在探究中尋找物理規則

【摘 要】本課學習旨在培養學生關于長度和時間的測量技能，懂得物理的測量規則，體會物理測量的意義，促進學生科學思維的養成。教學設計需把握初中物理課程標準的理念和要求，深刻領會蘇科版物理教材編寫的意圖和特點，精心創設系列的測量活動，凸顯學生的探究行為，并以評價促進學習。

【關鍵詞】實驗探究；長度的單位及測量；教學設計

【中圖分類號】G633.7 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2017）03-0024-03

【作者簡介】許幫正，江蘇省無錫市教育科學研究院（江蘇無錫，214001）教研員，正高級教師，江蘇省特級教師，全國優秀教師，“江蘇人民教育家培養工程”培養對象，江蘇省“333高層次人才培養工程”培養對象，長三角初中物理學科專家，蘇州大學物理專業教育碩士研究生導師。

“長度和時間的測量”是研究運動的基礎，且“測量”應是學生終身必備的技能，是科學素養。《義務教育物理課程標準（2011年版）》對此內容的要求是：會根據生活經驗估測長度和時間、會選用適當的工具測量長度和時間。其中，“用刻度尺測量長度、用表測量時間”是課標規定的學生必做實驗。教材把課程標準的要求轉化為具體的教學任務和教學策略，其結構是十分清晰的（圖1）。

筆者在設計本課教學時，把握課程標準，領悟編者意圖，構建以“探究行為”為核心學習行為的初中物理課堂，注意通過測量活動使學生掌握技能并形成科學思維，認識到長度的測量不等于刻度尺的使用，測量是按照一定的規則對事物進行量化的過程。具體的教學實施過程如下。

一、課題引入

出示圖2學校田徑運動會跳遠、跑步的場景，請學生回答如何比較“跳得遠、跑得快”，知道學校田徑運動會離不開長度和時間的測量。意識到測量就在身邊。

（設計意圖：用好學生身邊的課程資源，從生活走進物理。）

二、“長度的單位及測量”教學流程

【活動1】比較課桌的長、寬、高。

（1）目測課桌長、寬、高，并比較它們的長度。

教師小結：測量的實質就是比較，有時候目測就可以。

（2）不用尺，你如何比較自己的課桌和同學的課桌，哪個長？說說你的做法。

學生有采用“拃”作為標準，有采用“書本長度”作為標準，教師評價學生的估測方案，肯定他們測量時都有尋找“標準”的意識。

教師找相距較遠且標準不同的兩位學生闡述誰的桌子更長，學生很難回答，再問原因所在，意識到測量時“標準”不統一。

教師小結：測量的過程就是比較的過程，是將待測的量與標準量進行比較的過程。科學的比較方式是先確定一個公認的標準量，物理學中把公認的標準量叫作單位。關于長度的測量，人們也一直在尋找著標準。

教師介紹古時人們采用的長度標準，說明現在的長度標準及國際單位“米”和符號“m”；出示米尺并結合手勢說明“米”的大致長度；通過實例引導學生進行單位換算。

【活動2】這個物體有多長？

先后出示三幅模擬測量圖（圖3），請學生讀數并組織評價。

抽取學生匯報讀數情況如下：

甲圖：0.6m；0.7m

乙圖：0.57m；0.58m

丙圖：0.572m；0.573m

教師提問：

（1）為什么甲、乙、丙讀數結果會不同？（2）三組結果中，哪一組數據相差最小？

教師小結：刻度尺的分度值不同，測量結果會不同；分度值越小，測量結果越精確。測量的目的是為了使結果逼近真實值，讀數時應根據分度值做出估讀。

【活動3】練習使用刻度尺。

這個活動可以分解成以下4個方面：

（1）明確使用規范。

①刻度尺的選擇和讀數規范：請學生先觀察供測量用的刻度尺。思考如下問題：是否可以用來測量書本寬度？分度值是多少？記錄時選用什么單位合適？需要估讀到哪一位？

②刻度尺測量時的操作規范：請學生閱讀書本中的“信息快遞”，向同學演示測量物理課本寬度的操作。組織評估活動，明晰操作規范，尤其是使用有厚度的刻度尺，注意使刻度線緊靠被測物體。

（2）測量物理課本的寬度。

請學生選用毫米刻度尺，按照操作規范，測量并記錄3次測量結果。教師選擇一組“課本寬度”數據填入表1。

教師提問：①同一把尺子，三次測量結果為什么會不一樣？②怎樣減小測量誤差？

教師小結：每次估計值不一樣；為減少誤差，需要求平均值。由于書本的寬度是測量的結果，所以平均值位數由刻度尺最小分度值決定。取計算的平均值“18.47cm”作為最終測量結果。

（3）測量物理課本內頁紙張厚度。

學生操作：先討論方案，測量內頁紙張總厚度，計算每張紙的厚度，最后求平均值。

教師提問：①刻度尺直接測量是否可行？②為盡可能減小誤差，選擇測量多少張合適？③選擇什么長度單位？如何處理實驗數據？課堂實際處理結果如表2（參考數據）。

教師小結：采用合適的方案，可以減小測量誤差。例如測量紙張厚度時我們可以采用“測多算少”的方法。

（4）進一步了解測量長度的工具。

介紹圖4中的長度的測量工具。

精度最高：螺旋測微器。

精度高并能實現特殊測量：游標卡尺。

方便測量彎曲物體：卷尺。

常用：直尺、三角板。

教師提問：①裝窗戶玻璃一般要用分度值為多少的呢？②測量操場長度用哪一種，分度值為多少合適呢？

教師小結：刻度尺的選用要根據實際需要而定，例如裁縫一般用分度值為1cm的刻度尺。

教師出示螺旋測微器（圖5）并請學生思考：螺旋測微器的最小分度值可以達到0.001mm，請想一想，如何才能標出這么小的分度值？

教師簡單介紹螺旋測微器的原理并指出人類對測量工具的改進是一種智慧。

（設計意圖：本環節是本課的核心，通過2組測量活動，在第2組測量活動中設置了4組具體的測量任務，使學生在探究中知道“用刻度尺測量長度”的規范和技能，會用刻度尺進行常規測量和設計測量，了解測量誤差形成的原因并思考減小誤差的方法，培養學生根據需要選擇合適刻度尺的意識。皮亞杰的“發生認識論”認為，活動是認識的源泉，也是思維發展的基礎，在認識不斷演變建構過程中，主體活動是第一性的，是發展的根本原因。“活動”的主體是學生，“外在的活動”是觀察、操作、動口，“內在的活動”是思維。所以在活動實施中以“問題”為導向，以問題鏈為導引，凸顯學生的探究行為，促進了外在活動與內在活動的融合，同時注重以評價促進學習。）

三、“時間的單位及測量”教學流程

請學生說出事先所知道的時間單位、符號及相互間的換算關系，點明“在國際單位制中，時間的單位是秒，符號：s”。

【活動1】觀察“機械秒表”。

（1）請學生拿起桌上的機械秒表，按動按鈕，使之啟動、暫停和歸零。

（2）看一看大表盤指針轉動一周所經歷的時間是多少？分度值是多少？

【活動2】試一試，測一測。

（1）按動秒表讀數；

（2）測出靜坐時脈搏跳動20次的時間。

測量活動主要由學生自行進行，教師只在學生碰到困難時個別指導。

（設計意圖：本環節通過2組具體的測量活動，讓學生基于生活經驗，了解時間單位；在實踐中了解機械秒表的使用方法和讀數規則。）

【作業設計】

（1）在自己身上找到“尺”和“表”，用來測量操場一圈的長度和行走一圈的時間。

（2）利用中國地圖，設計一個簡單方案，測量上海到北京的高鐵長度，看看測量的誤差。

（設計意圖：對本課所學技能的遷移，體現從物理走向社會。）