于密度實驗改進中提升學科素養

陶建華 喻志飛

科學探究是物理學科核心素養的重要內容，物理實驗是科學探究的重要途徑。筆者以密度實驗教學為例，談談如何幫助學生通過自主探究獲取科學知識，體驗探究的樂趣。

對比性實驗改進，培養科學精神。教師應鼓勵學生通過對比改進實驗方案，樹立主動探究的意識，培養發散思維和科學精神。在學習用天平和量筒測量液體（食用油）密度時，筆者讓學生設計不同的實驗方案。

方案一：①用調節好的天平測出空燒杯的質量M1;②向燒杯中倒入一些食用油，測出它們的總質量M2，③再將燒杯中的食用油倒入量筒中，測出食用油的體積V;④計算出食用油的密度[r=M2-M1V]。

方案二：①調節好的天平測出裝有適量的食用油的燒杯總質量M1;②將燒杯中的一部分食用油倒入量筒中，記錄下量筒中食用油的體積V;③測出燒杯及剩下食用油的總質量M2;④計算出食用油的密度[r=M1-M2V]。

筆者引導學生對比得出方案二更好的結論：方案一中的食用油不能完全倒入量筒中，會使體積的測量值比準確值小，導致計算得出的密度偏大。如何改進呢？學生開始積極地思考與討論，得出方案三，轉換思路，解決了上述問題。

方案三：①用調節好的天平測出空燒杯的質量M1;②在量筒中倒入一定量的食用油，其體積為V1;③從量筒向燒杯中倒入一些食用油，測出它們的總質量M2;④記錄量筒中剩下食用油的體積V2;⑤算出食用油的密度[r=M2-M1V1-V2]。

開放性實驗設計，培養探究樂趣。設計開放性實驗方案是引導學生開展科學探究的好方法。如比較水和牛奶的密度哪個更大時，學生設計了很多方案，主要有：分別測出水和牛奶的密度直接比較;利用等質量的水和牛奶，比較體積，體積小的密度大;利用等體積的水和牛奶，比較質量，質量大的密度大;利用壓強計比較，深度相同，壓強大的密度大;利用密度計直接比較;比較浮力大小，同一物體，浸沒的少的密度大……在討論中，學生靈活運用所學知識解決問題，體驗到科學探究的樂趣。

探索性實驗情境，培養學科素養。學生獨立設計實驗方案，嘗試進行探究性實驗，可以提升科學素養和創新意識。在學生掌握了測量物體密度的基本實驗方法后，筆者設計了層層深化的實驗情境。

①現有一只燒杯、天平和砝碼、水，怎樣測量待測液體的密度呢？②現有兩只完全相同的燒杯、天平（無砝碼）、量筒或刻度尺、膠頭滴管、水，怎樣測量待測液體的密度呢？③現有天平和砝碼、一只燒杯、水，怎樣測量玻璃球的密度呢？④現有一架已調平的等臂天平（無砝碼、無游碼）、量筒、燒杯、細線、細沙、水，怎樣測量一塊小礦石的密度呢？

學生對以上問題一一進行了思考、探索，找到了在各種條件下替代的方法或器材，順利進行了實驗并得出結論，增強了實踐能力。

為推動學生向更高的目標前進。筆者在學生學習了浮力的知識后，聯系密度知識，重新提出有關測量物質密度的實驗，讓學生去探究。比如：如何用彈簧測力計、水、細線測量石塊的密度;如何用彈簧測力計、水、細線、石塊測量煤油的密度;如何用量筒、水測量玻璃杯的密度……學生經歷了一系列的探究，提升了解決問題的能力，體驗了探究的樂趣，內化了創新意識。

（作者單位：陶建華，武漢市新洲區汪集街孔埠中學;喻志飛，武漢市新洲區實驗中學）

責任編輯??劉佳