小工具與大問題

李佩寧

人類釀造葡萄酒的歷史悠久，在古代西方，葡萄酒是貴族的象征，到了現代，葡萄酒越來越普及，越來越多人能夠品酒和收藏葡萄酒。在葡萄酒的釀制過程中需要實時觀察糖度和酒精度的變化，以確保其口感，那么就要找到一種直觀的方式來監測和控制液體的密度。啤酒的釀制也是同理。

在我國的百姓生活中也有類似的活動。例如很多中國家庭中的老人會腌制咸鴨蛋。在整個腌制過程中，腌制咸鴨蛋的鹽水濃度是動態變化的。用鹽量過高時，滲透壓大，鴨蛋水分流失快，味道過咸而口感不鮮；用鹽量低于7%時，雖然口感很嫩但防腐能力較差。總之，用鹽過多則有礙風味，過少則不利于防腐。一旦腌咸了，則需要降低鹽水的鹽度，讓蛋內的鹽分析出到水中。研究表明，腌制咸鴨蛋的鹽度一般在10%左右。怎樣保證腌制過程中鹽水的濃度平衡呢？還是需要監測和控制液體的密度。

一、課程重點

為了能讓學生更好地理解浮力與密度的關系，對浮力和密度的學習產生興趣，需要用一些有趣而又精確的方式研究密度，嘗試在動態中研究液體密度，并準確記錄實驗數據。在此基礎上掌握定量規律并利用規律制造精準的量具。

【涉及領域】物理、數學、生物

【建議年級】小學高年級

【建議時間】100—110分鐘

二、課程任務

讓學生首先了解密度和鹽度的概念，通過實驗測定鹽度和密度的關系，了解油和水的密度關系。在做完這些準備后，各組設計制作一個測量液體密度的裝置，用于很方便快捷地測出油和不同濃度鹽水的密度。

三、課程步驟

1.導入（10分鐘）

第一步，為學生講死海的故事。兩千年前，羅馬統帥狄杜進兵耶路撒冷，攻到死海岸邊，下令處決俘虜來的奴隸。奴隸們被投入死海，并沒有沉到水里淹死，卻被波浪送回岸邊。狄杜勃然大怒，再次下令將奴隸們扔進海里，但是奴隸們依舊安然無恙。狄杜大驚失色，以為奴隸們受神靈保佑，屢淹不死，只好下令將他們全部釋放。請學生思考：為什么奴隸們不會被淹死？真的有神靈保佑嗎？如何解釋這一現象？（人在死海里淹不死，是因為死海中水的密度比人體的密度高，所以人沉不下去，自然淹不死。）

第二步，教師出示物質的密度表（見表1），并進行初步講解。請各組學生討論：如果有一個水銀湖，湖上能建起亭臺樓閣嗎？人可以在上面走嗎？（大理石能夠漂在水銀面上。就連銅球、鐵彈，也能漂在水銀面上，宮殿、亭臺、樓閣、曲橋、長廊建設在一個裝著水銀的湖中，它們都能安然地漂在水銀面上，人走在上面，自然也不會沉下去。）

2.認識密度背后的科學與數學（20分鐘）

第一步，帶領學生了解密度計算公式與計算方法。密度=質量/體積，密度的國際單位是千克/立方米，這個單位意味著1立方米的不同物質的質量不同，即物質的密實程度不同。同時，這個公式表明：同體積的不同液體，質量越大，密度越大；同質量的不同液體，體積越小，密度越大。

第二步，教師出示常見液體的密度數據表（見表2），小組討論數據代表的含義。

然后，讓學生們根據表2計算：一瓶礦泉水（550毫升，等于0.00055立方米）分別裝入上述液體，質量為多少？可以選擇4種液體計算一下，并填寫工作單1（見圖1）。

3.實驗任務（20分鐘）

教師出示工作單2，要求學生測定并記錄幾種液體的密度數據。學生可以按附表選擇3個濃度配置食鹽水，濃度要有顯著差異。學生需要記錄不同濃度食鹽水的質量與體積數據，學習質量與體積的測定，并計算食鹽水的濃度，將其填入工作單2（見圖2）。

4.宣布量具制作任務及評價量規（30分鐘）

【宣布任務】如何迅速確定液體的密度？請各小組設計制作一種簡易的便攜裝置（量具）來測量不同濃度食鹽水的密度，量具最好帶有數字標定。宣布任務后展示評價量規（見表3）。各組學生討論并設計，在課程結束時，用表演或講解的形式向全班進行展示。

【材料】空塑料藥瓶、黏土、紙杯、透明長吸管、細繩、毛根、熱熔膠槍、食鹽、水、量桶、天平、紙條

要求學生在設計前思考以下問題。

（1）簡易和便攜意味著什么？（意味著最好可以隨身攜帶，其次是在實驗室中使用。）

（2）結果直觀是什么意思？（最好不必計算即可看到數據，其次是只要1步即可算出數據。）

（3）河水是淡水，海水可以看作鹽水，二者的密度存在差異。如果一艘萬噸巨輪從河中駛入大海，它是會沉下去一點呢，還是會浮起來一點？

（4）大家還記得浮力的原理嗎？物體漂浮在液體上時，物體所受的浮力和物體的重力相等，而所受浮力等于它排開的液體所受到的重力，這樣解釋你有答案了嗎？上面這個現象我們能利用嗎？如何利用？

5.總結和反思（20分鐘）

總結與反思可在學生展示后進行，也可以同學生的展示共同進行，反思應包括以下問題。

（1）你們組在解決問題過程中誰的貢獻最大，為什么？

（2）你們組成功完成了任務，能詳細介紹一下設計原理么？

（3）你們組有沒有從其他組借鑒一些做法，借鑒了什么？為什么？

（4）你們組設計的裝置可以如何修改或優化？

（5）你們組沒有完成挑戰的原因是什么？如果讓你們再做一次，會有哪些改變？

（6）如前所述，監測和控制液體的密度可以保證腌制咸鴨蛋過程中鹽水的濃度平衡，那么你今天設計制作的量具能夠幫助完成腌制咸鴨蛋這個工作嗎？

附表1 20℃食鹽水溶液的密度表

（責任編輯 張慧籽）endprint