注重學生自主探究 提高學生核心素養
——以“測量身邊物品的密度”教學為例

文∣楊紅

《義務教育物理課程標準(2011年版)》以提高學生物理核心素養為宗旨，讓學生在“知識與技能”“過程與方法”和“情感態度與價值觀”三方面得到發展，而物理科學探究是落實物理課程目標，全面提高學生核心素養的重要途徑，起著其他教學形式不可替代的作用。實驗是科學探究的重要方式之一，不僅能培養學生的科學探究能力，還能培養學生對科學探究的興趣與熱情，養成實事求是的科學態度，樹立正確的世界觀。在教學實踐中，部分教師把教學的重心放在知識目標上，忽視了“過程與方法”和“情感態度與價值觀”目標的達成，導致在教學中過于強調傳授知識、強記硬背、機械訓練，忽略了對學生積極參與、主動探究、勤于實踐的意識、習慣、思維和能力的培養。

本文以“測量身邊物品的密度”探究教學為例，讓學生在家中利用日常用品和相關工具，自己設計方案，測量身邊物品的密度，回到課堂再分享展示，交流總結，改進完善探究方案，切實提升探究能力。這種方法不僅接近了物理學科與日常生活的距離，更增強了學生自主探究、分析問題和解決問題的能力，培養學生創新意識和創造性思維，提高學生的物理學科核心素養。

一、創設情境，激發興趣，培養解決問題意識

建構主義認為，最好的學習方法是讓學習者到真實環境中去感受、體驗，而不是只聽別人的介紹和講解。物理學通過研究自然界中的物理現象，得出物理規律與物質本質，它是一門源于生活的自然科學，因此創設實驗情境也應該貼近現實生活，讓學生從身邊熟悉的生活現象來探究并認識物理規律，將課堂學到的物理知識及科學探究的方法應用到實際生活中，這樣不僅能夠啟發學生的思考，激發學生的探究興趣，更能培養學生良好的思維習慣，提高其科學探究能力。

在教學中，教師可以創設接近學生生活的真實情境，激發學生探究的興趣，適當指導他們進行實驗探究的方法，從而有效地激發和引導學生開展自主探究實踐。例如，針對社會上某些不良商家出售一些不合格產品，普通消費者難以憑肉眼辨識，教師可向學生提出：我們能否利用所學的 “密度”知識，做一名“打假英雄”，鑒別所買商品的真偽？學生已經學習了“密度是物質的一種性質，同種物質的密度是相同的”；知道了生活中的物品也有一個合格標準范圍內的密度值，因此，測量物體的密度可以作為鑒別商品質量的一個參考。在實驗室，學生已做過測量固體和液體密度的實驗，這也為他們在家中自行測量日用物體的密度提供了原理和方法。不過，實驗室測量密度用的是天平和量筒，家庭中很少有，筆者便建議學生可利用家用食品電子秤或彈簧秤測質量，用有刻度的量杯等容器測體積，同時提醒學生，若以上設備家里都沒有，要自行尋找解決方法。

二、任務驅動，自主探究，增強實驗探究能力

科學探究提倡學生自主探究，學生自主完成物理探究活動需要一定的時間，一方面物理課堂學習時間有限，另一方面學生在校期間進行探究活動難免對教師心存依賴，教師過多、過細的指導會削弱學生的探究。況且，科學探究要解決的本來就是生活中的問題，把測量身邊物品密度的探究實驗放在周末，讓學生在家中自主完成也是恰如其分的。當然，學生完全獨立地進行自主探究肯定會遇到困難，甚至難以進行下去，因此教師的適當指導也是必要的。

為了方便學生找到共同的探究物品，筆者布置學生周末回家測量“醋、牛奶、食用鹽、大米”四種物品的密度，若有疑難問題，可先嘗試自行想辦法解決，實在無法解決的，再通過電話或網絡與教師聯系。在學生自主探究的過程中，他們想到了各種測量質量、體積的辦法，同時也遇到了一些問題。例如，測量鹽的體積時，有學生提出，直接把鹽放入有水的量杯中，鹽會溶于水中，無法測出體積；有其他的學生則提議用保鮮膜包好再放入水中測量，也有學生認為用了保鮮膜會使測量的體積偏大，鹽很細小，可以直接用帶刻度的量杯測量即可。測量大米的體積時，有學生提到，因為大米顆粒比較大，用量杯直接測大米的體積由于米粒之間有空隙，測量的體積會偏大；若放入水中測量，大米會吸水膨脹，測量的體積會偏大，不知如何解決。對于這一問題，筆者建議學生上網搜索解決辦法。學生搜索到一個辦法：將大米與空氣密封在一個注射器內，利用注射器測出大米與注射器內空氣的總體積，再測出注射器內空氣的體積就可以得到大米的體積，但這要用到壓強的知識，而且家中也沒有注射器。有學生從中受到啟發：如果把大米放在塑料袋中密封，再用抽氣筒把袋中的空氣抽出來，就可以用“排水法”測大米的體積了。還有學生提出家里沒有量杯，筆者提醒他們，用排水法測固體的體積是由于固體放入量筒后，固體占據了水的空間，水會被排開使水面上升，排開水的體積就等于固體的體積。現在沒有量筒量杯，不能直接把排開水的體積測出來，那就用電子秤測出排開水的質量，再用質量除以水的密度，得出排開水的體積，也等于放入固體的體積。得到教師的提示后，學生不但用電子秤間接測出了鹽和大米的體積，還測出了醋和牛奶的體積。大多數學生都順利完成了測量規定物品的密度，有些學生甚至還測量了其他物品的密度，如父母的戒指、不銹鋼勺、食用油、雞蛋等。

“測量生活用品密度”這樣的自主探究實踐活動可以讓學生掌握測量密度的基本方法，創造性地學到測量密度的其他特殊方法，極大地培養他們通過自主探究、分析解決問題的興趣和能力，這些都是在課堂學習中無法實現的。

三、分享展示，交流總結，提升學生核心素養

科學探究的目的是發現客觀的科學規律，這不僅要求學生能夠對實驗數據進行分析和論證，更要求學生對前面的探究做出評估。評估是指對探究的行為和所收集信息的科學性、可靠性能夠提出進一步的思考，從而發現新問題、新現象、新方法，這對發展學生的批判性思維具有積極的意義，有利于學生養成嚴謹的科學態度。

在學生完成家中的科學探究后，教師利用課堂時間，讓大家互相展示分享探究成果，讓他們發現自己在探究過程中的不足，聽取別人的建議，學習他人的優點，不斷改進和完善自己的探究方案，切實提升學生的物理探究能力和核心素養。

在課堂展示中，學生紛紛利用自制的電子課件向大家展示自己在家探究測量日常物品密度的實驗思路、過程、方法和實驗結果。有學生測出的物品密度比標準值偏大或偏小，教師引導其他同學對其實驗過程、方法進行分析探討，尋找原因。例如，有學生測出某品牌的純牛奶的密度是1.021 g/cm3，而網上查到的純牛奶的密度是1.1～1.2 g/cm3，該學生詳細講解實驗過程后，有學生提出“用電子秤測水的質量之后，又用同一個杯子裝牛奶，可能會稀釋牛奶”；又有學生則認為“微量的水即使有影響，但影響不大，可能是杯子所裝水和牛奶的體積不同造成的”；還有學生認為“可能是牛奶包裝打開后當時的溫度、氣壓影響了它的密度”……在大家各抒己見的討論中，學生對實驗誤差產生原因積極交流，思維方法和實踐能力得到了切實提高。

通過自主探究，大家不但學到了解決問題的方法，還舉一反三地歸納總結了測量液體固體體積的特殊實驗方法，這也是近幾年來中考的熱點。例如，用墜沉法(如圖1)和按壓法(如圖2)測蠟燭、木塊的體積；用溢水法(如圖3)和補水法(如圖4)測不能放入量杯的固體的體積；用等體積法測液體的體積(如圖5)。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

關于密度的知識點，《義務教育物理課程標準(2011年版)》要求學生通過實驗來建立密度的概念，這屬于認知目標的理解水平；要求學生能通過實驗測量固體和液體的密度，這是實驗技能方面的要求，屬于獨立操作水平；要求學生能將所學的密度知識與生產、生活中的實際問題緊密聯系起來，并會用密度的知識解決一些簡單的問題，如用密度知識鑒別物質等。本文中通過“測量身邊物品的密度”的探究教學，不僅提高了學生的實驗能力和分析、解決問題的能力，達成了“過程與方法”的課程目標，還在探究的過程中激發了學生學習的熱情，體驗了成功的快樂，培養了實事求是的科學態度，使他們從課堂走向生活，從生活走向物理，體現了“情感、態度、價值觀”的課程目標。這也對學生建立物理概念，學習物理規律，以及后面將要學到的重力、壓強、浮力等知識打下良好的基礎，為培養學生物理學科核心素養，促進他們終生學習和發展奠定堅實的基礎。

綜上，在物理教學中，教師可以通過創設情境，激發學生興趣，培養學生解決問題意識；通過任務驅動，引領學生自主探究，增強學生分析問題、解決問題和動手實踐的能力。學生在課堂上分享探究過程，展示實驗成果，互相交流體驗，教師評估總結，以培養學生創新意識，提高思維能力和實踐水平，全面提升學生物理學科核心素養。