新中考背景下的測量性實(shí)驗教學(xué)設(shè)計

李建平

【摘要】在物理實(shí)驗操作納入新中考的背景下，物理教師要結(jié)合教材和新課標(biāo)要求，不斷提升學(xué)生的物理實(shí)驗操作能力和創(chuàng)新思考能力，讓學(xué)生通過探究性實(shí)驗操作，愛學(xué)習(xí)、會學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。文章以測量性實(shí)驗教學(xué)設(shè)計“測量物質(zhì)的密度”為例進(jìn)行探究，論述了測量性實(shí)驗的特點(diǎn)及研究過程、測量性實(shí)驗應(yīng)注意的事項、學(xué)生實(shí)驗操作細(xì)節(jié)設(shè)計以及學(xué)生實(shí)驗操作的復(fù)習(xí)、備考等內(nèi)容，在實(shí)驗操作中，以流程圖的形式強(qiáng)化學(xué)生對實(shí)驗操作的理解和掌握，從課后實(shí)踐性探究活動中引導(dǎo)學(xué)生整合知識架構(gòu)，發(fā)散學(xué)生的思維，提升學(xué)生的實(shí)踐探究能力，進(jìn)而提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】物理教學(xué)；測量性實(shí)驗；實(shí)驗探究；操作流程圖；實(shí)踐性學(xué)習(xí)

【中圖分類號】G633.7【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A【文章編號】1004—0463（2022）07—0124—05

新課改以來，物理教學(xué)更注重教材與生活實(shí)踐的銜接，更注重培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，一改“唯分?jǐn)?shù)論”的風(fēng)氣，物理教師也提高了對實(shí)驗教學(xué)的重視程度，但“黑板實(shí)驗”“視頻實(shí)驗”“動畫實(shí)驗”依然存在，學(xué)生動手實(shí)驗在教學(xué)中的量依然不夠。由于紙筆實(shí)驗考查缺乏一定的完整性，且普遍認(rèn)為實(shí)驗教學(xué)浪費(fèi)教學(xué)時間，所以在物理課上學(xué)生實(shí)驗操作的機(jī)會偏少，導(dǎo)致學(xué)生失去了手腦并用的訓(xùn)練機(jī)會，直接影響了學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提高[1]。因此，在中考物理新增實(shí)驗操作考試的背景下，教師要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，更新教學(xué)理念，加強(qiáng)實(shí)驗教學(xué)，增加學(xué)生實(shí)驗操作的機(jī)會[2]。筆者從課堂教學(xué)設(shè)計到備考復(fù)習(xí)設(shè)計進(jìn)行了深入研究，凸顯學(xué)習(xí)的探究性，讓學(xué)生理解概念規(guī)律，體驗和經(jīng)歷測量過程，從而掌握實(shí)驗操作的要領(lǐng)。

一、測量性實(shí)驗的特點(diǎn)及研究過程分析

測量性實(shí)驗的教學(xué)程序，一般情況下是先理論后實(shí)踐，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)基本概念、規(guī)律、操作過程，再到實(shí)驗室進(jìn)行操作實(shí)踐，鞏固所學(xué)[3]。需要注意的是，測量性實(shí)驗知識來源于教材，根據(jù)固定的實(shí)驗步驟進(jìn)行操作，不需要在課外進(jìn)行探究。測量性實(shí)驗中，教師的作用主要是講授、示范，即講解實(shí)驗原理、目的、實(shí)驗器材、步驟、結(jié)論等，學(xué)生則轉(zhuǎn)化為課堂學(xué)習(xí)的主體，主要是操作和實(shí)踐[4]。

以北師大版教材涉及的測量性實(shí)驗為例，筆者梳理了課標(biāo)必做實(shí)驗，如圖1：

以下圖為例進(jìn)行分析：教學(xué)中，實(shí)驗（1）拆分在第二章和第三章，經(jīng)過獨(dú)立練習(xí)后，可讓學(xué)生將第三章與實(shí)驗（7）整合在一起練習(xí)；將實(shí)驗（2）獨(dú)立練習(xí)后，與實(shí)驗（8）整合在一起作為大實(shí)驗練習(xí)；將實(shí)驗（4）獨(dú)立練習(xí)后，與“探究水的沸騰”整合在一起練習(xí)；將實(shí)驗（5）和實(shí)驗（6）獨(dú)立練習(xí)后，整合到實(shí)驗（11）和（12）作為大實(shí)驗練習(xí)，以及在探究歐姆定律中也可練習(xí)；實(shí)驗（10）在教學(xué)中學(xué)生實(shí)際操作得少，建議讓學(xué)生認(rèn)真開展實(shí)驗。

二、測量性實(shí)驗應(yīng)注意的事項

（一）重視“觀察和了解”“觀察和思考”

強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教師示范環(huán)節(jié)應(yīng)該做什么，怎么做，為什么這么做，這對于幫助學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗操作有決定性的意義。引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗器材選擇使用，以及對實(shí)驗器材的準(zhǔn)確程度做到全面了解。例如，托盤天平、杠桿、電流表、電壓表在使用前后的調(diào)準(zhǔn)等等，學(xué)生做到心中有數(shù)。

（二）認(rèn)真準(zhǔn)備“實(shí)驗操作”

根據(jù)觀察、了解、思考，必須要知道實(shí)驗設(shè)計的程序與步驟，還要知道實(shí)驗的安全操作方法，實(shí)驗前統(tǒng)一學(xué)習(xí)安全操作規(guī)范，實(shí)驗時教師應(yīng)先檢查，避免器材的損壞和意外的發(fā)生。

（三）讀取和記錄實(shí)驗數(shù)據(jù)

教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生注意這一實(shí)驗細(xì)節(jié)步驟。如，刻度尺數(shù)值的讀取時，視線水平垂直刻度線，讀到最小刻度的下一位，記錄數(shù)值與單位；托盤天平讀數(shù)時的注意事項，密度計的讀數(shù)方法等。由于操作方法和測量工具不同，在讀取和記錄中會存在一定的問題，注意分析誤差和錯誤，與學(xué)生共同探究對實(shí)驗器材和實(shí)驗方法的改進(jìn)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)動力，提高學(xué)習(xí)的有效參與度。

（四）注意協(xié)同合作

部分實(shí)驗是一個人很難完成的，必須要有團(tuán)隊，學(xué)生要有主動與他人合作的精神。如，“測量滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗，一個學(xué)生拉彈簧測力計，一個學(xué)生尋找繩端移動距離，一個學(xué)生尋找物體移動距離，另一個學(xué)生記錄數(shù)據(jù)，每一次每個學(xué)生的分工調(diào)換一下，幾次下來所有人都參與到了每個實(shí)驗步驟中。新課改下，合作學(xué)習(xí)顯得十分重要，更重視學(xué)生的實(shí)際參與。

三、以“探究物質(zhì)的密度”為例進(jìn)行實(shí)驗設(shè)計

（一）教學(xué)內(nèi)容分析

將測量實(shí)驗轉(zhuǎn)化為探究課，通過建構(gòu)概念的過程學(xué)習(xí)測量密度的方法。在教學(xué)過程中，通過學(xué)生已有的鑒別物質(zhì)種類的方法，到學(xué)生無法解決提出的新問題，教師要解決認(rèn)知沖突，引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；通過分組實(shí)驗，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，讓學(xué)生通過實(shí)驗探究的方法建立密度的概念；設(shè)置相對合適的思維難度和梯度，鼓勵學(xué)生用自己的認(rèn)識對探究過程進(jìn)行描述，有意識地滲透科學(xué)探究方法。

（二）學(xué)習(xí)者特征值分析

1.認(rèn)知水平及經(jīng)驗。學(xué)生在小學(xué)科學(xué)課中學(xué)習(xí)過天平的使用，在小學(xué)數(shù)學(xué)中學(xué)習(xí)過長度5個相鄰單位換算千米、米、分米、厘米、毫米，質(zhì)量的3個相鄰單位換算噸、千克、克，并且在初中又經(jīng)歷了兩周多的時間學(xué)習(xí)長度、體積、質(zhì)量，已經(jīng)具備了一定的實(shí)踐經(jīng)驗。

2.心理特征。（1）求知欲。初二學(xué)生已開始關(guān)注自己的成長，關(guān)注社會發(fā)展，渴求獲取知識，尤其是喜歡探究與生活、生產(chǎn)、科技發(fā)展密切相關(guān)的知識。（2）興趣。初二學(xué)生中有相當(dāng)一部分學(xué)生是依興趣、愛好來學(xué)習(xí)的，對物理學(xué)科中的一些生動有趣的現(xiàn)象感興趣，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)的愿望。（3）好奇心。初二學(xué)生易對事物產(chǎn)生好奇心，從而激發(fā)探索欲望。生動而有趣的動畫、錄像等使教學(xué)情境更為豐富，激發(fā)了學(xué)生的好奇心，產(chǎn)生了對探究問題的興趣。A99D243E-1450-4DF7-8EC2-FA1A3561304F

3.認(rèn)知潛在發(fā)展區(qū)。學(xué)生在生活中對質(zhì)量有了初步的感知，已上升到掌握了質(zhì)量概念及其屬性；已能從外在的一些性質(zhì)，鑒別物質(zhì)種類到內(nèi)在密度概念的建立，能鑒別物質(zhì)的種類，掌握了密度的概念及密度知識的應(yīng)用。

（三）教學(xué)目標(biāo)

教師要引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗探究，找出質(zhì)量與體積的關(guān)系；通過對密度的探究，理解密度的概念；會用量筒和托盤天平測量固體和液體的密度。

（四）教學(xué)過程

1.提出問題。從學(xué)生熟悉的物質(zhì)引入，分別出示鋁塊與銅塊、木頭與海綿、酒精與清水、醬油與可樂，詢問學(xué)生如何進(jìn)行區(qū)分，讓學(xué)生能根據(jù)顏色、軟硬程度、氣味、味道等作出判斷。

2.猜想。討論猜想后讓學(xué)生思考：物質(zhì)的質(zhì)量和體積有什么關(guān)系，希望學(xué)生參與到猜想中，不需要給出準(zhǔn)確答案，盡可能多地進(jìn)行預(yù)測。

3.設(shè)計實(shí)驗。教師提出問題：怎樣設(shè)計實(shí)驗，驗證我們的猜想呢？首先讓學(xué)生討論，設(shè)計實(shí)驗方案。然后師生相互交流，選擇合理的研究方案，教師適時引導(dǎo)學(xué)生確定探究的方案。在測量物體的質(zhì)量和體積時，讓學(xué)生進(jìn)行分析、比較，找出其中的規(guī)律。尤其是，要使學(xué)生明確探究的思路和實(shí)驗的方法，知道應(yīng)該測量哪些物理量，用什么儀器，怎樣測量，怎樣設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格。

4.進(jìn)行實(shí)驗。教師組織學(xué)生分組實(shí)驗，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗，幫助學(xué)生解決實(shí)驗中遇到的困難，并記錄數(shù)據(jù)。第一大組分別測出長方體、正方體、圓柱體三個銅塊的質(zhì)量與體積，并將實(shí)驗數(shù)據(jù)填入下面的表格中。第二大組分別測出長方體、正方體、圓柱體三個鋁塊的質(zhì)量與體積，并將實(shí)驗數(shù)據(jù)填入下面的表格中。第三大組分別測出長方體、正方體、圓柱體三個鐵塊的質(zhì)量與體積，并將實(shí)驗數(shù)據(jù)填入下面的表格中。第四大組分別測出20 mL、40 mL、80 mL的水的質(zhì)量與體積，并將實(shí)驗數(shù)據(jù)填入下面的表格中。第五大組分別測出20 mL、40 mL、80 mL的酒精的質(zhì)量與體積，并將實(shí)驗數(shù)據(jù)填入下面的表格中。

探究物質(zhì)質(zhì)量和體積的關(guān)系，如表1：

5.分析論證得出結(jié)論。實(shí)驗結(jié)束后，教師將數(shù)據(jù)輸入到Excel表格中進(jìn)行分析，引導(dǎo)學(xué)生算出質(zhì)量跟體積的比值，并尋找結(jié)果有什么規(guī)律。學(xué)生按照同樣的方法來分析鋁塊、鐵塊、水和酒精，得出結(jié)論：同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值是不變的；不同物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值一般是不同的。

四、借助操作流程圖進(jìn)行實(shí)驗操作的細(xì)節(jié)設(shè)計

（一）托盤天平的使用說明

測量前：將托盤放在水平桌面上；將游碼移至標(biāo)尺左端的“0”刻度線處；調(diào)節(jié)平衡螺母，使指針對準(zhǔn)分度標(biāo)牌中央的刻度線。

測量時：物體放在左盤，用鑷子向右盤加減砝碼；移動游碼，使指針對準(zhǔn)分度標(biāo)牌的中線。

讀數(shù)：物體的質(zhì)量等于右盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量與標(biāo)尺上游碼左端所對的示數(shù)之和。

（二）托盤天平操作流程圖（如圖2）

（三）量筒使用的操作流程圖（差量法）（如圖3）

（四）固體密度測量的操作流程圖（方案比較，誤差分析）（如圖4）

（五）液體密度測量的操作流程圖（方案比較，誤差分析）（如圖5）

通過設(shè)計實(shí)驗操作流程圖，減少了學(xué)生對文本的記憶量，將抽象的文本描述轉(zhuǎn)化為形象圖示，再輔以PPT的動畫呈現(xiàn)出操作的順序和步驟，能有效地幫助學(xué)生記憶操作步驟及流程，掌握測量性實(shí)驗的操作要領(lǐng)。

五、測量性實(shí)驗的復(fù)習(xí)活動設(shè)計

通過對第二章的學(xué)習(xí)，以及實(shí)驗室三個實(shí)驗的操作和實(shí)驗操作流程圖的再建構(gòu)，一個基于單元主題學(xué)習(xí)的問題產(chǎn)生了，蘋果是學(xué)生們從小到大吃過的水果，找一個大蘋果（果徑80mm以上），整合所學(xué)的第二章知識進(jìn)行創(chuàng)新探究，測量蘋果的高度、體積、密度。并用第二章所學(xué)知識學(xué)會區(qū)分花牛蘋果和紅富士，讓學(xué)生對上述問題進(jìn)行思考實(shí)踐，然后提出可行性的操作方案。

（一）活動目的

需要學(xué)生對所學(xué)知識的整合能力、文字的表述能力、物理知識應(yīng)用能力、實(shí)驗設(shè)計能力、實(shí)驗操作能力、科學(xué)思維能力、綜合分析能力，以及對作業(yè)的態(tài)度如何。告誡學(xué)生不要把學(xué)習(xí)停留在過去，一味靠刷試題提高成績，要勝任更多樣化的思維能力的作業(yè)挑戰(zhàn)，提高學(xué)生科學(xué)思維的能力。

（二）第一次提示

創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，解決真實(shí)的物理問題，發(fā)揮學(xué)生的能動性，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)動力，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人。

（三）第二次提示

本次主題學(xué)習(xí)要整合所學(xué)知識，先思考會遇到什么問題。其次是怎樣解決問題。如，蘋果高度測量中怎樣確定測量位置？探究物質(zhì)的密度時發(fā)現(xiàn)量筒容積小，不規(guī)則的大蘋果塞不進(jìn)去，怎么辦？大蘋果質(zhì)量超過托盤天平的稱量，怎么辦？不能只停留在口感、色澤、外觀等區(qū)別花牛和紅富士蘋果，怎么辦？A99D243E-1450-4DF7-8EC2-FA1A3561304F

（四）學(xué)生案例

1.測量蘋果的高度。把蘋果先放置在水平桌面上，蘋果底部朝下，再用一把尺子放置在蘋果頂部，最后用另一把尺子垂直測量高度，保證0刻度線與桌面吻合，蘋果頂部尺子所在的垂直尺子的刻度，即是蘋果高度。

2.測量蘋果的體積。考慮到一是蘋果比較大，量筒比較小，蘋果放不進(jìn)去，因此需要將蘋果切開；二是蘋果核中有空隙，容易吸水。所以我們用刀將果核周圍切4刀，使果肉能把果核完全包裹住，并且可以放入量筒，共分為五塊蘋果（如果每塊蘋果還嫌大，不能放入量筒，則再切，但不能切破果核）。將水倒入量筒記下刻度，再把一塊蘋果放入量筒，這時蘋果漂浮在水面，用一根牙簽壓住蘋果，使蘋果完全淹沒在水中，記下水位升高的位置，隨后用高水位刻度減去低水位刻度，可得出一塊蘋果的體積（牙簽的體積太小，忽略）。如此依次測出另外四塊蘋果的體積，相加得出蘋果的總體積V。

3.測量蘋果的質(zhì)量。用托盤天平測量蘋果的質(zhì)量，如果大蘋果的質(zhì)量超過托盤天平的量程，則需將分塊多次測量。首先將一塊蘋果放入托盤天平左盤，用鑷子將砝碼放入右盤，當(dāng)天平兩端晃動時，撥動游碼，使天平保持平衡，得出一塊蘋果的質(zhì)量，如此依次測出另外四塊蘋果的質(zhì)量，相加得出蘋果的總質(zhì)量m。

4.得出蘋果的密度。根據(jù)公式：ρ=m/V，可得出蘋果的密度。

六、備考復(fù)習(xí)

雖然學(xué)生經(jīng)歷了新課學(xué)習(xí)、實(shí)驗操作、實(shí)踐活動探究等，到初三總復(fù)習(xí)時，依然可能會出現(xiàn)器材的使用方法不熟悉，操作不規(guī)范，對實(shí)驗過程以及方法不熟練等問題。在備考復(fù)習(xí)前，教師應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗操作考試的評分細(xì)則，如表2，參照蘭州市2021年“測量固體的密度”的評分要點(diǎn)，明確得分點(diǎn)和扣分點(diǎn)，再將評分細(xì)則滲透到備考復(fù)習(xí)中。

備考時，學(xué)校應(yīng)組織模擬考試，組織的學(xué)生“自助餐式”的訓(xùn)練效果會更好一些。學(xué)生根據(jù)已公布的實(shí)驗操作題目，進(jìn)行針對性練習(xí)，老師輔導(dǎo)解決其他問題。

總之，在新中考背景下，實(shí)驗操作已納入物理學(xué)科的考查中，教師應(yīng)立足新課標(biāo)，整合教材中必考的學(xué)生實(shí)驗，認(rèn)真落實(shí)新課改理念，帶領(lǐng)學(xué)生從動手操作中體悟知識，從思考中感受物理現(xiàn)象，理解并掌握相關(guān)概念和要點(diǎn)難點(diǎn)，學(xué)會學(xué)以致用，收獲成長與進(jìn)步。

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編輯：張昀A99D243E-1450-4DF7-8EC2-FA1A3561304F