深度备课 有效引导

许光曙　曹江

[摘   要]苏科版初中物理综合实践活动是与物理教学内容相关的课内外实践性活动，是源于生活又回归生活的体验性活动，是物理教学完善与优化的拓展性学习活动，也是体现学以致用的探究性活动。文章以“制作简易密度计”活动为例，探讨初中物理综合实践活动的教学策略。

[关键词]综合实践;密度计;反思

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）05-0039-04

苏科版初中物理教材中的“综合实践活动”，不是一种简单的物理课外活动，更不是单纯的实验课，而是一种全新的课程形态，是源于学生的生活实际，立足于学生的综合发展需要，并通過科学探究、实物制作、活动体验、评价交流等多种方式，培养学生的核心素养的实践性课程。“制作简易的密度计”，对初中学生来说，除了要能较熟练地运用数学和物理学科相关知识外，还要具备一定的思维能力，对学生的手脑并用、小组合作、反思创新等能力的要求也比较高，为学生物理核心素养和关键能力的培养，特别是实践创新能力的培养提供了空间。“综合实践活动”课的内容、形式都比较多，本文仅以“简易密度计的制作”为例进行分析探讨。

一、深度备课，在选材中培养理解能力

制作简易密度计的主要材料为盛水的容器、漂浮物、配重物。辅助材料主要有：检验液体、封闭吸管（封闭一端）的材料、刻度尺、油性笔。为了使实验能够顺利开展并取得良好的效果，教师在实验材料的选取上需要深度研究，尽管着眼点不高，但对实验的推进、学生思维的训练、动手能力的培养，效果还是显而易见的。

1.对液体容器的要求

密度计竖直漂浮时，想让其浸入的深度比较大，则容器必须有一定的深度。同时，密度计测量密度较大的液体时，刻度线较密，测量误差较大，为了克服这一缺点，可以增大密度计在液体中的深度H，使相邻刻度线间的距离变大，而增大H的方法是增加配重，配重增加后会导致深度过大。综合分析各方面因素可知，容器的高度在25 cm以上时，视觉效果较好，实验操作也较方便。由于量筒上有刻度，学生在测量吸管浸入深度的过程中，量筒上的刻度有干扰作用，而且量筒的口径较小，用刻度尺测量吸管露出部分的长度不方便。综合考虑容器的容积、高度、透明度等因素，可在网上订制直径10 cm、高35 cm的亚克力透明圆桶。

2.漂浮物的优选

为了尽可能多地为学生提供备选材料，以便让学生提出不同的设计方案和制作方法。考虑到漂浮物的刻度间隔以及长度要求，本设计提供给学生长23 cm、口径1.0 cm的透明吸管1根，长23 cm、口径0.6 cm的透明吸管1根，以及直径5 mm、长20 cm的圆柱形木棒1根。因吸管具有形状规则、不吸水、中空，且便于调节配重等优点，多数学生选择吸管为主要材料。

3.关于配重物的选取

通常，在吸管内放入配重物，如小钢珠、铁丝段、订书针、大头针、细沙等。若配重物太少，在水中难以竖直漂浮，或者即使在水中竖直漂浮，在密度较大的液体（如浓盐水）中也会倾斜;若配重物太多，吸管可能会接触容器底部，同时露出液面部分太短，留出标记刻度的长度有限。本设计中提供标准精密直径2 mm钢珠数个、金属丝段（微调节）、直径0.6 mm熔丝若干。在钢珠直径的选取上，若直径大，放的个数少，钢珠堆积起来抬高了密度计的重心，若加入的钢珠直径小，优点是重心低，缺点是操作不太方便。学生，如果用吸管，可以将钢珠作为主调节，金属丝段作为微调节;如果用木棒，因为熔丝软，所以熔丝可以方便地缠绕在木棒下端，进行调节。

4.密封材料的改进与突破

通常情况下，教师根据教材信息，将蜡烛点燃，在蜡烛熔化并再次凝固的过程中，滴入吸管中，或者将软的蜡烛做成球形塞入吸管底部，这种方式耗时较长，且容易污染桌面和制作材料。此外，吸管底部的密封材料，如用橡皮泥、肥皂等易溶解，不能较长时间密封;熔化的石蜡不安全，且在凝固后有微小收缩，反复使用可能出现封口破损等情况。有的教师考虑到安全问题，就事先用热熔胶帮助学生封闭好吸管底部，这样就替代了学生的体验和创新工作。此外，若用橡皮泥封，吸管外附有橡皮泥，导致吸管上下面积不相等，排开液体的体积就不能约去横截面积S，从而不能简化实验的原理和操作。经过研究，笔者在网上购买了高0.9 cm、直径3.0 cm的无烟无味香薰灯蜡烛（图1），只要将吸管的一端在蜡烛上扎到底（图2），旋转拔出即可密封，如果连续两次（图3），效果更好。

5.其他辅助材料

在待测液体的选取上，考虑到液体的密度值可能为1.2 g/cm3、1.1 g/cm3、1.0 g/cm3、0.9 g/cm3、0.8g/cm3，笔者选取了酱油、浓盐水、清水、食用油、酒精等五种液体。标准密度计（教师演示用）、40 cm刻度尺、油性记号笔（黑色和红色）、薄草稿纸、文具小刀及分别装有漂浮物、密封材料和配重物的工具袋。因为酒精是良好的有机溶剂，笔者把酒精作为待测液体，其目的是在最后展示评价环节中，让酒精溶解掉吸管外面的油性刻度线，从而提出改进方法，即可以将刻度放在吸管内部，达到创新的目的。

二、合作探究，在实践中培养应用能力

1.创设“原型”情境，明确探究主题

本节设计，先从与人们密切相关的液体入手，如跟人们日常生活相关的水、食用油、黄酒、酱油、啤酒等各种液体食物，以及汽油、洗发水、洗手液、84消毒液、酒精等液体用品，分析发现人们在检验不同种类的液体，以及同一种类的不同液体时，液体的密度是一个重要的指标。然后，以小故事的形式切入，介绍我国古代劳动人民对液体密度大小的认识，一方面从莲子的漂浮构建密度计的原型，让教学流程自然过渡到小制作;另一方面渗透物理学史，贯通文理，培养学生的核心素养。同时，引导学生思考本次活动探究的主题。

2.创设“创新”情境，引导问题解决

本活动中，物体只有竖直漂浮才能作为测量工具使用。由于吸管或者小木棒重心均匀且不能竖直漂浮，要求学生手脑并用积极思维，除了调整并降低漂浮物的重心外，还需要密封吸管底部。这个环节中，教师往往为了节约时间，课前帮学生把吸管的底部封闭好，让学生对照教师做的“成品”密度计进行模仿。笔者认为，这样就抹杀了学生创新探究的兴趣，失去了探究味，与物理教学的本真相去甚远。

让吸管竖直漂浮在液体中，这是后面实验成功的关键，也是学生历经困难、解决问题、体验成功的第一步。因此，教师有必要停下来进行总结反思，让学生交流体会，为下一步的制作提振信心，同时，让学生在制作方法和创新思维上听听老师的建议。此外，鸡蛋在浓盐水中漂浮，是学生熟悉的情景，可用来唤醒学生关于物体漂浮条件的知识。要想比较水和浓盐水密度的大小，必须让吸管或圆木棒都能分别竖直漂浮在两种液体中。如果不比较液体密度大小，學生一般只会在水中让吸管或圆木棒漂浮，而在浓盐水中可能会倾斜。经过引导，密度计的雏形在学生的脑海中建立起来，为接下来的顺利标度做好铺垫。此外，这个环节中教师没有必要过多干预，让学生按照自己的想法去操作，学生在操作过程中一定会遇到各种困难，他们会根据自己已有的经验或者小组中他人的建议探索解决，过程的体验才是综合实践活动的真正意义所在。

3.运用数理推演，在探究中迁移

简易密度计的制作，关键是确定刻度线的位置，实际上是仪器标定问题。标定，主要是指使用标准的计量仪器对所使用仪器的准确度（或精度）进行检测，标定也可以认为是校准，因此，也可以认为标定包含以上两方面的意思。对于初中学生而言，他们习惯于使用已有标度的仪器，自己标定是一种逆向思维，有一定难度，在心理上会有一定的畏难情绪。此时，我们可以用已经学过的给温度计的刻度线标定的方法，以及将弹簧测力计的标度原理进行迁移运用，降低思维的坡度。

（1）给水的密度标记刻度

将简易密度计放入水中，让吸管竖直漂浮，吸管静止时，用油性记号笔在吸管和水面的交界处做好标记，即为水的密度值1.0 g/cm3，用刻度尺测量标记处到管底处的深度，记作H，如图4所示。

（2）给其他液体的密度标记刻度

设吸管的横截面积为S，测出吸管浸入水中的深度为H，浸入其他液体中的深度为h，如图5所示，因漂浮时密度计所受的重力和浮力相等。

在水中漂浮时，[F浮水 =G=ρ水gV排=ρ水gSH]

在其他液体中漂浮时，[F浮液=G=ρ液gV排=ρ液gSh]

由以上两式可得：[h=ρ水H/ρ液]

根据上式的数量关系，只要将液体的密度值代入到上面的式子中，即可求出该密度值所对应的深度h，如图6所示，从而可以对简易密度计进行标度，见表1。

小组内学生根据推导的公式，分工计算几个密度值对应的深度h，并填入表格中，然后在简易密度计上先测量长度后标上数字，如图7所示。

标注刻度的方法：可以用油性笔画在吸管上，有的学生直接在漂浮的吸管上画，并把刻度尺插入水中测量吸管底部到水面的长度;有的学生是拿出来画线，测量露出水面的吸管的长度和吸管的总长度，二者相减得出吸管浸入深度H;有的学生用笔画在细长的纸片上，再将其插入透明的吸管中。学生标注刻度的方法多种多样，有效激发了学生的思维，也进一步增强了学生对相关知识的理解。这样的教学引导，需要教师通过数学推导，并结合图像辅助，降低难度，促进学生思维进阶。

三、交流评价，在反思中培养创新能力

1.比一比：谁的密度计更精确

各小组推选一名代表到讲台前的指点位置，对浓盐水、酱油、食用油的密度进行测量，并与用标准密度计的测量值做比较，看谁的测量结果更精确。教师选出最优的产品，并请该组小组长来测量酒精的密度，其测量结果让全班学生很惊讶，吸管外面的刻度线全部被酒精溶解了。教师顺水推舟，要求学生提出改进方案。于是，将刻度放进吸管内的方案呼之欲出，小小的创新水到渠成，学生的成功体验溢于言表。

2.议一议：刻度线有何特点

教师将几组密度计横放在实物展台上，引导学生观察，发现刻度线的共同特点：第一，刻度不均匀;第二，密度较大的区域刻度密集，密度较小的区域刻度变化显著，即“上小下大，上疏下密”。

3.想一想：怎样减小刻度的误差

不同的密度计刻度线有差异：粗且轻的密度计刻度线之间的间隔小，相对密集;细且重的密度计刻度线之间的间隔相对较大。因此，要使测量结果更精确，宜选用细而重的密度计。

4.展示你们的产品

能不能写出产品说明书？如何进行产品推广说明？怎样写实验报告？学生在思考上述问题的同时，引导学生对自己产品的不足提出改进设想，并评价他人产品的优缺点。

从原理的阐述、取材的合理性、刻度标注的准确程度、制作的精美度等方面，引导学生自我评价和相互评价，充分肯定学生的学习热情和优点。教师采用重过程、轻结果的评价，紧紧围绕制作过程中的问题，引导学生思考，帮助学生建立螺旋上升的动态思维模式。引导学生按照设计制作作品，并让学生意识到改进的重要性，引发学生的创新欲望。

四、活动反思

1.课堂教学的延伸

根据教材编写意图，笔者认为教材中的“综合实践活动”的“根”在课内，“魂”在课外，“综合实践活动”是学生利用已习得的知识、经验、原理在课下创造性地进行物理学习的活动，教材编写者往往将这种活动及其指引放在章节的最后，因此它是课堂教学的延伸和拓展。综合实践活动突出实践性、综合性、生成性和趣味性，但是在笔试考试中往往又很难体现。因此，教师应明确综合实践活动与传统教学活动的区别，让学生所学的物理知识在课外得到深化和升华。如“制作简易的密度计”活动，是互动式解决问题的实践性较强的活动，综合运用了前面所用的浮力、密度、物体的浮沉条件等隐含知识，为学生提供了实践综合应用的平台，体现了物理的魅力。

2.生活与物理的纽带

这种活动课程强化了生活与物理的关联，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，增强了物理原理对生活的解释功能，激发了学生学习物理的兴趣，增进了学生对科学研究的情感，通过物理综合实践活动更容易让学生体验物理在生活中的应用，认识到物理知识与实际生活的紧密联系，这种活动对培养学生的社会意识、学以致用的能力以及合作精神，对提高学生的科学素养大有裨益。物质的密度或比重与物质的成分有关，所以常用密度计或比重计来检测某种液体的品质，如酒精、石油、酸碱溶液等。密度计还可用于这类产品生产和加工过程的监测和控制。

3.实践过程中情境的体验

德国学者关于情境的比喻是：将15克盐放在你面前，无论如何你都难以下咽。但是当这些盐放入美味可口的汤中，你在享用佳肴时，就会不知不觉地将15克盐吸收了。可见，情境之于知识，犹如汤之于盐。本节课中，如果教师直接拿出吸管，告诉学生如何用它来制作一支密度计，进而指导学生封闭吸管一端加配重物，显得很突兀，有点“简单粗暴”，思维含量少，物理味道淡，如此做法会将实践活动课异化为物理小制作。因此，教师应增强学生在实践情境中的体验，让学生在情境中厘清事物的来龙去脉，帮助学生入境，让体验与理解水到渠成。

4.探究中思维的发展

综合实践活动强调思维的综合性以及综合地解决问题，教师不能仅仅提供单一的器材，材料要有可选择性，因为材料本身就具有许多属性，学生在选择材料的过程中，不断试错悟错，改进修正，教师不干预学生的选择，激发学生原有认知和当前知识的冲突，这样有助于控制和规范学习者的思考，让学生学会思考，从而形成科学的思维策略。另外，学生在操作过程中方法是多种多样的，教师要科学理性地对方法进行评估，多用优劣来评价，少用对错去判定，重要的是启发学生思考，点亮学生的课外生活。

5.交流与评价中的能力发展

综合实践活动往往以“产品”制作的形式出现，在生产制作的过程中，教师要及时捕捉学生的困惑，引导学生在活动中的改进，让学生展示自己的“产品”，交流自己的心得。并通过自主对比、分析总结等，引导学生回顾探究或问题解决的历程，加深学生对知识的理解。如简易密度计本身就是实验器材，需要学生根据原理自己制作，自我感悟和体验，学生在活动中的自主性应该突出一些，让学生透过探究、评估，发现并解决问题。教师的眼中要有学生，要让位于学生。前半节课学生跟着老师走，后半节课老师跟着学生走。学生对自己探究或解决问题的过程进行总结、反思，不仅能让学生厘清知识脉络，而且能促进学生认知图示的发展。

教师要充分挖掘教材中综合实践活动的教育价值，让学生亲历活动过程，在巩固知识和实践操作中提升能力。教师引导学生在设计创造中主动提取并运用物理知识解决问题，让学生面对真实、复杂的具体任务，能综合而灵活地运用所学知识、技能进行实践探索。这样有利于激发学生的学习兴趣，有利于促进学生思维能力的提升，有利于发展学生的实践应用和求实创新能力。

[   参   考   文   献   ]

[1]  劉炳昇，李容.义务教育教科书·物理（八年级下册）[M].南京：江苏科学技术出版社，2012：98.

[2]  刘炳昇.用科学探究方法和创造技法指导技术设计活动[J].物理教学探讨，2013（9）：1-3+7.

[3]  江苏省基础教育质量监测中心办公室，江苏省中学教学研究室.江苏省义务教育学科核心素养与关键能力框架（试行）·初中物理[M].南京：凤凰传媒集团，2017.

[4]  庄益君，季卫新.基于关键能力提升的初中物理综合实践活动创新设计[J].物理教师，2020（4）：44-46.

（责任编辑 易志毅）