度計(jì)至少有三分之一露出水面，但是露出的部分又不能太多，如果大于二分之一以上的話，密度計(jì)就很難豎直漂浮在液面上。所以這里重心必須低一些，一般要低于整個(gè)密度計(jì)下面的三分之一的地方，此時(shí)我們就要結(jié)合這個(gè)需要慢慢地調(diào)整配重的多少。我們建議學(xué)生選取老式的鎳鉻合金的保險(xiǎn)絲作為配重，它不僅密度大，而且硬度小，易于折斷。而整個(gè)吸管長度如果在20 cm左右的話，要讓它漂浮在水面上，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的容器水位必須在20 cm左右，家里普通的容器無法完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)困惑的過程中，我們學(xué)生又要考慮改變密度計(jì)的長度。為此，如果選擇一半長度的吸管可以順利實(shí)現(xiàn)剛才的目標(biāo)。除此以外，我們?cè)诮鉀Q第三個(gè)困難的時(shí)候，標(biāo)度位置用水筆畫的話，很難畫出來，也很難畫準(zhǔn)，即使畫的話，也有可能畫得太粗，而直接影響實(shí)驗(yàn)測(cè)量的精確性，這些困難都需要學(xué)生在實(shí)踐中不斷思考和改進(jìn)。

這些學(xué)生可以預(yù)設(shè)的問題，教師可以先提醒學(xué)生。因?yàn)橹挥刑嵝褜W(xué)生以后，讓學(xué)生帶著問題去研究的話，學(xué)習(xí)會(huì)更具有目的性和針對(duì)性，這樣可以提高學(xué)生制作密度計(jì)的成功概率，也提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而整個(gè)課外實(shí)踐的過程，不僅讓學(xué)生鞏固了相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，更讓學(xué)生在實(shí)踐中有新的發(fā)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)將學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備和技能素養(yǎng)融為一體，充分考查學(xué)生的綜合能力水平，達(dá)到很好的訓(xùn)練、反饋、提升的效果。

2 課堂深入，思維并生長

學(xué)生一旦能制作出一個(gè)可以粗略測(cè)量液體密度的密度計(jì)以后，那么我們的課堂就是學(xué)生的了，其中有很多舞臺(tái)可以留給學(xué)生去充分展示。筆者就在這節(jié)課中把舞臺(tái)還給了學(xué)生，在教師的引導(dǎo)下，讓每個(gè)學(xué)生利用自己的制作經(jīng)歷和成果，在課堂活動(dòng)中得到更深一步的思考和研究，以此促使學(xué)生的進(jìn)一步提升。

2.1 成果展示，原理揭秘

教師課前給學(xué)生準(zhǔn)備兩個(gè)完全一樣的燒杯，分別裝有水和濃鹽水，讓學(xué)生利用自己制作的密度計(jì)來鑒別一下哪一杯是水、哪一杯是濃鹽水，并說說其中的原理。在實(shí)踐的過程中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)密度計(jì)靜止時(shí)，浸在水和濃鹽水中的深度是不一樣的。綜合已學(xué)的知識(shí)和所做的現(xiàn)象來分析其中的道理。為了讓學(xué)生對(duì)其中的原理有更加清晰的認(rèn)識(shí)，教師可以開啟問題的啟迪模式。

問題1：密度計(jì)在水中和濃鹽水中受到的浮力相等嗎？

生：浮力是相等的。

問題2：為什么浮力都是相等的。

生：因?yàn)樗鼈兌际瞧≡谝好嫔系?，漂浮時(shí)密度計(jì)受到的浮力都等于它自身的重力。

問題3：那么浮力又等于什么？

問題4：對(duì)于利用圓柱體吸管制作成的密度計(jì)而言，表達(dá)式還可以進(jìn)行深一步化簡嗎？

生：ρgsH=ρgsh，化簡后可得ρH=ρh。

問題5：那么，誰能結(jié)合這個(gè)表達(dá)式再來說說剛才鑒定水和濃鹽水的物理原理嗎？

到此為止，學(xué)生在實(shí)踐、思考、原理解讀的過程中對(duì)密度計(jì)的原理也一目了然，并且由于學(xué)生參與的深入和問題的循序性，直接導(dǎo)致學(xué)生對(duì)密度計(jì)原理掌握的深入。而教師在設(shè)計(jì)的教學(xué)過程中也可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平，將問題再進(jìn)行簡化或細(xì)化，無論是簡化還是細(xì)化，關(guān)鍵是讓學(xué)生在這些問題的引導(dǎo)下真正達(dá)成思考方向的明確，思考價(jià)值的達(dá)成。

2.2 儀器成型，意外突破

原理的呈現(xiàn)并不是太難，而我們一旦完成原理的揭秘以后，我們還有引導(dǎo)學(xué)生去制作一個(gè)可以測(cè)量未知液體密度的密度計(jì)，用這個(gè)密度計(jì)去測(cè)量多種未知液體的密度。并在標(biāo)注的過程中，我們就引導(dǎo)學(xué)生去幫密度計(jì)標(biāo)注相應(yīng)的密度值，而在標(biāo)注的過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)刻度值是不均勻的，下面的數(shù)據(jù)大，密度值與密度值之間更緊更密一些。這些出乎意料的現(xiàn)象再次引發(fā)了學(xué)生的思考，在這個(gè)過程中，學(xué)生會(huì)自發(fā)地思考兩個(gè)問題：（1）為什么刻度是不均勻的？（2）為什么會(huì)出現(xiàn)下面大、上面小的這種出乎意料的刻度特征？

面對(duì)兩個(gè)問題，學(xué)生的思考是自發(fā)的，學(xué)生的研究也會(huì)隨著自發(fā)性的行為而慢慢深入。一般學(xué)生通過思考和交流可以達(dá)成兩種方法：

方法1：學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)ρH=ρh，發(fā)現(xiàn)h=ρH/ρ。此時(shí)，h和ρ成反比。結(jié)合圖1，學(xué)生可以進(jìn)一步取h為等值長度，可以找出相應(yīng)ρ的值，對(duì)比這些值可以發(fā)現(xiàn)，h越大，ρ越小，而ρ越小，ρ的間隔就越大。

方法2：特殊值代入是學(xué)生在遇到困難時(shí)經(jīng)常想到的一種方法，在這里，學(xué)生可以取固定的h值，然后結(jié)合已知的H值求出相應(yīng)的ρ值，很快也可以發(fā)現(xiàn)和方法1同樣的結(jié)論。

這種思維的自發(fā)深入無形之中讓每個(gè)參與的學(xué)生經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程，這種思維的性質(zhì)是自發(fā)的，思維的形式是發(fā)散的，思維的效果是深刻的。這樣的思維訓(xùn)練是真正提升學(xué)生“社會(huì)參與”這一核心素養(yǎng)的有效策略，真正開辟了學(xué)生通向智慧的大道。

自發(fā)的問題解決了，學(xué)生所制作的液體密度計(jì)也就成型了，這時(shí)是學(xué)生最為幸福的時(shí)刻。這種幸福也遠(yuǎn)大于學(xué)生習(xí)題訓(xùn)練所得到的幸福。拿著自己或和小組同伴一起完成的勞動(dòng)成果，格外欣喜，這種欣喜讓學(xué)生迫不及待地想要用自己的液體密度計(jì)來測(cè)量一下未知液體的密度，為后續(xù)活動(dòng)的進(jìn)一步開展和思維的深入奠定了基礎(chǔ)，激發(fā)了學(xué)生思維和活動(dòng)參與的又一興奮點(diǎn)。

2.3 測(cè)量對(duì)比，器材優(yōu)化

為了驗(yàn)證我們自己制作的密度計(jì)是否準(zhǔn)確，我們進(jìn)行兩組對(duì)比測(cè)量，在比一比哪一種測(cè)量得更精確的過程中，并對(duì)測(cè)量差異進(jìn)行進(jìn)一步的分析和優(yōu)化。

比如：兩組學(xué)生用自己制作好的液體密度計(jì)去測(cè)量同一杯酒精的密度，而學(xué)生卻發(fā)現(xiàn)測(cè)量的結(jié)果并不一樣。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)在測(cè)量的過程中兩者測(cè)量的差異非常大，而且與我們平時(shí)已知的ρ=0.8×103 kg/m3相差太大。這時(shí)，誤差分析成為學(xué)生自發(fā)的首要問題所在。學(xué)生經(jīng)過交流、對(duì)比、再實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)很多地方會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。

誤差1：原先在標(biāo)注h值時(shí)，我們給它標(biāo)注的線較粗，這給后續(xù)的長度測(cè)量和估讀帶來很大的誤差。

誤差2：后續(xù)在標(biāo)注h值所對(duì)應(yīng)ρ的時(shí)候也存在很大的測(cè)量誤差，而這個(gè)一點(diǎn)點(diǎn)的誤差核算到ρ中，是非常驚人的，給學(xué)生一種差之毫厘謬以千里的感覺。一種“科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)”自然而然地涌入學(xué)生的腦海。

誤差3：密度計(jì)本身質(zhì)量不大，而橫截面積S也較大，此時(shí)h隨著ρ的變化非常小，小得給測(cè)量、估讀帶來了很多的誤差。

誤差4：被測(cè)液體和液體密度計(jì)之間由于受表面張力的影響，在讀數(shù)的時(shí)候并不是水平，而是有一定的凸液面，這種凸液面對(duì)讀數(shù)再次產(chǎn)生很明顯的干擾。

……

這種誤差分析經(jīng)歷以后，學(xué)生也會(huì)基于這些誤差而自發(fā)思考如何改進(jìn)我們自己設(shè)計(jì)的密度計(jì)。比如，在保持密度計(jì)重力一定的情況下，選取更細(xì)一些的吸管制作密度計(jì)；再比如在標(biāo)注記號(hào)的時(shí)候我們不用記號(hào)筆，改用細(xì)線系在吸管中，等等。此時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在分析誤差中所發(fā)現(xiàn)的誤差原因遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于任何一道習(xí)題所設(shè)計(jì)的答案，這種在實(shí)踐、對(duì)比、再實(shí)踐中的誤差分析是真正的誤差分析，是基于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題后的自發(fā)思維的深入，是學(xué)生思維能力的無形升華。學(xué)生在解決這個(gè)問題的過程中沒有任何先例，也沒有任何模型可以參考，完全考查學(xué)生基于自己已有的所有知識(shí)與技能背景下的自發(fā)思考和研究，從方法到實(shí)驗(yàn)，從現(xiàn)象到分析，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得到真正的考查和反饋，學(xué)生的思維也得到了真正的訓(xùn)練和提升。而且，學(xué)生的思維越深入，學(xué)生的情感世界也會(huì)被這種深入所感觸，感觸科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性，感受科學(xué)探究的艱巨性。

素質(zhì)教育改革到現(xiàn)在，學(xué)校教育的價(jià)值觀已經(jīng)達(dá)到更高、更明朗的水準(zhǔn)。我們的教育不再只是為了升學(xué)和考試，也不僅僅為了傳遞知識(shí)與技能，而是讓學(xué)生在深入的、自發(fā)的學(xué)習(xí)行為中提升自己的綜合素養(yǎng)。而在初中物理課堂中充分開展綜合實(shí)踐活動(dòng)，正是迎合學(xué)生核心素養(yǎng)提升的有效策略之一。

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（欄目編輯 劉 榮）