学以致用 凸显思维——对一道物理中考题的赏析

(江苏省南京市红山初级中学,江苏 南京 210028)

1 原题呈现

在科技节活动中,有一项挑战项目:如图1所示,A、B、C、D是装满了某一种材料(细盐、铁粉、米粉中的一种)的四个不透明的轻质密闭容器。要求在不打开容器的前提下将其中装有相同材料的两个容器挑选出来。提供的器材有:①与密闭容器相同的空容器各一个;②天平和水。按下列步骤在空白处填上适当的内容。

图1

(1) 用天平分别测出图中四个密闭容器的质量mA、mB、mC、mD;

(2) __________________________________________;

(3)若满足关系式:(用测量的物理量表示)，则A、C两容器中所装材料相同。

2 试题赏析

本题以科技节活动为背景,要求在不打开容器的前提下将其中装有相同材料的两个容器挑选出来，考查学生的阅读理解能力、建构模型能力和运用密度知识解决问题的能力。

2.1 阅读要求，明确原理

考试结束后,有部分考生与笔者探讨了第24题的解题思路。有的考生阅读题目后不知从何下手，有的考生没能真正理解题意，认为四个塑料瓶子都会漂浮在水面上，导致出现无从下手、思维混乱的原因就是没有明确题目的要求和实验的目的。

本题要求在不打开容器的前提下将其中装有相同材料的两个容器挑选出来，如何挑选出不同的材料?有没有用来鉴别材料的方法?如果从这个角度思考问题,不难联想到可以用测量密度的方法来鉴别物质。而测量密度的实验原理就是ρ=m/V，只要能测量出材料的质量和材料的体积，就可以计算出材料的密度,密度值相同的两个瓶子里装的是同种材料。

2.2 分析情境,建构模型

明确了目的之后,学生在分析过程中首先遇到的麻烦是如何从原始问题中提炼出物理模型。

以本题为例,因为情境中描述了塑料瓶的外观是不透明的轻质密闭容器,所以抓住“轻质”一词,可忽略容器的质量。结合设计的第一步实验:用天平分别测出图中四个密闭容器的质量mA、mB、mC、mD，不难得到mA、mB、mC、mD即为容器内的材料的质量。

另外,本题的情境设计中明确了密闭容器中装的是细盐、铁粉、米粉中的一种材料。这些材料都属于粉末状的微小颗粒,所以在分析问题的过程中可以忽略它们之间的空隙,默认材料的总体积即为该容器的容积。

经过这一系列的信息提取,便可将已知的物理条件模型化,舍去条件中的次要因素(容器的质量和粉末状材料之间的微小空隙),抓住条件中的主要因素(已知材料的质量),为问题的讨论和求解起到搭桥铺路、化难为易的作用。

2.3 借助桥梁,等效替代

以下要解决的问题是没有提供量筒，难以直接测量体积,如何利用水来完成实验呢?

水作为密度已知的常用物质,由于本题说明了A、B、C、D容器里的材料都是装满的,提供的器材又有与密闭容器相同的空容器各一个,所以不难想到可以将这四个空容器装满水,其中水的体积就等于这些材料的体积了。所以只要测得了水的质量,就知道了水的体积,也就知道了材料的体积,结合第一步质量已知,利用密度知识就可以来鉴别物质了。第二步实验操作可书写为:在空容器中装满水,用天平分别测出装满水后四个密闭容器的质量m1、m2、m3、m4。

2.4 基于原理,列出算式

学生最后要解决的问题是：如何写出密度的表达式？

水的密度为ρ水,则A瓶子里材料的体积就是A瓶子里水的体积，为m1/ρ水，所以A瓶子里材料的密度为mAρ水/m1，同理C瓶子里的材料的密度为mCρ水/m3，若等式mA/m1=mC/m3成立,则A、C两容器中所装材料相同。如果学生从第一步开始目标不明、原理不清、主次不分,就很难书写出正确的表达式。

3 结语

为了达成科学素养的培养目标,在平时的课堂教学中要重视实验教学,不仅要注重归纳法的运用,也要重视演绎思维。把时间和空间尽可能多地留给学生,不仅要训练学生的口头表达能力,也要加强笔头表达能力的培养。重视物理实验中科学研究方法的运用,如等效方法就是科学研究中常用的一种思维方法，在效果等同的前提下,把实际的、复杂的物理过程等效为理想的、简单的过程,可使计算简化,也可加深学生对物理概念、规律的理解,掌握等效方法,体会物理等效思想的内涵,有助于提高学生的科学素养。

此外,物理模型不仅有利于学生获得科学准确的物理概念、规律，而且能够帮助学生掌握科学思维方法,对学生物理学习有着重要的作用。在平时的习题训练中应增加一些开放性的问题,加强原始问题模型化的训练,加强模型建构的学习和训练,重视模型建模过程中的思维训练。