物理實驗教學應引導“質疑”和“求實”

摘 要：解答“測量一粒米的質量”題目時，存在無法準確選擇“測量量”的情況，需要明確測多算少法的測量對象。對此，教師與其把自己的想法強加于學生，不如通過問題引導，讓學生自己發現問題、提出問題；進一步開展探究活動，明確“測多算少法”的測量對象，在探究中發展質疑精神和求實態度。

關鍵詞：物理實驗；質疑精神；求實態度；“測多算少法”

一、 “測量一粒米的質量”，需要明確“測多算少法”的測量對象

蘇科版初中物理八年級下冊第六章第二節安排了“用天平測量一枚回形針的質量”的學生實驗。教材從實驗方案、實驗步驟、實驗數據的記錄等方面做了具體闡述，目的是讓學生在練習使用托盤天平的同時，學會用“測多算少法”測量很小質量的物體。測多算少法，又叫累積法，即當被測量的物理量太小，用測量工具直接測量誤差較大時，可將微小的物理量累積起來，變成一個較大的量進行測量，然后再除以累積的次數，從而得到這個微小物理量的值。為了進一步鞏固學生在測量輕小物體質量時，熟練掌握“測多算少法”的使用，習題中會更換不同的物理情境。同時，對“多”字的理解衍生出不同的意義，即物體的數量多，還是物體的質量多。較為典型的，就是“測量一粒米的質量”問題：

例題 小明想知道一粒米質量有多大，較好的辦法是（" ）

A. 認真仔細地直接多次測量，然后求平均值

B. 先稱一粒米與一塊鐵塊的總質量，再秤鐵塊質量，最后用總質量減鐵塊質量計算求得

C. 先稱100 g質量的米，然后再數粒數，計算求得

D. 先稱100粒米的質量，然后計算求得

這是一道單選題，但從實際完成的情況來看，大部分學生同時選擇了“C、D”。可見，學生很難抉擇，無法準確選擇測量對象。的確，選擇C，100粒米的質量很小，如果質量不是分度值的整數倍，那么讀數不估讀，相對于標準值而言就會有很大的誤差；選擇D，一粒米的質量很小，在稱量100 g米粒的過程中，可能出現多（少）幾粒米托盤天平的平衡狀態不會發生改變的現象，因此米粒的數目是不準確的，測量的結果也是不準確的。

抉擇的“阻點”無非兩個：一是托盤天平讀數不準確，二是一粒米的質量太小。托盤天平標尺的分度值一般為0.2 g，如果我們測量的物體質量較大，如物體本身的質量是100 g，由不估讀帶來的誤差影響相對于物體本身的質量只是千分之一，微乎其微；而如果物體本身的質量是0.2 g，那么不估讀帶來的誤差影響相對于物體本身就是不容忽視的。所以，歸根結底，能否使用“測多算少法”測量一粒米的質量、使用“測多算少法”中何種方案測量一粒米的質量，取決于一粒米的質量到底是多少。

二、 在探究“測多算少法”測量對象的過程中，培養質疑精神和求實態度

物理實驗教學是物理學科教學的重要組成部分，對于學生理解物理概念、掌握物理規律、培養科學探究能力和科學思維具有重要的作用。在物理實驗教學中，培養學生的質疑精神和求實態度是核心任務之一。質疑是科學探究的起點，能夠激發學生的好奇心和探索欲望；求實則是科學探究的準則，確保學生的探究過程嚴謹、結論可靠。兩者相輔相成，共同推動學生在物理實驗學習中深入理解科學本質，提升科學探究能力。由“測量一粒米的質量”這道題目引發的討論，是很好的教學資源，教師可以帶領學生在探究“測多算少法”測量對象的過程中，培養質疑精神和求實態度。

（一） 在問題引導中引發質疑

根據生活經驗，大部分學生對物體體積的大小其實有一定的感性認識，但對物體的質量還缺乏理性的認識。對此，教師通過展示如圖1所示的感冒藥，告訴學生一粒感冒藥的質量為50 mg，由此讓學生估測一粒米的質量。學生會估測20 mg、30 mg。此時，再回到問題本身，學生就會發現：100 g的米可能會有幾千粒，不僅多（少）幾粒米托盤天平無法感知，而且在實驗過程中數米的粒數也是一個容易出錯的過程。同時，100粒米的質量也僅僅為2—3 g，測量誤差帶來的影響是不容忽視的。

學生在對事物建立理性認識的基礎上發現問題、提出問題的過程就是培養質疑精神的過程，在質疑的基礎上形成批判性評價或發現科學問題。當然，教師除了問題引導的方式，還可以通過演示實驗、推理預測等方式促進學生發現問題、提出問題，從而發展學生的質疑精神。

（二） 在實驗探究中深化求實

無論是理性分析還是推理預測，方案能否實施的主要問題都指向：一粒米的質量到底是多少。為了弄清楚這個問題，也為了引導學生追求真理、實事求是，教師應帶領學生動手實驗，通過實驗探究，了解不同的測量對象的具體情況。

具體實驗探究時，學生按照選項的要求，分別稱取100 g米（如圖2所示，實驗室所用的天平托盤并放不下100g的米，所以天平不平衡）和測量100粒米的質量（如圖3所示）。其中，稱取100 g米的過程中，發現將左側托盤中加到不能再加也沒有到達100 g的質量。測量100粒米的質量為2 g，0.2 g相對于2 g由于測量帶來的誤差影響還是不容忽視的。

學生通過實驗測量，真正認識到一粒米的質量大概在幾十毫克，雖然，實驗驗證最后的結果是兩種方案都存在較大的問題。但是，學生通過這個過程能夠意識到，實驗是檢驗真理的唯一標準。這個過程中也在不斷引導學生追求真理、實事求是。

雖然沒有得到解決問題的方案，但在交流評估環節，學生各抒己見。有些學生認為：第一種方案，雖然沒有稱取到100 g米，但是可以在左盤中放一個燒杯，就可以突破該問題（如圖4、圖5所示）。但又有學生認為：即使成功稱取100 g米，這個數量是上千級別的，數數又是一大問題。最終大家認為：可以小組合作測量1000粒米的質量，每組數100粒米，從數量上來說數數任務不是很艱巨，從測量值來說可以達到幾十克，相對而言可以減小實驗測量誤差帶來的影響。

有人可能會問：學生知道一粒米的質量有什么意義。當然，我們分析問題、實驗探究的目的不是要知道一粒米的質量，而是要借助這個問題情境，讓學生認識到發現問題、提出問題、追求真理、實事求是的重要性，在解決問題的過程中培養學生的質疑精神和求實態度。同時，通過對這個問題的“質疑”和“求實”，我們也發現，并不是所有輕小物體的質量都可以借助“測多算少法”解決。對于質量極其微小的物體，我們應該選用更精確的測量儀器。只有物體的質量達到幾百毫克量級（如一枚回形針的質量約為460 mg）的時候，才適合使用該種方法。同樣，在測量一根頭發絲的直徑時，也不適合采用“測多算少法”。一方面，頭發絲細軟，將其緊密繞在鉛筆上不易操作；另一方面，頭發絲的直徑太小，繞十圈、二十圈讀數的誤差較大。因此，也應該選用更精密的儀器進行測量。如此，才能切實發展學生正確的科學探究精神和科學態度。