進階式培養實驗能力，浸潤式發展科學素養

丁琳

【摘要】長期以來，初中物理教學非常重視傳統實驗.以測量密度為例，主要工具為天平和量筒，教學重點在于原理討論、方案設計、誤差分析，以及特殊法測密度方案設計（缺少某器材情況下）.傳統實驗固然重要，然而卻忽視了生活和生產中已經出現的更加快捷、更加精確的測量工具.為此，建議在教學中進行適當補充和拓展.本文以2022年江蘇省無錫市中考試題第30題為例，以如何讓密度測量更快捷、更精確為線索，探討如何從傳統實驗教學走向逐層設計進階實踐活動，浸潤式發展學生的學科素養.

【關鍵詞】初中物理；實驗教學；密度

如何讓初中學生在習得基本物理觀念的同時，發展他們的科學思維？如何讓初中學生有機會走近生活和社會，讓他們認識到書本知識是未來社會技術的堅實基礎？這是廣大初中物理教師應該思考的問題，也是“教什么，怎么教”的問題.而問題的答案就隱藏在中考物理試題中.呈現傳統實驗，形成基本觀念；拓展進階實驗，考查知識遷移能力；開展綜合實踐活動，走近社會生活.本文以無錫市2022年中考試題第30題為例展開論述.

1 原題呈現（部分）

實驗課上，老師和同學們測量塑料小條及酒精溶液的密度.

用電子密度計測量酒精溶液的密度.電子密度計主要由玻璃砝碼、掛鉤、測量支架等組成.測質量時，示數由測量支架所受的拉力大小決定，如圖（a）中顯示的20.00g表明是質量為20.00g的砝碼對支架產生的拉力.

①如圖（b）所示，將玻璃砝碼浸沒在純凈水中，示數變小，原因是砝碼受到水的____，此時測量支架所受拉力相當于11.00g的物體所產生的拉力，按下“密度”鍵后，電子密度計能依據阿基米德原理換算出純凈水的密度為0.996g/cm3，如圖（c）所示.

②提起玻璃砝碼并擦干，再浸沒在待測酒精溶液中，示數變為12.00g，如圖（d）所示，則該酒精溶液的密度最接近于____g/cm3.

（A）0.913. （B）0.889.

（C）0.885. （D）0.800.

2 試題賞析

選取的這部分原題是一個全新的情境：測量工具，電子密度計.學生對這一工具不熟悉，需要根據題目介紹的密度計組成結構，讀數原理迅速遷移到平時學過的知識.測量時，示數由測量支架所受的拉力大小決定，即液體密度為零時，示數為玻璃砝碼的重力大小；液體密度不為零時，示數為玻璃砝碼的重力與浮力之差；前后兩次示數差即為浮力大小；同一玻璃砝碼在兩種液體中浮力之比即為液體密度之比.至此，學生對這一新的情境完成了初步解讀.

第1步：深度思考，電子密度計本質是什么？就是一個高精度的彈簧測力計；

第2步：繼續思考，本題的母題是什么？

例題 將金屬塊掛在彈簧測力計的下端，先后浸沒在水和酒精中，金屬塊靜止時彈簧測力計的示數如圖2甲、乙所示．則下列關于金屬塊的幾個物理量計算正確的是（ ）

（A）在水中受到的浮力為2N．

（B）質量為3kg．

（C）體積為10cm3．

（D）密度為3.0×103kg/cm3．

還是原來的問題，情境呈現方式不一樣了，測量工具不一樣了，學生是否能很快地搜集信息，建立起物理模型，將知識遷移歸類到熟悉的情境，如果具備這樣的學習能力，問題就迎刃而解了.

第3步：進一步思考，電子密度計有什么優點？生活和生產上有什么應用？比較常規方法測量結果（0.92g/cm3）和改進以后的測量結果（0.996g/cm3），精度有了新的突破，而且使用方便，電子密度計內置程序，根據阿基米德原理直接顯示液體密度數值.

3 教學啟示

物理學“寓”理于“物”，從生活走向物理，激發學生的物理興趣；從物理走向社會，培養學生應用物理的能力.基于以上的試題分析，我們設計了一系列跨學科實踐活動：以測密度為例，如何使測量更快捷、更精準？

3.1 基于常規實驗，形成物理觀念

活動1： 如何準確測獎牌的密度？

首先，播放一段課前錄制的學生實驗操作的錄像，復習常規的測密度方法，并對本實驗進行評價.

學生：密度測量的誤差主要來自于體積測量，0～10mL的量筒分度值（1mL）偏大，采用溢水杯，水有殘留這些原因會產生誤差.

那么，有沒有更好的測量方法呢？

設計意圖 學習了密度測量以后，引導學生解決一個實際的問題：“獎牌是純金的嗎？”讓學生將學到的知識應用到實踐中去，打通物理與生活之間的聯系，體現了“物理來源于生活，物理回歸生活”的課程理念，培養學生積極探索、勇于實踐的科學態度與科學素養，運用所學知識解決問題的能力和創新意識.通過小組交流，樹立團隊意識與合作學習的精神，培養學生在活動中發現問題和解決問題的能力.

3.2 基于進階問題，開發科學思維（進階）

活動2： 如何快速測手鐲的密度？介紹小視頻——如何快速鑒定玉鐲真假？

操作步驟如下：

a、把電子秤放在水平桌面上；打開開關并清零；

b、將裝有適量水的容器放在電子秤上，打開開關并清零；

c、用細繩系住玉手鐲，將手鐲沉入容器底部，讀出電子秤的示數為m1=60.4g；如圖4.

d、用細線將手鐲緩慢提起（與容器底部不接觸），待電子秤示數穩定后，讀出其示數為 m2=23.6g；如圖5.

e、計算得出手鐲密度，如圖（丙）.（參考值：和田玉的密度在2.9g/cm3～2.95g/cm3）

教師：同時將準備好的手鐲取出，立刻測出了密度，辨別出手鐲是假的.（課堂氣氛達到了高潮）

學以致用：接下來，學生利用自帶的電子秤，迅速測量了鐵塊、銅塊、鋁塊、雨花石、金牌、銀牌的密度……（整個實驗在一分鐘內完成，而且幾個金屬塊的密度測量非常精準！）

教師：同學們，多年以后，或許你們已經記不得今天這節物理課到底講了些什么內容，但是老師相信：你一定記住了怎樣利用電子秤測量你家里的“老古董”是不是純金的！

學生：開心地笑了……

設計意圖 本環節，在測密度問題上，發現常規方法測量誤差比較大，實驗環節比較繁瑣復雜，因此介紹學生利用家里隨手可得的電子秤，快速而且精確地測量物質密度，很好地體現了“物理源于生活，又服務于生活”的學科思想.

3.3 開拓視野，培養科學態度與責任（進階）

活動三：如何精確測液體密度？（調查活動）

3.3.1 活動目標

復習常規方法測量液體密度；

查找資料，了解生產中測量液體密度還有哪些更方便、更準確的方法？

3.3.2 內容和分工

問題：如何測75%濃度的酒精密度？

問題來源于：電子密度計結構圖如圖7所示75%濃度的酒精消毒效果最好，怎么確定配制的酒精是否符合要求？（參考值：濃度75%的酒精密度值約為0.85g/cm3）

分工：（1）確定查找資料的人員：負責了解電子密度計的設計原理.

（2）確定查找資料的人員：負責學習電子密度計的使用方法.

（3）確定學習成果匯報人員：負責制作PPT，介紹電子密度計.

3.3.3 成果匯報

這部分內容的介紹，拓寬了學生學習的視野，讓學生了解到除了實驗室常規的測量方法以外，生活、生產中還有更便捷、更精密的測量方法：利用電子液體密度計，測量時間約5秒，測量精度高達0.0001g/cm3！ 可滿足精細化工、石油燃料、化學試劑等所有液態狀溶液的密度檢測.與此同時，也會激發學生不斷探究物理的熱情.

4 結語

本題體現了命題的“基礎性”“綜合性”“應用性”要求，對今后的教學提供了啟示.學生生活在日新月異的社會環境里，他們需要學習必要的物理知識，形成基本的物理觀念；教學要以實驗為載體，發展學生的科學思維能力；教學的最終指向還是學生未來的生活，讓他們學以致用.

參考文獻：

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［2］劉炳異.再論“物理綜合實踐活動”設置的意義與實施策略［J］.物理之友，2020（1）：1-5，9.

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