學以致用 凸顯思維
——對一道物理中考題的賞析

(江蘇省南京市紅山初級中學,江蘇 南京 210028)

1 原題呈現

在科技節活動中,有一項挑戰項目:如圖1所示,A、B、C、D是裝滿了某一種材料(細鹽、鐵粉、米粉中的一種)的四個不透明的輕質密閉容器。要求在不打開容器的前提下將其中裝有相同材料的兩個容器挑選出來。提供的器材有:①與密閉容器相同的空容器各一個;②天平和水。按下列步驟在空白處填上適當的內容。

圖1

(1) 用天平分別測出圖中四個密閉容器的質量mA、mB、mC、mD;

(2) __________________________________________;

(3)若滿足關系式:(用測量的物理量表示)，則A、C兩容器中所裝材料相同。

2 試題賞析

本題以科技節活動為背景,要求在不打開容器的前提下將其中裝有相同材料的兩個容器挑選出來，考查學生的閱讀理解能力、建構模型能力和運用密度知識解決問題的能力。

2.1 閱讀要求，明確原理

考試結束后,有部分考生與筆者探討了第24題的解題思路。有的考生閱讀題目后不知從何下手，有的考生沒能真正理解題意，認為四個塑料瓶子都會漂浮在水面上，導致出現無從下手、思維混亂的原因就是沒有明確題目的要求和實驗的目的。

本題要求在不打開容器的前提下將其中裝有相同材料的兩個容器挑選出來，如何挑選出不同的材料?有沒有用來鑒別材料的方法?如果從這個角度思考問題,不難聯想到可以用測量密度的方法來鑒別物質。而測量密度的實驗原理就是ρ=m/V，只要能測量出材料的質量和材料的體積，就可以計算出材料的密度,密度值相同的兩個瓶子里裝的是同種材料。

2.2 分析情境,建構模型

明確了目的之后,學生在分析過程中首先遇到的麻煩是如何從原始問題中提煉出物理模型。

以本題為例,因為情境中描述了塑料瓶的外觀是不透明的輕質密閉容器,所以抓住“輕質”一詞,可忽略容器的質量。結合設計的第一步實驗:用天平分別測出圖中四個密閉容器的質量mA、mB、mC、mD，不難得到mA、mB、mC、mD即為容器內的材料的質量。

另外,本題的情境設計中明確了密閉容器中裝的是細鹽、鐵粉、米粉中的一種材料。這些材料都屬于粉末狀的微小顆粒,所以在分析問題的過程中可以忽略它們之間的空隙,默認材料的總體積即為該容器的容積。

經過這一系列的信息提取,便可將已知的物理條件模型化,舍去條件中的次要因素(容器的質量和粉末狀材料之間的微小空隙),抓住條件中的主要因素(已知材料的質量),為問題的討論和求解起到搭橋鋪路、化難為易的作用。

2.3 借助橋梁,等效替代

以下要解決的問題是沒有提供量筒，難以直接測量體積,如何利用水來完成實驗呢?

水作為密度已知的常用物質,由于本題說明了A、B、C、D容器里的材料都是裝滿的,提供的器材又有與密閉容器相同的空容器各一個,所以不難想到可以將這四個空容器裝滿水,其中水的體積就等于這些材料的體積了。所以只要測得了水的質量,就知道了水的體積,也就知道了材料的體積,結合第一步質量已知,利用密度知識就可以來鑒別物質了。第二步實驗操作可書寫為:在空容器中裝滿水,用天平分別測出裝滿水后四個密閉容器的質量m1、m2、m3、m4。

2.4 基于原理,列出算式

學生最后要解決的問題是：如何寫出密度的表達式？

水的密度為ρ水,則A瓶子里材料的體積就是A瓶子里水的體積，為m1/ρ水，所以A瓶子里材料的密度為mAρ水/m1，同理C瓶子里的材料的密度為mCρ水/m3，若等式mA/m1=mC/m3成立,則A、C兩容器中所裝材料相同。如果學生從第一步開始目標不明、原理不清、主次不分,就很難書寫出正確的表達式。

3 結語

為了達成科學素養的培養目標,在平時的課堂教學中要重視實驗教學,不僅要注重歸納法的運用,也要重視演繹思維。把時間和空間盡可能多地留給學生,不僅要訓練學生的口頭表達能力,也要加強筆頭表達能力的培養。重視物理實驗中科學研究方法的運用,如等效方法就是科學研究中常用的一種思維方法，在效果等同的前提下,把實際的、復雜的物理過程等效為理想的、簡單的過程,可使計算簡化,也可加深學生對物理概念、規律的理解,掌握等效方法,體會物理等效思想的內涵,有助于提高學生的科學素養。

此外,物理模型不僅有利于學生獲得科學準確的物理概念、規律，而且能夠幫助學生掌握科學思維方法,對學生物理學習有著重要的作用。在平時的習題訓練中應增加一些開放性的問題,加強原始問題模型化的訓練,加強模型建構的學習和訓練,重視模型建模過程中的思維訓練。