进阶式培养实验能力，浸润式发展科学素养

丁琳

【摘要】长期以来，初中物理教学非常重视传统实验.以测量密度为例，主要工具为天平和量筒，教学重点在于原理讨论、方案设计、误差分析，以及特殊法测密度方案设计（缺少某器材情况下）.传统实验固然重要，然而却忽视了生活和生产中已经出现的更加快捷、更加精确的测量工具.为此，建议在教学中进行适当补充和拓展.本文以2022年江苏省无锡市中考试题第30题为例，以如何让密度测量更快捷、更精确为线索，探讨如何从传统实验教学走向逐层设计进阶实践活动，浸润式发展学生的学科素养.

【关键词】初中物理；实验教学；密度

如何让初中学生在习得基本物理观念的同时，发展他们的科学思维？如何让初中学生有机会走近生活和社会，让他们认识到书本知识是未来社会技术的坚实基础？这是广大初中物理教师应该思考的问题，也是“教什么，怎么教”的问题.而问题的答案就隐藏在中考物理试题中.呈现传统实验，形成基本观念；拓展进阶实验，考查知识迁移能力；开展综合实践活动，走近社会生活.本文以无锡市2022年中考试题第30题为例展开论述.

1 原题呈现（部分）

實验课上，老师和同学们测量塑料小条及酒精溶液的密度.

用电子密度计测量酒精溶液的密度.电子密度计主要由玻璃砝码、挂钩、测量支架等组成.测质量时，示数由测量支架所受的拉力大小决定，如图（a）中显示的20.00g表明是质量为20.00g的砝码对支架产生的拉力.

①如图（b）所示，将玻璃砝码浸没在纯净水中，示数变小，原因是砝码受到水的____，此时测量支架所受拉力相当于11.00g的物体所产生的拉力，按下“密度”键后，电子密度计能依据阿基米德原理换算出纯净水的密度为0.996g/cm3，如图（c）所示.

②提起玻璃砝码并擦干，再浸没在待测酒精溶液中，示数变为12.00g，如图（d）所示，则该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 试题赏析

选取的这部分原题是一个全新的情境：测量工具，电子密度计.学生对这一工具不熟悉，需要根据题目介绍的密度计组成结构，读数原理迅速迁移到平时学过的知识.测量时，示数由测量支架所受的拉力大小决定，即液体密度为零时，示数为玻璃砝码的重力大小；液体密度不为零时，示数为玻璃砝码的重力与浮力之差；前后两次示数差即为浮力大小；同一玻璃砝码在两种液体中浮力之比即为液体密度之比.至此，学生对这一新的情境完成了初步解读.

第1步：深度思考，电子密度计本质是什么？就是一个高精度的弹簧测力计；

第2步：继续思考，本题的母题是什么？

例题 将金属块挂在弹簧测力计的下端，先后浸没在水和酒精中，金属块静止时弹簧测力计的示数如图2甲、乙所示．则下列关于金属块的几个物理量计算正确的是（ ）

（A）在水中受到的浮力为2N．

（B）质量为3kg．

（C）体积为10cm3．

（D）密度为3.0×103kg/cm3．

还是原来的问题，情境呈现方式不一样了，测量工具不一样了，学生是否能很快地搜集信息，建立起物理模型，将知识迁移归类到熟悉的情境，如果具备这样的学习能力，问题就迎刃而解了.

第3步：进一步思考，电子密度计有什么优点？生活和生产上有什么应用？比较常规方法测量结果（0.92g/cm3）和改进以后的测量结果（0.996g/cm3），精度有了新的突破，而且使用方便，电子密度计内置程序，根据阿基米德原理直接显示液体密度数值.

3 教学启示

物理学“寓”理于“物”，从生活走向物理，激发学生的物理兴趣；从物理走向社会，培养学生应用物理的能力.基于以上的试题分析，我们设计了一系列跨学科实践活动：以测密度为例，如何使测量更快捷、更精准？

3.1 基于常规实验，形成物理观念

活动1： 如何准确测奖牌的密度？

首先，播放一段课前录制的学生实验操作的录像，复习常规的测密度方法，并对本实验进行评价.

学生：密度测量的误差主要来自于体积测量，0～10mL的量筒分度值（1mL）偏大，采用溢水杯，水有残留这些原因会产生误差.

那么，有没有更好的测量方法呢？

设计意图 学习了密度测量以后，引导学生解决一个实际的问题：“奖牌是纯金的吗？”让学生将学到的知识应用到实践中去，打通物理与生活之间的联系，体现了“物理来源于生活，物理回归生活”的课程理念，培养学生积极探索、勇于实践的科学态度与科学素养，运用所学知识解决问题的能力和创新意识.通过小组交流，树立团队意识与合作学习的精神，培养学生在活动中发现问题和解决问题的能力.

3.2 基于进阶问题，开发科学思维（进阶）

活动2： 如何快速测手镯的密度？介绍小视频——如何快速鉴定玉镯真假？

操作步骤如下：

a、把电子秤放在水平桌面上；打开开关并清零；

b、将装有适量水的容器放在电子秤上，打开开关并清零；

c、用细绳系住玉手镯，将手镯沉入容器底部，读出电子秤的示数为m1=60.4g；如图4.

d、用细线将手镯缓慢提起（与容器底部不接触），待电子秤示数稳定后，读出其示数为 m2=23.6g；如图5.

e、计算得出手镯密度，如图（丙）.（参考值：和田玉的密度在2.9g/cm3～2.95g/cm3）

教师：同时将准备好的手镯取出，立刻测出了密度，辨别出手镯是假的.（课堂气氛达到了高潮）

学以致用：接下来，学生利用自带的电子秤，迅速测量了铁块、铜块、铝块、雨花石、金牌、银牌的密度……（整个实验在一分钟内完成，而且几个金属块的密度测量非常精准！）

教师：同学们，多年以后，或许你们已经记不得今天这节物理课到底讲了些什么内容，但是老师相信：你一定记住了怎样利用电子秤测量你家里的“老古董”是不是纯金的！

学生：开心地笑了……

设计意图 本环节，在测密度问题上，发现常规方法测量误差比较大，实验环节比较繁琐复杂，因此介绍学生利用家里随手可得的电子秤，快速而且精确地测量物质密度，很好地体现了“物理源于生活，又服务于生活”的学科思想.

3.3 开拓视野，培养科学态度与责任（进阶）

活动三：如何精确测液体密度？（调查活动）

3.3.1 活动目标

复习常规方法测量液体密度；

查找资料，了解生产中测量液体密度还有哪些更方便、更准确的方法？

3.3.2 内容和分工

问题：如何测75%浓度的酒精密度？

问题来源于：电子密度计结构图如图7所示75%浓度的酒精消毒效果最好，怎么确定配制的酒精是否符合要求？（参考值：浓度75%的酒精密度值约为0.85g/cm3）

分工：（1）确定查找资料的人员：负责了解电子密度计的设计原理.

（2）确定查找资料的人员：负责学习电子密度计的使用方法.

（3）确定学习成果汇报人员：负责制作PPT，介绍电子密度计.

3.3.3 成果汇报

这部分内容的介绍，拓宽了学生学习的视野，让学生了解到除了实验室常规的测量方法以外，生活、生产中还有更便捷、更精密的测量方法：利用电子液体密度计，测量时间约5秒，测量精度高达0.0001g/cm3！ 可满足精细化工、石油燃料、化学试剂等所有液态状溶液的密度检测.与此同时，也会激发学生不断探究物理的热情.

4 结语

本题体现了命题的“基础性”“综合性”“应用性”要求，对今后的教学提供了启示.学生生活在日新月异的社会环境里，他们需要學习必要的物理知识，形成基本的物理观念；教学要以实验为载体，发展学生的科学思维能力；教学的最终指向还是学生未来的生活，让他们学以致用.

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》[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］刘炳异.再论“物理综合实践活动”设置的意义与实施策略［J］.物理之友，2020（1）：1-5，9.

［3］钟启泉.教育的挑战[M].上海：华东师范大学出版社，2020.