培养特殊测量思维方法 提升学生核心素养

张燕

摘  要 物理教学中的特殊测量，有时看起来无法解答，摸不着头脑，可当转变思维，又会发现特殊测量竟是如此简单。这就是应试教育下学生核心素养缺失的表现。特殊测量是培养核心素养的一种途径，需要在平时教学中不断培养，不仅可以帮助学生解决常规性问题，还能有效促进学生核心素养的进一步提升，为每个学生的学习与成长保驾护航。

关键词 特殊测量;核心素养;物理;建构主义;科学思维

中图分类号：G633.7    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）15-0078-03

0  引言

核心素养的培养，正如德国物理学家劳厄所说，是教给学生能够独立解决问题的能力，是在学习的知识被忘记之后剩下来的具体独立完成问题的本领。这是一种高层次认知水平下综合性解决问题的能力，是核心素养的重要组成部分，是学习物理应当具备的科学思维方法。因此，在物理教学过程中不仅需要关注学生的知识与技能，而且更应该关注学生的科学思维、解决问题的能力、处理生活化问题的本领，这是《义务教育物理课程标准（2011年版）》中核心素养的核心部分[1]。在科学实验的基础上关注一些特殊测量，可以进一步巩固基本实验，还能有效改变物理课程教学过程中过于强调题海战术、机械训练、刷题等不良现象，引导学生在核心素养的指引下获得解决特殊测量物理量的思维方法，提升学生主动解决物理测量问题的能力，激发其物理学习的兴趣。

1  建构主义理论下特殊测量思维方法的培养

建构主义理论强调：“由人建构起来的知识和意义不会独立存在，是以人原有的知识经验为基础对新知识进行有意义的建构。”[2]这就决定了建构主义理论下特殊测量思维方法的培养是以学生为核心，以学生在学习过程中的主体地位为基本出发点，建构在特殊测量过程中的思維方法的培养。同时，对特殊测量过程提出一些有创造性的思想，强调学习的主动性、建构性、情境性、社会性。因此，教师在备课过程中不仅要备知识与技能，更应关注学生原有认知结构，以此为基础，利用建构主义理论进行授课。

针对上述对建构主义学习观的理解，结合教学一线工作经验，笔者归纳出图1所示特殊测量过程中思维方法的培养途径，具体实施方法如下。

1）测量技能：注重在实际情境中以学生为中心进行教学，防止思维定式。

2）智慧技能：关注情境教学，注重协作学习，提倡建构主义教学理论在实际教学中的应用。

3）认知策略：关注学生的认知过程，为测量提供充分的资源，让学生自我探索，总结特殊测量的思维方法。

2  核心素养下培养学生特殊测量的思维方法

2.1  测量技能：换个方法思考问题，防止思维定式

在对部分物理量进行特殊测量时，如密度、浮力、电阻等，一时很难找到解决问题的办法，需要打破常规思路，综合利用学科间知识进行解决，防止思维只停留在原地而不综合考虑问题，这是因为整个物理知识好像一栋大楼，任何一点都是相互联系、相互制约、相互影响的。

【例1】（2019·邗江一模）为了测量酸奶密度，器材为量筒和天平（图2）。

1）测量前天平调节：在水平桌面上，将游码归零，指针处在分度盘中线左侧，使平衡螺母向______调，使天平横梁平衡。

2）测量空烧杯质量30 g，酸奶倒入烧杯测量总质量（图2乙），则总质量为m1=______g。由于酸奶不透明黏稠，易粘在筒壁上，在将酸奶部分倒入量筒中时误差较大，于是用图2丙所示针筒抽取5 ml酸奶，用天平测出烧杯和剩余酸奶的总质量m2=57.6 g，则酸奶密度______kg/m3。在此过程中发现针筒测体积的另一个优点是______________________________________________________。

3）问题发现：针筒尖端还是有一点点小的空隙，这样测量体积的话，会导致密度测量比真实值      （偏大/偏小/不变）。

方法改进：将抽满酸奶的一小部分再退回烧杯当中，再测量烧杯与剩余酸奶质量为m3，记下此时_________，则酸奶密度表达式：______________________________________________________。

【解析】

1）测量前天平调节。在水平桌面上，将游码归零，指针处在分度盘中线左侧，使平衡螺母向右调，使天平横梁平衡。

2）天平质量测量方法。根据题意，m1=63 g、m2=57.6 g，

则被吸在针筒中的酸奶质量m=m1-m2=63 g-57.6 g=5.4 g，则酸奶密度。在此过程中发现针筒测体积的另一个优点是针筒比量筒测量体积更精确（针筒的分度值更小）。

3）问题发现。针筒尖端还是有一点点小的空隙，这样测量体积的话，会使测量体积偏小，密度偏大，于是对此方法改进：将抽满酸奶的一小部分再退回烧杯当中，再测量烧杯与剩余酸奶质量为m3，酸奶对应的体积为v，则酸奶对应的质量为m1=m3-m2，体积v1=5-v，密度表达式为。

【答案】

1）右

2）63;1.08×103;分度值小，测量精确

3）偏大;针筒中酸奶对应的体积v;（m3-m2）/（5-v）或（m3-57.6）/（5-v）（单位可不带入）

【思维方法】还有一种测量可溶于水的物质的密度，关键是测量其体积。如果这种物质是像细砂糖那样比较细小的，可以直接将其放进量筒并摇匀，就可以直接读出体积。如果这种物质是像冰糖那样稍微大点儿的，则先在量筒中放入与其互不相溶的物质（如细砂糖、面粉等）并摇匀，记下体积v1;然后将其埋入量筒中的物质中并摇匀，记下体积v2;最后利用差值法（v=v2-v1）计算体积。总之，就是不能使这样的物质与水相溶求体积。

2.2  智慧技能：以退为进，更换思维方式，防止错误认知占主导

罗丹曾经说过：生活中不是缺少美，而是缺少发现美的眼睛。特殊测量就是解决问题的科学思维[3]，是核心素养的重要部分。如在应用某种规律或思路测量某一物理量而得不到解决时，先前错误认知占主导地位，导致整个思路出现暂时停滞不前，这时就不要“一条道走到黑”，应避免思维定式，要换个角度思考问题，这样就可以轻松解答，从而防止建构出错误的测量方法。

【例2】（2020·江苏扬州）某学习小组利用空矿泉水瓶、烧杯、量筒、剪刀、记号笔、细线和足量的水（已知水的密度为ρ水）测量一块小矿石的密度，实验过程如下。

（1）实验步骤：

A.向量筒中加入适量的水，记下体积v1（图3甲）;

B.烧杯中注入适量的水，将石块放入剪下的矿泉水瓶内，使矿泉水瓶漂浮在烧杯中，并用记号笔在烧杯上标记此时液面的位置（图3乙）;

C.取出矿泉水瓶，将量筒中的水缓慢倒入烧杯至________，

量筒中剩余水的体积v2（图3丙）;

D.再用细线拴住小矿石缓慢放入量筒中，此时总体积v3（图3丁）。

（2）小矿石的密度表达式ρ= ________________（用题中物理量符号表示）;

（3）…

【解析】密度测量原理，本题更换思维方式，利用浮力知识测量小石块密度。可以将小石块先漂浮在水面上，再取出矿泉水瓶内的小矿石，水减少的体积即为小矿石排开水的体积，v排=v1-v2，G矿石=F浮=ρ水gv排=ρ水g（v1-v2），即m矿石=ρ水（v1-v2）。将取出的小矿石用细线拴住轻轻放入量筒中，可测量出小矿石的体积为v矿石=v3-v2，因此，小矿石的密度为。

【思维方法】以退为进、变换思维的核心就是换个思路去考虑问题，是发散性思维到集中思维的科学转变，是培养核心素养的有效途径之一，对学生科学思维有较好的帮助。

2.3  认知技能：注重过程，联系定律与规律，防止错误认知现象的发生

有些特殊测量看似简单却不易下手，相似而又有区别，对于这类问题的解决需要注意联系学习过的知识与规律，对比异同，正确识别解决问题的关键，促进知识、经验的正迁移，防止负迁移。伏安法测电阻及电功率是电学教学的两个重点实验，原理简单，易于接受，两个实验都需要利用滑动变阻器的滑片移动來改变电路中的电流及电阻电压，此时电阻电压变化量与电流变化量分别为ΔU、ΔI，则电阻为，但不可以就此推导出电功率变化量一定为ΔP=ΔU×ΔI，其实应该是ΔP=P1-P2。

【例3】（2016·南充）电路如图4所示，电压不变，R2、R3为定值电阻，滑动变阻器为R1。闭合开关S后，当滑片P由a向b滑动的过程中，电压表V1、V2的示数变化量分别为ΔU1、ΔU2，电流表的示数变化量为ΔI。则下列判断中正确的是（     ）

A.ΔU1=ΔU2

B.电压表V1的示数和电流表A的示数均变大，电压表V2的示数变小

C.

D.R1和R2消耗的总功率变化了ΔU2·ΔI

【解析】本实验是动态电路中常见物理量的变化问题探讨。首先分析电路图可知：R1、R2、R3串联，电压表V1测量R1、R2电压，电压表V2测量R2、R3电压，电流表测量串联电路电流。闭合开关S后，当滑片P由a向b滑动的过程中，滑动变阻器R1电阻变大，根据串联电路分电压原理

可知：电压变化量ΔU1（R1所对应的）等于变化量ΔU2+3（R2、R3所对应的电压），即ΔU1R=ΔU2+3;在滑片P向右移动过程中，R1电阻变大，R1+R2电阻变大，即电压表V1的示数变大，电流表A的示数变小，由U2+3=

I（R2+R3）可知电压表V2的示数变小。

R1和R2消耗的总功率变化为：

【思维方法】在电学学习过程中需要注意两条规律，即串联电路的分压原理，并联电路的分流原理，

利用这些规律可以解决电学测量中部分复杂、不易理解的问题，使测量问题简单化。

3  结束语

总之，在核心素养指引下培养学生特殊测量的科学思维，需要让学生获得特殊测量的方法，更重要的是掌握特殊测量的思维方法，让学生不仅会测量，更重要的是获得解决物理问题的能力[4]，可以将培养学生会特殊测量的科学思维方法落到实处，进而提升学生的核心素养。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[S].北京：人民教育出版社，2011.

[2]张建伟，陈琦.从认知主义到建构主义[J].北京师范大学学报（社会科学版），1996（4）：75-82.

[3]侯中柱.对“想当然”命题的几点实践性思考[J].物理教师，2016（6）：36-39.

[4]应发宝，田玮.管窥物理科学（思维）方法的教育[J].物理教学，2017（2）：2-6，45.