進(jìn)階式培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?rùn)式發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)

丁琳

【摘要】長(zhǎng)期以來，初中物理教學(xué)非常重視傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn).以測(cè)量密度為例，主要工具為天平和量筒，教學(xué)重點(diǎn)在于原理討論、方案設(shè)計(jì)、誤差分析，以及特殊法測(cè)密度方案設(shè)計(jì)（缺少某器材情況下）.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)固然重要，然而卻忽視了生活和生產(chǎn)中已經(jīng)出現(xiàn)的更加快捷、更加精確的測(cè)量工具.為此，建議在教學(xué)中進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充和拓展.本文以2022年江蘇省無錫市中考試題第30題為例，以如何讓密度測(cè)量更快捷、更精確為線索，探討如何從傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)走向逐層設(shè)計(jì)進(jìn)階實(shí)踐活動(dòng)，浸潤(rùn)式發(fā)展學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng).

【關(guān)鍵詞】初中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；密度

如何讓初中學(xué)生在習(xí)得基本物理觀念的同時(shí)，發(fā)展他們的科學(xué)思維？如何讓初中學(xué)生有機(jī)會(huì)走近生活和社會(huì)，讓他們認(rèn)識(shí)到書本知識(shí)是未來社會(huì)技術(shù)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)？這是廣大初中物理教師應(yīng)該思考的問題，也是“教什么，怎么教”的問題.而問題的答案就隱藏在中考物理試題中.呈現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，形成基本觀念；拓展進(jìn)階實(shí)驗(yàn)，考查知識(shí)遷移能力；開展綜合實(shí)踐活動(dòng)，走近社會(huì)生活.本文以無錫市2022年中考試題第30題為例展開論述.

1 原題呈現(xiàn)（部分）

實(shí)驗(yàn)課上，老師和同學(xué)們測(cè)量塑料小條及酒精溶液的密度.

用電子密度計(jì)測(cè)量酒精溶液的密度.電子密度計(jì)主要由玻璃砝碼、掛鉤、測(cè)量支架等組成.測(cè)質(zhì)量時(shí)，示數(shù)由測(cè)量支架所受的拉力大小決定，如圖（a）中顯示的20.00g表明是質(zhì)量為20.00g的砝碼對(duì)支架產(chǎn)生的拉力.

①如圖（b）所示，將玻璃砝碼浸沒在純凈水中，示數(shù)變小，原因是砝碼受到水的____，此時(shí)測(cè)量支架所受拉力相當(dāng)于11.00g的物體所產(chǎn)生的拉力，按下“密度”鍵后，電子密度計(jì)能依據(jù)阿基米德原理?yè)Q算出純凈水的密度為0.996g/cm3，如圖（c）所示.

②提起玻璃砝碼并擦干，再浸沒在待測(cè)酒精溶液中，示數(shù)變?yōu)?2.00g，如圖（d）所示，則該酒精溶液的密度最接近于____g/cm3.

（A）0.913. （B）0.889.

（C）0.885. （D）0.800.

2 試題賞析

選取的這部分原題是一個(gè)全新的情境：測(cè)量工具，電子密度計(jì).學(xué)生對(duì)這一工具不熟悉，需要根據(jù)題目介紹的密度計(jì)組成結(jié)構(gòu)，讀數(shù)原理迅速遷移到平時(shí)學(xué)過的知識(shí).測(cè)量時(shí)，示數(shù)由測(cè)量支架所受的拉力大小決定，即液體密度為零時(shí)，示數(shù)為玻璃砝碼的重力大??；液體密度不為零時(shí)，示數(shù)為玻璃砝碼的重力與浮力之差；前后兩次示數(shù)差即為浮力大??；同一玻璃砝碼在兩種液體中浮力之比即為液體密度之比.至此，學(xué)生對(duì)這一新的情境完成了初步解讀.

第1步：深度思考，電子密度計(jì)本質(zhì)是什么？就是一個(gè)高精度的彈簧測(cè)力計(jì)；

第2步：繼續(xù)思考，本題的母題是什么？

例題 將金屬塊掛在彈簧測(cè)力計(jì)的下端，先后浸沒在水和酒精中，金屬塊靜止時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖2甲、乙所示．則下列關(guān)于金屬塊的幾個(gè)物理量計(jì)算正確的是（ ）

（A）在水中受到的浮力為2N．

（B）質(zhì)量為3kg．

（C）體積為10cm3．

（D）密度為3.0×103kg/cm3．

還是原來的問題，情境呈現(xiàn)方式不一樣了，測(cè)量工具不一樣了，學(xué)生是否能很快地搜集信息，建立起物理模型，將知識(shí)遷移歸類到熟悉的情境，如果具備這樣的學(xué)習(xí)能力，問題就迎刃而解了.

第3步：進(jìn)一步思考，電子密度計(jì)有什么優(yōu)點(diǎn)？生活和生產(chǎn)上有什么應(yīng)用？比較常規(guī)方法測(cè)量結(jié)果（0.92g/cm3）和改進(jìn)以后的測(cè)量結(jié)果（0.996g/cm3），精度有了新的突破，而且使用方便，電子密度計(jì)內(nèi)置程序，根據(jù)阿基米德原理直接顯示液體密度數(shù)值.

3 教學(xué)啟示

物理學(xué)“寓”理于“物”，從生活走向物理，激發(fā)學(xué)生的物理興趣；從物理走向社會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理的能力.基于以上的試題分析，我們?cè)O(shè)計(jì)了一系列跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)：以測(cè)密度為例，如何使測(cè)量更快捷、更精準(zhǔn)？

3.1 基于常規(guī)實(shí)驗(yàn)，形成物理觀念

活動(dòng)1： 如何準(zhǔn)確測(cè)獎(jiǎng)牌的密度？

首先，播放一段課前錄制的學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的錄像，復(fù)習(xí)常規(guī)的測(cè)密度方法，并對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià).

學(xué)生：密度測(cè)量的誤差主要來自于體積測(cè)量，0～10mL的量筒分度值（1mL）偏大，采用溢水杯，水有殘留這些原因會(huì)產(chǎn)生誤差.

那么，有沒有更好的測(cè)量方法呢？

設(shè)計(jì)意圖 學(xué)習(xí)了密度測(cè)量以后，引導(dǎo)學(xué)生解決一個(gè)實(shí)際的問題：“獎(jiǎng)牌是純金的嗎？”讓學(xué)生將學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，打通物理與生活之間的聯(lián)系，體現(xiàn)了“物理來源于生活，物理回歸生活”的課程理念，培養(yǎng)學(xué)生積極探索、勇于實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)素養(yǎng)，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題的能力和創(chuàng)新意識(shí).通過小組交流，樹立團(tuán)隊(duì)意識(shí)與合作學(xué)習(xí)的精神，培養(yǎng)學(xué)生在活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力.

3.2 基于進(jìn)階問題，開發(fā)科學(xué)思維（進(jìn)階）

活動(dòng)2： 如何快速測(cè)手鐲的密度？介紹小視頻——如何快速鑒定玉鐲真假？

操作步驟如下：

a、把電子秤放在水平桌面上；打開開關(guān)并清零；

b、將裝有適量水的容器放在電子秤上，打開開關(guān)并清零；

c、用細(xì)繩系住玉手鐲，將手鐲沉入容器底部，讀出電子秤的示數(shù)為m1=60.4g；如圖4.

d、用細(xì)線將手鐲緩慢提起（與容器底部不接觸），待電子秤示數(shù)穩(wěn)定后，讀出其示數(shù)為 m2=23.6g；如圖5.

e、計(jì)算得出手鐲密度，如圖（丙）.（參考值：和田玉的密度在2.9g/cm3～2.95g/cm3）

教師：同時(shí)將準(zhǔn)備好的手鐲取出，立刻測(cè)出了密度，辨別出手鐲是假的.（課堂氣氛達(dá)到了高潮）

學(xué)以致用：接下來，學(xué)生利用自帶的電子秤，迅速測(cè)量了鐵塊、銅塊、鋁塊、雨花石、金牌、銀牌的密度……（整個(gè)實(shí)驗(yàn)在一分鐘內(nèi)完成，而且?guī)讉€(gè)金屬塊的密度測(cè)量非常精準(zhǔn)?。?/p>

教師：同學(xué)們，多年以后，或許你們已經(jīng)記不得今天這節(jié)物理課到底講了些什么內(nèi)容，但是老師相信：你一定記住了怎樣利用電子秤測(cè)量你家里的“老古董”是不是純金的！

學(xué)生：開心地笑了……

設(shè)計(jì)意圖 本環(huán)節(jié)，在測(cè)密度問題上，發(fā)現(xiàn)常規(guī)方法測(cè)量誤差比較大，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)比較繁瑣復(fù)雜，因此介紹學(xué)生利用家里隨手可得的電子秤，快速而且精確地測(cè)量物質(zhì)密度，很好地體現(xiàn)了“物理源于生活，又服務(wù)于生活”的學(xué)科思想.

3.3 開拓視野，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任（進(jìn)階）

活動(dòng)三：如何精確測(cè)液體密度？（調(diào)查活動(dòng)）

3.3.1 活動(dòng)目標(biāo)

復(fù)習(xí)常規(guī)方法測(cè)量液體密度；

查找資料，了解生產(chǎn)中測(cè)量液體密度還有哪些更方便、更準(zhǔn)確的方法？

3.3.2 內(nèi)容和分工

問題：如何測(cè)75%濃度的酒精密度？

問題來源于：電子密度計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖7所示75%濃度的酒精消毒效果最好，怎么確定配制的酒精是否符合要求？（參考值：濃度75%的酒精密度值約為0.85g/cm3）

分工：（1）確定查找資料的人員：負(fù)責(zé)了解電子密度計(jì)的設(shè)計(jì)原理.

（2）確定查找資料的人員：負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)電子密度計(jì)的使用方法.

（3）確定學(xué)習(xí)成果匯報(bào)人員：負(fù)責(zé)制作PPT，介紹電子密度計(jì).

3.3.3 成果匯報(bào)

這部分內(nèi)容的介紹，拓寬了學(xué)生學(xué)習(xí)的視野，讓學(xué)生了解到除了實(shí)驗(yàn)室常規(guī)的測(cè)量方法以外，生活、生產(chǎn)中還有更便捷、更精密的測(cè)量方法：利用電子液體密度計(jì)，測(cè)量時(shí)間約5秒，測(cè)量精度高達(dá)0.0001g/cm3！ 可滿足精細(xì)化工、石油燃料、化學(xué)試劑等所有液態(tài)狀溶液的密度檢測(cè).與此同時(shí)，也會(huì)激發(fā)學(xué)生不斷探究物理的熱情.

4 結(jié)語(yǔ)

本題體現(xiàn)了命題的“基礎(chǔ)性”“綜合性”“應(yīng)用性”要求，對(duì)今后的教學(xué)提供了啟示.學(xué)生生活在日新月異的社會(huì)環(huán)境里，他們需要學(xué)習(xí)必要的物理知識(shí)，形成基本的物理觀念；教學(xué)要以實(shí)驗(yàn)為載體，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力；教學(xué)的最終指向還是學(xué)生未來的生活，讓他們學(xué)以致用.

參考文獻(xiàn)：

［1］《中華人民共和國(guó)教育部·義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［2］劉炳異.再論“物理綜合實(shí)踐活動(dòng)”設(shè)置的意義與實(shí)施策略［J］.物理之友，2020（1）：1-5，9.

［3］鐘啟泉.教育的挑戰(zhàn)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2020.