隨堂實驗在初中物理概念教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用

【摘要】本文以八年級物理《密度》一課為例，探索以隨堂實驗為抓手，構(gòu)建自主創(chuàng)新課堂教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，并對這種教學(xué)模式進行總結(jié)。

【關(guān)健詞】密度 概念教學(xué) 隨堂實驗

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）17-0150-03

近幾年我區(qū)物理中考，很多學(xué)生在實驗題版塊丟分嚴重，如果出現(xiàn)與課本上不完全一樣的實驗，那么學(xué)生完全無從下手。究其原因，主要是初中物理實驗教學(xué)給學(xué)生動手實踐的機會太少，只在必要的分組實驗課上讓動手操作，況且時間緊迫，大多數(shù)學(xué)生只會跟著老師依葫蘆畫瓢，甚至是背實驗步驟，不能形成通過實驗現(xiàn)象建立理論模型的思維鏈條，在遇到問題時不能在理論的基礎(chǔ)上進行關(guān)聯(lián)思維。這突顯了學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的缺失，也說明了物理實驗教學(xué)要加強“隨堂實驗”的必要性。物理學(xué)是一門綜合性極強，以觀察、實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)。實驗教學(xué)是落實物理課程目標，全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。物理實驗包括演示實驗、學(xué)生分組實驗和隨堂實驗。隨堂實驗是指學(xué)生在課堂上跟隨教師在知識講授的同時做的實驗，教師指導(dǎo)學(xué)生進行實驗操作，要求學(xué)生觀察實驗，從實驗現(xiàn)象中采集所需要的信息，并對所獲信息進行整理、分析。然后在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生通過推理、論證、總結(jié)，最后形成學(xué)科概念、規(guī)律等。在此筆者以初中物理《密度》一課為例，對物理隨堂實驗進行探討，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和應(yīng)用能力等核心素養(yǎng)。

《密度》一課是典型的概念課教學(xué)。它首先通過演示實驗找出規(guī)律，建立密度的初步概念，進而從概念中引申出密度的計算公式、單位及其物理意義，最后利用公式進行簡單計算和解決具體問題。本節(jié)的知識目標有三個：①理解密度的概念，知道密度是表征物質(zhì)特性的物理量;②理解密度公式、單位及其物理意義;③會用公式求解物質(zhì)的密度，進行簡單計算。密度概念的建立和形成過程是本課的重難點內(nèi)容。

一、吃透教材，抓重難點，活用器材，在做中學(xué)

密度概念抽象、難理解又極易混淆。課本原編排方式是：通過實驗，分別測出多個體積不同的鋁塊的質(zhì)量和體積，然后在坐標圖里畫出m-v圖象，由圖象看出鋁塊的質(zhì)量與體積成正比例，接著求出各自的質(zhì)量與體積的比值，質(zhì)量與體積的比值相同，由此得出密度的定義。這過程比較簡單、直接，但不夠完整、全面，過分地簡化了研究過程，照此只要順著這唯一的路徑，便很容易得到結(jié)論。但這結(jié)論比較勉強，結(jié)論缺乏說服力。這樣的過程缺乏必要的思維分析和探索過程，使復(fù)雜、曲折的研究過程失去了探索性，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使教學(xué)過程失去了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的功能。因此，筆者在實驗的方法和操作過程上進行了改進。一是將教師演示實驗變?yōu)閷W(xué)生隨堂實驗，給學(xué)生充分發(fā)揮的時間和空間，讓學(xué)生親歷概念形成的過程。二是在實驗分組和操作方法上，把全班分為4個大組，每一個大組又分3個學(xué)習(xí)小組;第一個大組測銅塊，第二個大組測鐵塊，第三個大組測鋁塊，第四個大組測液體;各大組中的第一個學(xué)習(xí)小組測物塊1，第2個學(xué)習(xí)小組測物塊2，第3個學(xué)習(xí)小組測物塊3。三是在實驗器材上，作了些改動，物塊1是一個正方體，用極少的AB膠把2個物塊1粘在一起作為物塊2，把3個物塊1并排粘在一起作為物塊3。這能既有效地利用器材，又能方便計算，有利于學(xué)生得出物質(zhì)的密度是物質(zhì)固有的一種性質(zhì)，與質(zhì)量、體積無關(guān)這一結(jié)論。

二、科學(xué)引導(dǎo)，結(jié)合實例，自主實驗，辨明概念

（一）“猜一猜”小實驗

師：現(xiàn)在講臺上有鋁塊、銅塊、水、酒精、鹽水、糖水、木頭、海綿等，請同學(xué)們猜一猜，它們是什么物質(zhì)？你是根據(jù)什么性質(zhì)來區(qū)分、識別它們的？

同學(xué)們都踴躍發(fā)言。學(xué)生經(jīng)過觀察和討論，最后歸納出可以根據(jù)顏色、氣味、形狀、硬度等特性來鑒別不同的物質(zhì)。

（二）直觀實物，留下懸念

教師出示兩只顏色、形狀、大小完全相同，但材質(zhì)不同的勺子。

師：這是材質(zhì)不同的兩只勺子，你能根據(jù)上述四種特性分辨它們是由什么物質(zhì)組成嗎？

生：不能。

師：鑒別物質(zhì)，僅靠上述四種特性是遠遠不夠的，那還有什么方法能鑒別這兩只勺子？

留下懸念，引起學(xué)生注意。自然而然引出本節(jié)課問題，鑒別物質(zhì)的另一重要方法——密度。

（三）密度概念的建立過程

1.體積不同——不能比較物體的質(zhì)量

師：生活中常說“鐵比棉花重，油比水輕”。這種說法對嗎？

生：不對。因為沒講明鐵塊和棉花的體積有多大？一大堆棉花有可能比一小堆鐵釘重。

師：怎樣說才準確？

生：在體積相同時，鐵比棉花重，油比水輕。

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生知道只有在體積相同時，才能比較物體的質(zhì)量。

2.體積相同——才能比較物體質(zhì)量

教師再出示兩只形狀、大小完全一樣的勺子。

師：若事先知道一只是鐵勺，一只是鋁勺，你有什么辦法識別它們嗎？

生：放在天平上（或用手掂一下），重的是鐵勺，輕的是鋁勺。

師生共同總結(jié)。要鑒別物質(zhì)，可采取這樣的辦法：先取它們的體積相等的量，再比較它們的質(zhì)量大小。

師：若這兩只勺子體積不相等或事先不知道這兩只勺子是鐵勺和鋁勺，你還能采用上述方法識別嗎？

學(xué)生各抒己見，最后得出結(jié)論：不能單憑質(zhì)量大小來判斷。教師指出，因為相同的物質(zhì)的質(zhì)量隨體積的增大而增大，所以需要我們進一步研究物質(zhì)的質(zhì)量隨體積改變的規(guī)律，從中尋找它的特點。一步步帶領(lǐng)學(xué)生走入要探究的領(lǐng)域。

3.單位體積——比較物體的質(zhì)量

指導(dǎo)學(xué)生進行分組實驗探索。

〖實驗?zāi)康摹椒謩e測出各物體的質(zhì)量與體積，研究質(zhì)量與體積的關(guān)系。

〖實驗器材〗銅塊1、銅塊2和銅塊3，鐵塊1、鐵塊2和鐵塊3，鋁塊1、鋁塊2和鋁塊3，某液體（水）、燒杯、天平（含砝碼）、量筒、滴管。

學(xué)生在上節(jié)課剛做了用天平稱固體和液體質(zhì)量的實驗，仍記憶猶新，故只需簡單復(fù)習(xí)一下天平的使用方法。對如何測固體和液體的體積，只介紹測量方法，但不需學(xué)生測量，教師直接給出實驗數(shù)據(jù)，便于簡化實驗?？紤]到該實驗內(nèi)容多，耗時長，為避免沖淡主題，四組實驗由各大組的三個學(xué)習(xí)小組同步進行，各小組只需分別測物質(zhì)的質(zhì)量即可。

在學(xué)生實驗探索前，教師先出示實驗思考題：

（1）對同一種物質(zhì)，它的質(zhì)量與體積有何關(guān)系（正比、反比）？其比值又有何關(guān)系（相等、不相等）？

（2）對不同物質(zhì)，其質(zhì)量與體積的比值有何關(guān)系（相等、不相等）？

（3）在體積相等時，不同物質(zhì)的質(zhì)量之間有何關(guān)系（相等、不相等）？在質(zhì)量相等時，不同物質(zhì)的體積之間有何關(guān)系（相等、不相等）？

實驗結(jié)束后，讓學(xué)生分組匯報實驗數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)填入表格中。然后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)思考題對實驗數(shù)據(jù)進行分析、比較和討論，找到物體之間的共性和差異，歸納出質(zhì)量與體積的關(guān)系，得出實驗結(jié)論。

【教師總結(jié)】在體積相等或質(zhì)量相等時，我們可采取比較不同物質(zhì)的質(zhì)量大小或體積大小的方法來鑒別物質(zhì)。若物體的質(zhì)量不相等，體積也不相等時，上述方法便行不通，但我們可以采用質(zhì)量與體積的比值來鑒別物質(zhì)。從實驗數(shù)據(jù)分析可知，對于同種物質(zhì)來說，質(zhì)量與體積的比值是一個定值，但不同種物質(zhì)，這個比值不同。質(zhì)量與體積的比值就等于單位體積物質(zhì)的質(zhì)量。同種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量相同，不同種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量不同。由此可見，質(zhì)量與體積的比值反映了物質(zhì)的一種特性。在物理學(xué)中，就用“密度”這個物理量來表示物質(zhì)的這種特性。

自然而然地引入密度這個概念，并使學(xué)生明白采用單位體積比較物體的質(zhì)量比取相同體積比較物體的質(zhì)量方便、簡捷。

（四）密度公式、單位和物理意義

1.密度公式

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗記錄的數(shù)據(jù)回答兩個問題：

（1）20 cm3的鋁塊質(zhì)量是54 g，則1 cm3的鋁塊質(zhì)量是多少？其密度是多少？

（2）79 cm3的水質(zhì)量是79 g，則1 cm3的水質(zhì)量是多少？其密度是多少？

讓學(xué)生自己進行計算、比較，找出共同特點，總結(jié)其中規(guī)律，最后導(dǎo)出密度計算公式：

密度=[質(zhì)量體積]

即[ρ]=[mV]

2.密度單位及其換算

出示例題，由學(xué)生通過具體計算，得出密度的單位。

〖例題〗體積是2 m3的銅塊，質(zhì)量是17.8 t，求銅的密度。

解：m=17.8 t=17.8[×]103 kg，V=2 m3

[ρ]=[mV]=[17.8×103 kg2 m3]=8.9[×]103 kg/m3

答：銅的密度是8.9[×]103 kg/m3

從計算中可以看出密度的單位由質(zhì)量單位和體積單位共同組成。講解單位的讀法和物理含義。再介紹密度的另一常用單位g/cm3。根據(jù)kg和g，m3和cm3之間的關(guān)系，讓學(xué)生自己推導(dǎo)兩個單位間的換算關(guān)系，得出1 g/cm3=103 kg/m3。單位換算對學(xué)生而言是個難點，可多舉幾例進行練習(xí)，使學(xué)生盡快熟練并掌握。

3.密度是物質(zhì)的一種特性

引導(dǎo)學(xué)生回顧實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)得出密度是物質(zhì)的一種特性，利用密度可以鑒別物質(zhì)。設(shè)計三個問題讓學(xué)生進行思考、討論：

（1）一杯水倒去一半后，它的質(zhì)量如何變？體積如何變？密度如何變？

（2）一鋁塊密度為[ρ]鋁=2.7[×]103 kg/m3，截去它的[13]，剩余的部分密度為[ρ]余=1.8[×]103 kg/m3，對嗎？

（3）據(jù)[ρ]=[mV]可知，[ρ]與m成正比，[ρ]與V成反比，對嗎？

通過學(xué)生的討論，排除模棱兩可的錯誤觀念，得出結(jié)論：同一種物質(zhì)，它的質(zhì)量和體積成正比，在狀態(tài)和環(huán)境相同時，密度ρ不變。

三、教學(xué)反思

本節(jié)課筆者創(chuàng)造性地使用教材，提取具有探索和研究價值的問題，設(shè)計成隨堂實驗，讓學(xué)生在獨立思考、自主研究、積極探索中，不斷發(fā)現(xiàn)問題并創(chuàng)造性地解決問題。這種構(gòu)建自主創(chuàng)新課堂教學(xué)模式是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效的教學(xué)方式之一，其特點主要如下：

（一）具有創(chuàng)新性

傳統(tǒng)的“密度”課堂教學(xué)，教師占用絕大部分的時間來傳授知識，學(xué)生只有很少的時間去思考、去學(xué)習(xí)。而自主創(chuàng)新課堂教學(xué)模式使課堂充滿了活力，教師提供有探究價值的創(chuàng)新點，設(shè)計與內(nèi)容相關(guān)的情境，通過實驗，激發(fā)和滿足不同層次學(xué)生的探索與創(chuàng)新欲望，使他們能夠獲得“親自得出研究結(jié)論”的機會，又能夠在實施創(chuàng)新活動的過程中發(fā)展能力。在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中注意設(shè)計一系列有針對性、有啟發(fā)性的問題作為鋪墊，引導(dǎo)學(xué)生在探索的過程中有所創(chuàng)新地解決問題。

（二）具有主體性

本節(jié)課始終將學(xué)生置于探索者、發(fā)現(xiàn)者的位置，給學(xué)生更大的自由活動空間和更多的交流機會。如將教師演示實驗變?yōu)閷W(xué)生探索實驗，讓學(xué)生親歷概念形成的過程，最大限度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性。教師有目的地提出各種問題，在質(zhì)疑、解疑的過程中，鼓勵學(xué)生獨立思考、積極思維，并和同桌互相合作，展開交流、討論，主動探索知識的形成過程。寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，活躍的學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生的心理得到了極大的滿足，40分鐘，學(xué)生的思維一直處于主動激活狀態(tài)，智力呈開放性上升，不斷喚起和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新欲望。

（三）具有方法性

一個物理概念的建立和形成過程，包含了大量物理學(xué)研究的基本方法。本節(jié)課把濃縮在其中的思維歷程重現(xiàn)，讓學(xué)生沿著前人思維活動的足跡短暫而迅速地重走一遍，從中體驗和學(xué)習(xí)科學(xué)思維的方法。通過設(shè)計實驗—實驗探究—歸納總結(jié)，建立密度概念，掌握獲取新知識的方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，拓展思維的深度和廣度，這等于交給學(xué)生一把打開思維寶庫的金鑰匙。這給學(xué)生今后開展研究性學(xué)習(xí)、創(chuàng)新性學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

在課堂教學(xué)中，如果每一位教師都能做到把創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識落實到每節(jié)課中，創(chuàng)造性地使用教材，上出高效率高效益的課，以學(xué)生的自我發(fā)展為本，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為主，將知識與能力并重，那么就能培養(yǎng)出具有創(chuàng)造性、高素質(zhì)的綜合型人才。

【作者簡介】潘小陸（1968— ），女，在職大學(xué)本科學(xué)歷，理學(xué)學(xué)士，南寧市北湖北路學(xué)校物理教師，曾獲得“南寧市教學(xué)骨干”稱號，多次被評為城區(qū)級“優(yōu)秀教師”和“初中畢業(yè)班先進工作者”，有多篇論文分別獲得自治區(qū)一、二、三等獎。

（責(zé)編 盧建龍）