新中考背景下的測量性實驗教學設計

李建平

【摘要】在物理實驗操作納入新中考的背景下，物理教師要結合教材和新課標要求，不斷提升學生的物理實驗操作能力和創新思考能力，讓學生通過探究性實驗操作，愛學習、會學習，激發學生的學習興趣。文章以測量性實驗教學設計“測量物質的密度”為例進行探究，論述了測量性實驗的特點及研究過程、測量性實驗應注意的事項、學生實驗操作細節設計以及學生實驗操作的復習、備考等內容，在實驗操作中，以流程圖的形式強化學生對實驗操作的理解和掌握，從課后實踐性探究活動中引導學生整合知識架構，發散學生的思維，提升學生的實踐探究能力，進而提升學生的物理學科核心素養。

【關鍵詞】物理教學；測量性實驗；實驗探究；操作流程圖；實踐性學習

【中圖分類號】G633.7【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2022）07—0124—05

新課改以來，物理教學更注重教材與生活實踐的銜接，更注重培養學生的動手操作能力，一改“唯分數論”的風氣，物理教師也提高了對實驗教學的重視程度，但“黑板實驗”“視頻實驗”“動畫實驗”依然存在，學生動手實驗在教學中的量依然不夠。由于紙筆實驗考查缺乏一定的完整性，且普遍認為實驗教學浪費教學時間，所以在物理課上學生實驗操作的機會偏少，導致學生失去了手腦并用的訓練機會，直接影響了學生物理學科核心素養的提高[1]。因此，在中考物理新增實驗操作考試的背景下，教師要轉變教學觀念，更新教學理念，加強實驗教學，增加學生實驗操作的機會[2]。筆者從課堂教學設計到備考復習設計進行了深入研究，凸顯學習的探究性，讓學生理解概念規律，體驗和經歷測量過程，從而掌握實驗操作的要領。

一、測量性實驗的特點及研究過程分析

測量性實驗的教學程序，一般情況下是先理論后實踐，學生在課堂上學習基本概念、規律、操作過程，再到實驗室進行操作實踐，鞏固所學[3]。需要注意的是，測量性實驗知識來源于教材，根據固定的實驗步驟進行操作，不需要在課外進行探究。測量性實驗中，教師的作用主要是講授、示范，即講解實驗原理、目的、實驗器材、步驟、結論等，學生則轉化為課堂學習的主體，主要是操作和實踐[4]。

以北師大版教材涉及的測量性實驗為例，筆者梳理了課標必做實驗，如圖1：

以下圖為例進行分析：教學中，實驗（1）拆分在第二章和第三章，經過獨立練習后，可讓學生將第三章與實驗（7）整合在一起練習；將實驗（2）獨立練習后，與實驗（8）整合在一起作為大實驗練習；將實驗（4）獨立練習后，與“探究水的沸騰”整合在一起練習；將實驗（5）和實驗（6）獨立練習后，整合到實驗（11）和（12）作為大實驗練習，以及在探究歐姆定律中也可練習；實驗（10）在教學中學生實際操作得少，建議讓學生認真開展實驗。

二、測量性實驗應注意的事項

（一）重視“觀察和了解”“觀察和思考”

強調學生在教師示范環節應該做什么，怎么做，為什么這么做，這對于幫助學生進行實驗操作有決定性的意義。引導學生對實驗器材選擇使用，以及對實驗器材的準確程度做到全面了解。例如，托盤天平、杠桿、電流表、電壓表在使用前后的調準等等，學生做到心中有數。

（二）認真準備“實驗操作”

根據觀察、了解、思考，必須要知道實驗設計的程序與步驟，還要知道實驗的安全操作方法，實驗前統一學習安全操作規范，實驗時教師應先檢查，避免器材的損壞和意外的發生。

（三）讀取和記錄實驗數據

教師應引導學生注意這一實驗細節步驟。如，刻度尺數值的讀取時，視線水平垂直刻度線，讀到最小刻度的下一位，記錄數值與單位；托盤天平讀數時的注意事項，密度計的讀數方法等。由于操作方法和測量工具不同，在讀取和記錄中會存在一定的問題，注意分析誤差和錯誤，與學生共同探究對實驗器材和實驗方法的改進，進一步激發學生學習的內動力，提高學習的有效參與度。

（四）注意協同合作

部分實驗是一個人很難完成的，必須要有團隊，學生要有主動與他人合作的精神。如，“測量滑輪組機械效率”的實驗，一個學生拉彈簧測力計，一個學生尋找繩端移動距離，一個學生尋找物體移動距離，另一個學生記錄數據，每一次每個學生的分工調換一下，幾次下來所有人都參與到了每個實驗步驟中。新課改下，合作學習顯得十分重要，更重視學生的實際參與。

三、以“探究物質的密度”為例進行實驗設計

（一）教學內容分析

將測量實驗轉化為探究課，通過建構概念的過程學習測量密度的方法。在教學過程中，通過學生已有的鑒別物質種類的方法，到學生無法解決提出的新問題，教師要解決認知沖突，引發學生思考，激發學生學習興趣；通過分組實驗，強調學生學習的主體性，讓學生通過實驗探究的方法建立密度的概念；設置相對合適的思維難度和梯度，鼓勵學生用自己的認識對探究過程進行描述，有意識地滲透科學探究方法。

（二）學習者特征值分析

1.認知水平及經驗。學生在小學科學課中學習過天平的使用，在小學數學中學習過長度5個相鄰單位換算千米、米、分米、厘米、毫米，質量的3個相鄰單位換算噸、千克、克，并且在初中又經歷了兩周多的時間學習長度、體積、質量，已經具備了一定的實踐經驗。

2.心理特征。（1）求知欲。初二學生已開始關注自己的成長，關注社會發展，渴求獲取知識，尤其是喜歡探究與生活、生產、科技發展密切相關的知識。（2）興趣。初二學生中有相當一部分學生是依興趣、愛好來學習的，對物理學科中的一些生動有趣的現象感興趣，從而產生學習的愿望。（3）好奇心。初二學生易對事物產生好奇心，從而激發探索欲望。生動而有趣的動畫、錄像等使教學情境更為豐富，激發了學生的好奇心，產生了對探究問題的興趣。A99D243E-1450-4DF7-8EC2-FA1A3561304F

3.認知潛在發展區。學生在生活中對質量有了初步的感知，已上升到掌握了質量概念及其屬性；已能從外在的一些性質，鑒別物質種類到內在密度概念的建立，能鑒別物質的種類，掌握了密度的概念及密度知識的應用。

（三）教學目標

教師要引導學生通過實驗探究，找出質量與體積的關系；通過對密度的探究，理解密度的概念；會用量筒和托盤天平測量固體和液體的密度。

（四）教學過程

1.提出問題。從學生熟悉的物質引入，分別出示鋁塊與銅塊、木頭與海綿、酒精與清水、醬油與可樂，詢問學生如何進行區分，讓學生能根據顏色、軟硬程度、氣味、味道等作出判斷。

2.猜想。討論猜想后讓學生思考：物質的質量和體積有什么關系，希望學生參與到猜想中，不需要給出準確答案，盡可能多地進行預測。

3.設計實驗。教師提出問題：怎樣設計實驗，驗證我們的猜想呢？首先讓學生討論，設計實驗方案。然后師生相互交流，選擇合理的研究方案，教師適時引導學生確定探究的方案。在測量物體的質量和體積時，讓學生進行分析、比較，找出其中的規律。尤其是，要使學生明確探究的思路和實驗的方法，知道應該測量哪些物理量，用什么儀器，怎樣測量，怎樣設計記錄數據的表格。

4.進行實驗。教師組織學生分組實驗，指導學生實驗，幫助學生解決實驗中遇到的困難，并記錄數據。第一大組分別測出長方體、正方體、圓柱體三個銅塊的質量與體積，并將實驗數據填入下面的表格中。第二大組分別測出長方體、正方體、圓柱體三個鋁塊的質量與體積，并將實驗數據填入下面的表格中。第三大組分別測出長方體、正方體、圓柱體三個鐵塊的質量與體積，并將實驗數據填入下面的表格中。第四大組分別測出20 mL、40 mL、80 mL的水的質量與體積，并將實驗數據填入下面的表格中。第五大組分別測出20 mL、40 mL、80 mL的酒精的質量與體積，并將實驗數據填入下面的表格中。

探究物質質量和體積的關系，如表1：

5.分析論證得出結論。實驗結束后，教師將數據輸入到Excel表格中進行分析，引導學生算出質量跟體積的比值，并尋找結果有什么規律。學生按照同樣的方法來分析鋁塊、鐵塊、水和酒精，得出結論：同種物質質量與體積的比值是不變的；不同物質質量與體積的比值一般是不同的。

四、借助操作流程圖進行實驗操作的細節設計

（一）托盤天平的使用說明

測量前：將托盤放在水平桌面上；將游碼移至標尺左端的“0”刻度線處；調節平衡螺母，使指針對準分度標牌中央的刻度線。

測量時：物體放在左盤，用鑷子向右盤加減砝碼；移動游碼，使指針對準分度標牌的中線。

讀數：物體的質量等于右盤內砝碼的總質量與標尺上游碼左端所對的示數之和。

（二）托盤天平操作流程圖（如圖2）

（三）量筒使用的操作流程圖（差量法）（如圖3）

（四）固體密度測量的操作流程圖（方案比較，誤差分析）（如圖4）

（五）液體密度測量的操作流程圖（方案比較，誤差分析）（如圖5）

通過設計實驗操作流程圖，減少了學生對文本的記憶量，將抽象的文本描述轉化為形象圖示，再輔以PPT的動畫呈現出操作的順序和步驟，能有效地幫助學生記憶操作步驟及流程，掌握測量性實驗的操作要領。

五、測量性實驗的復習活動設計

通過對第二章的學習，以及實驗室三個實驗的操作和實驗操作流程圖的再建構，一個基于單元主題學習的問題產生了，蘋果是學生們從小到大吃過的水果，找一個大蘋果（果徑80mm以上），整合所學的第二章知識進行創新探究，測量蘋果的高度、體積、密度。并用第二章所學知識學會區分花牛蘋果和紅富士，讓學生對上述問題進行思考實踐，然后提出可行性的操作方案。

（一）活動目的

需要學生對所學知識的整合能力、文字的表述能力、物理知識應用能力、實驗設計能力、實驗操作能力、科學思維能力、綜合分析能力，以及對作業的態度如何。告誡學生不要把學習停留在過去，一味靠刷試題提高成績，要勝任更多樣化的思維能力的作業挑戰，提高學生科學思維的能力。

（二）第一次提示

創設真實情境，解決真實的物理問題，發揮學生的能動性，激發學生的內動力，讓學生真正成為學習的主人。

（三）第二次提示

本次主題學習要整合所學知識，先思考會遇到什么問題。其次是怎樣解決問題。如，蘋果高度測量中怎樣確定測量位置？探究物質的密度時發現量筒容積小，不規則的大蘋果塞不進去，怎么辦？大蘋果質量超過托盤天平的稱量，怎么辦？不能只停留在口感、色澤、外觀等區別花牛和紅富士蘋果，怎么辦？A99D243E-1450-4DF7-8EC2-FA1A3561304F

（四）學生案例

1.測量蘋果的高度。把蘋果先放置在水平桌面上，蘋果底部朝下，再用一把尺子放置在蘋果頂部，最后用另一把尺子垂直測量高度，保證0刻度線與桌面吻合，蘋果頂部尺子所在的垂直尺子的刻度，即是蘋果高度。

2.測量蘋果的體積。考慮到一是蘋果比較大，量筒比較小，蘋果放不進去，因此需要將蘋果切開；二是蘋果核中有空隙，容易吸水。所以我們用刀將果核周圍切4刀，使果肉能把果核完全包裹住，并且可以放入量筒，共分為五塊蘋果（如果每塊蘋果還嫌大，不能放入量筒，則再切，但不能切破果核）。將水倒入量筒記下刻度，再把一塊蘋果放入量筒，這時蘋果漂浮在水面，用一根牙簽壓住蘋果，使蘋果完全淹沒在水中，記下水位升高的位置，隨后用高水位刻度減去低水位刻度，可得出一塊蘋果的體積（牙簽的體積太小，忽略）。如此依次測出另外四塊蘋果的體積，相加得出蘋果的總體積V。

3.測量蘋果的質量。用托盤天平測量蘋果的質量，如果大蘋果的質量超過托盤天平的量程，則需將分塊多次測量。首先將一塊蘋果放入托盤天平左盤，用鑷子將砝碼放入右盤，當天平兩端晃動時，撥動游碼，使天平保持平衡，得出一塊蘋果的質量，如此依次測出另外四塊蘋果的質量，相加得出蘋果的總質量m。

4.得出蘋果的密度。根據公式：ρ=m/V，可得出蘋果的密度。

六、備考復習

雖然學生經歷了新課學習、實驗操作、實踐活動探究等，到初三總復習時，依然可能會出現器材的使用方法不熟悉，操作不規范，對實驗過程以及方法不熟練等問題。在備考復習前，教師應帶領學生學習實驗操作考試的評分細則，如表2，參照蘭州市2021年“測量固體的密度”的評分要點，明確得分點和扣分點，再將評分細則滲透到備考復習中。

備考時，學校應組織模擬考試，組織的學生“自助餐式”的訓練效果會更好一些。學生根據已公布的實驗操作題目，進行針對性練習，老師輔導解決其他問題。

總之，在新中考背景下，實驗操作已納入物理學科的考查中，教師應立足新課標，整合教材中必考的學生實驗，認真落實新課改理念，帶領學生從動手操作中體悟知識，從思考中感受物理現象，理解并掌握相關概念和要點難點，學會學以致用，收獲成長與進步。

參考文獻

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[3]司玲.關于初中物理實驗教學的現狀與思考刊[J].考試周刊，2010（04）：30.

[4]于能武.考查學生是否真實驗的好題[J].湖南中學物理，2013（12）：15.

編輯：張昀A99D243E-1450-4DF7-8EC2-FA1A3561304F