深度備課　有效引導(dǎo)

許光曙　曹江

[摘? ?要]蘇科版初中物理綜合實(shí)踐活動是與物理教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的課內(nèi)外實(shí)踐性活動，是源于生活又回歸生活的體驗(yàn)性活動，是物理教學(xué)完善與優(yōu)化的拓展性學(xué)習(xí)活動，也是體現(xiàn)學(xué)以致用的探究性活動。文章以“制作簡易密度計”活動為例，探討初中物理綜合實(shí)踐活動的教學(xué)策略。

[關(guān)鍵詞]綜合實(shí)踐;密度計;反思

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）05-0039-04

蘇科版初中物理教材中的“綜合實(shí)踐活動”，不是一種簡單的物理課外活動，更不是單純的實(shí)驗(yàn)課，而是一種全新的課程形態(tài)，是源于學(xué)生的生活實(shí)際，立足于學(xué)生的綜合發(fā)展需要，并通過科學(xué)探究、實(shí)物制作、活動體驗(yàn)、評價交流等多種方式，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)的實(shí)踐性課程?！爸谱骱喴椎拿芏扔嫛保瑢Τ踔袑W(xué)生來說，除了要能較熟練地運(yùn)用數(shù)學(xué)和物理學(xué)科相關(guān)知識外，還要具備一定的思維能力，對學(xué)生的手腦并用、小組合作、反思創(chuàng)新等能力的要求也比較高，為學(xué)生物理核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，特別是實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了空間。“綜合實(shí)踐活動”課的內(nèi)容、形式都比較多，本文僅以“簡易密度計的制作”為例進(jìn)行分析探討。

一、深度備課，在選材中培養(yǎng)理解能力

制作簡易密度計的主要材料為盛水的容器、漂浮物、配重物。輔助材料主要有：檢驗(yàn)液體、封閉吸管（封閉一端）的材料、刻度尺、油性筆。為了使實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌_展并取得良好的效果，教師在實(shí)驗(yàn)材料的選取上需要深度研究，盡管著眼點(diǎn)不高，但對實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)、學(xué)生思維的訓(xùn)練、動手能力的培養(yǎng)，效果還是顯而易見的。

1.對液體容器的要求

密度計豎直漂浮時，想讓其浸入的深度比較大，則容器必須有一定的深度。同時，密度計測量密度較大的液體時，刻度線較密，測量誤差較大，為了克服這一缺點(diǎn)，可以增大密度計在液體中的深度H，使相鄰刻度線間的距離變大，而增大H的方法是增加配重，配重增加后會導(dǎo)致深度過大。綜合分析各方面因素可知，容器的高度在25 cm以上時，視覺效果較好，實(shí)驗(yàn)操作也較方便。由于量筒上有刻度，學(xué)生在測量吸管浸入深度的過程中，量筒上的刻度有干擾作用，而且量筒的口徑較小，用刻度尺測量吸管露出部分的長度不方便。綜合考慮容器的容積、高度、透明度等因素，可在網(wǎng)上訂制直徑10 cm、高35 cm的亞克力透明圓桶。

2.漂浮物的優(yōu)選

為了盡可能多地為學(xué)生提供備選材料，以便讓學(xué)生提出不同的設(shè)計方案和制作方法?？紤]到漂浮物的刻度間隔以及長度要求，本設(shè)計提供給學(xué)生長23 cm、口徑1.0 cm的透明吸管1根，長23 cm、口徑0.6 cm的透明吸管1根，以及直徑5 mm、長20 cm的圓柱形木棒1根。因吸管具有形狀規(guī)則、不吸水、中空，且便于調(diào)節(jié)配重等優(yōu)點(diǎn)，多數(shù)學(xué)生選擇吸管為主要材料。

3.關(guān)于配重物的選取

通常，在吸管內(nèi)放入配重物，如小鋼珠、鐵絲段、訂書針、大頭針、細(xì)沙等。若配重物太少，在水中難以豎直漂浮，或者即使在水中豎直漂浮，在密度較大的液體（如濃鹽水）中也會傾斜;若配重物太多，吸管可能會接觸容器底部，同時露出液面部分太短，留出標(biāo)記刻度的長度有限。本設(shè)計中提供標(biāo)準(zhǔn)精密直徑2 mm鋼珠數(shù)個、金屬絲段（微調(diào)節(jié)）、直徑0.6 mm熔絲若干。在鋼珠直徑的選取上，若直徑大，放的個數(shù)少，鋼珠堆積起來抬高了密度計的重心，若加入的鋼珠直徑小，優(yōu)點(diǎn)是重心低，缺點(diǎn)是操作不太方便。學(xué)生，如果用吸管，可以將鋼珠作為主調(diào)節(jié)，金屬絲段作為微調(diào)節(jié);如果用木棒，因?yàn)槿劢z軟，所以熔絲可以方便地纏繞在木棒下端，進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.密封材料的改進(jìn)與突破

通常情況下，教師根據(jù)教材信息，將蠟燭點(diǎn)燃，在蠟燭熔化并再次凝固的過程中，滴入吸管中，或者將軟的蠟燭做成球形塞入吸管底部，這種方式耗時較長，且容易污染桌面和制作材料。此外，吸管底部的密封材料，如用橡皮泥、肥皂等易溶解，不能較長時間密封;熔化的石蠟不安全，且在凝固后有微小收縮，反復(fù)使用可能出現(xiàn)封口破損等情況。有的教師考慮到安全問題，就事先用熱熔膠幫助學(xué)生封閉好吸管底部，這樣就替代了學(xué)生的體驗(yàn)和創(chuàng)新工作。此外，若用橡皮泥封，吸管外附有橡皮泥，導(dǎo)致吸管上下面積不相等，排開液體的體積就不能約去橫截面積S，從而不能簡化實(shí)驗(yàn)的原理和操作。經(jīng)過研究，筆者在網(wǎng)上購買了高0.9 cm、直徑3.0 cm的無煙無味香薰燈蠟燭（圖1），只要將吸管的一端在蠟燭上扎到底（圖2），旋轉(zhuǎn)拔出即可密封，如果連續(xù)兩次（圖3），效果更好。

5.其他輔助材料

在待測液體的選取上，考慮到液體的密度值可能為1.2 g/cm3、1.1 g/cm3、1.0 g/cm3、0.9 g/cm3、0.8g/cm3，筆者選取了醬油、濃鹽水、清水、食用油、酒精等五種液體。標(biāo)準(zhǔn)密度計（教師演示用）、40 cm刻度尺、油性記號筆（黑色和紅色）、薄草稿紙、文具小刀及分別裝有漂浮物、密封材料和配重物的工具袋。因?yàn)榫凭橇己玫挠袡C(jī)溶劑，筆者把酒精作為待測液體，其目的是在最后展示評價環(huán)節(jié)中，讓酒精溶解掉吸管外面的油性刻度線，從而提出改進(jìn)方法，即可以將刻度放在吸管內(nèi)部，達(dá)到創(chuàng)新的目的。

二、合作探究，在實(shí)踐中培養(yǎng)應(yīng)用能力

1.創(chuàng)設(shè)“原型”情境，明確探究主題

本節(jié)設(shè)計，先從與人們密切相關(guān)的液體入手，如跟人們?nèi)粘Ｉ钕嚓P(guān)的水、食用油、黃酒、醬油、啤酒等各種液體食物，以及汽油、洗發(fā)水、洗手液、84消毒液、酒精等液體用品，分析發(fā)現(xiàn)人們在檢驗(yàn)不同種類的液體，以及同一種類的不同液體時，液體的密度是一個重要的指標(biāo)。然后，以小故事的形式切入，介紹我國古代勞動人民對液體密度大小的認(rèn)識，一方面從蓮子的漂浮構(gòu)建密度計的原型，讓教學(xué)流程自然過渡到小制作;另一方面滲透物理學(xué)史，貫通文理，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。同時，引導(dǎo)學(xué)生思考本次活動探究的主題。

2.創(chuàng)設(shè)“創(chuàng)新”情境，引導(dǎo)問題解決

本活動中，物體只有豎直漂浮才能作為測量工具使用。由于吸管或者小木棒重心均勻且不能豎直漂浮，要求學(xué)生手腦并用積極思維，除了調(diào)整并降低漂浮物的重心外，還需要密封吸管底部。這個環(huán)節(jié)中，教師往往為了節(jié)約時間，課前幫學(xué)生把吸管的底部封閉好，讓學(xué)生對照教師做的“成品”密度計進(jìn)行模仿。筆者認(rèn)為，這樣就抹殺了學(xué)生創(chuàng)新探究的興趣，失去了探究味，與物理教學(xué)的本真相去甚遠(yuǎn)。

讓吸管豎直漂浮在液體中，這是后面實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，也是學(xué)生歷經(jīng)困難、解決問題、體驗(yàn)成功的第一步。因此，教師有必要停下來進(jìn)行總結(jié)反思，讓學(xué)生交流體會，為下一步的制作提振信心，同時，讓學(xué)生在制作方法和創(chuàng)新思維上聽聽老師的建議。此外，雞蛋在濃鹽水中漂浮，是學(xué)生熟悉的情景，可用來喚醒學(xué)生關(guān)于物體漂浮條件的知識。要想比較水和濃鹽水密度的大小，必須讓吸管或圓木棒都能分別豎直漂浮在兩種液體中。如果不比較液體密度大小，學(xué)生一般只會在水中讓吸管或圓木棒漂浮，而在濃鹽水中可能會傾斜。經(jīng)過引導(dǎo)，密度計的雛形在學(xué)生的腦海中建立起來，為接下來的順利標(biāo)度做好鋪墊。此外，這個環(huán)節(jié)中教師沒有必要過多干預(yù)，讓學(xué)生按照自己的想法去操作，學(xué)生在操作過程中一定會遇到各種困難，他們會根據(jù)自己已有的經(jīng)驗(yàn)或者小組中他人的建議探索解決，過程的體驗(yàn)才是綜合實(shí)踐活動的真正意義所在。

3.運(yùn)用數(shù)理推演，在探究中遷移

簡易密度計的制作，關(guān)鍵是確定刻度線的位置，實(shí)際上是儀器標(biāo)定問題。標(biāo)定，主要是指使用標(biāo)準(zhǔn)的計量儀器對所使用儀器的準(zhǔn)確度（或精度）進(jìn)行檢測，標(biāo)定也可以認(rèn)為是校準(zhǔn)，因此，也可以認(rèn)為標(biāo)定包含以上兩方面的意思。對于初中學(xué)生而言，他們習(xí)慣于使用已有標(biāo)度的儀器，自己標(biāo)定是一種逆向思維，有一定難度，在心理上會有一定的畏難情緒。此時，我們可以用已經(jīng)學(xué)過的給溫度計的刻度線標(biāo)定的方法，以及將彈簧測力計的標(biāo)度原理進(jìn)行遷移運(yùn)用，降低思維的坡度。

（1）給水的密度標(biāo)記刻度

將簡易密度計放入水中，讓吸管豎直漂浮，吸管靜止時，用油性記號筆在吸管和水面的交界處做好標(biāo)記，即為水的密度值1.0 g/cm3，用刻度尺測量標(biāo)記處到管底處的深度，記作H，如圖4所示。

（2）給其他液體的密度標(biāo)記刻度

設(shè)吸管的橫截面積為S，測出吸管浸入水中的深度為H，浸入其他液體中的深度為h，如圖5所示，因漂浮時密度計所受的重力和浮力相等。

在水中漂浮時，[F浮水 =G=ρ水gV排=ρ水gSH]

在其他液體中漂浮時，[F浮液=G=ρ液gV排=ρ液gSh]

由以上兩式可得：[h=ρ水H/ρ液]

根據(jù)上式的數(shù)量關(guān)系，只要將液體的密度值代入到上面的式子中，即可求出該密度值所對應(yīng)的深度h，如圖6所示，從而可以對簡易密度計進(jìn)行標(biāo)度，見表1。

小組內(nèi)學(xué)生根據(jù)推導(dǎo)的公式，分工計算幾個密度值對應(yīng)的深度h，并填入表格中，然后在簡易密度計上先測量長度后標(biāo)上數(shù)字，如圖7所示。

標(biāo)注刻度的方法：可以用油性筆畫在吸管上，有的學(xué)生直接在漂浮的吸管上畫，并把刻度尺插入水中測量吸管底部到水面的長度;有的學(xué)生是拿出來畫線，測量露出水面的吸管的長度和吸管的總長度，二者相減得出吸管浸入深度H;有的學(xué)生用筆畫在細(xì)長的紙片上，再將其插入透明的吸管中。學(xué)生標(biāo)注刻度的方法多種多樣，有效激發(fā)了學(xué)生的思維，也進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生對相關(guān)知識的理解。這樣的教學(xué)引導(dǎo)，需要教師通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并結(jié)合圖像輔助，降低難度，促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階。

三、交流評價，在反思中培養(yǎng)創(chuàng)新能力

1.比一比：誰的密度計更精確

各小組推選一名代表到講臺前的指點(diǎn)位置，對濃鹽水、醬油、食用油的密度進(jìn)行測量，并與用標(biāo)準(zhǔn)密度計的測量值做比較，看誰的測量結(jié)果更精確。教師選出最優(yōu)的產(chǎn)品，并請該組小組長來測量酒精的密度，其測量結(jié)果讓全班學(xué)生很驚訝，吸管外面的刻度線全部被酒精溶解了。教師順?biāo)浦?，要求學(xué)生提出改進(jìn)方案。于是，將刻度放進(jìn)吸管內(nèi)的方案呼之欲出，小小的創(chuàng)新水到渠成，學(xué)生的成功體驗(yàn)溢于言表。

2.議一議：刻度線有何特點(diǎn)

教師將幾組密度計橫放在實(shí)物展臺上，引導(dǎo)學(xué)生觀察，發(fā)現(xiàn)刻度線的共同特點(diǎn)：第一，刻度不均勻;第二，密度較大的區(qū)域刻度密集，密度較小的區(qū)域刻度變化顯著，即“上小下大，上疏下密”。

3.想一想：怎樣減小刻度的誤差

不同的密度計刻度線有差異：粗且輕的密度計刻度線之間的間隔小，相對密集;細(xì)且重的密度計刻度線之間的間隔相對較大。因此，要使測量結(jié)果更精確，宜選用細(xì)而重的密度計。

4.展示你們的產(chǎn)品

能不能寫出產(chǎn)品說明書？如何進(jìn)行產(chǎn)品推廣說明？怎樣寫實(shí)驗(yàn)報告？學(xué)生在思考上述問題的同時，引導(dǎo)學(xué)生對自己產(chǎn)品的不足提出改進(jìn)設(shè)想，并評價他人產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)。

從原理的闡述、取材的合理性、刻度標(biāo)注的準(zhǔn)確程度、制作的精美度等方面，引導(dǎo)學(xué)生自我評價和相互評價，充分肯定學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和優(yōu)點(diǎn)。教師采用重過程、輕結(jié)果的評價，緊緊圍繞制作過程中的問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，幫助學(xué)生建立螺旋上升的動態(tài)思維模式。引導(dǎo)學(xué)生按照設(shè)計制作作品，并讓學(xué)生意識到改進(jìn)的重要性，引發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望。

四、活動反思

1.課堂教學(xué)的延伸

根據(jù)教材編寫意圖，筆者認(rèn)為教材中的“綜合實(shí)踐活動”的“根”在課內(nèi)，“魂”在課外，“綜合實(shí)踐活動”是學(xué)生利用已習(xí)得的知識、經(jīng)驗(yàn)、原理在課下創(chuàng)造性地進(jìn)行物理學(xué)習(xí)的活動，教材編寫者往往將這種活動及其指引放在章節(jié)的最后，因此它是課堂教學(xué)的延伸和拓展。綜合實(shí)踐活動突出實(shí)踐性、綜合性、生成性和趣味性，但是在筆試考試中往往又很難體現(xiàn)。因此，教師應(yīng)明確綜合實(shí)踐活動與傳統(tǒng)教學(xué)活動的區(qū)別，讓學(xué)生所學(xué)的物理知識在課外得到深化和升華。如“制作簡易的密度計”活動，是互動式解決問題的實(shí)踐性較強(qiáng)的活動，綜合運(yùn)用了前面所用的浮力、密度、物體的浮沉條件等隱含知識，為學(xué)生提供了實(shí)踐綜合應(yīng)用的平臺，體現(xiàn)了物理的魅力。

2.生活與物理的紐帶

這種活動課程強(qiáng)化了生活與物理的關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念，增強(qiáng)了物理原理對生活的解釋功能，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，增進(jìn)了學(xué)生對科學(xué)研究的情感，通過物理綜合實(shí)踐活動更容易讓學(xué)生體驗(yàn)物理在生活中的應(yīng)用，認(rèn)識到物理知識與實(shí)際生活的緊密聯(lián)系，這種活動對培養(yǎng)學(xué)生的社會意識、學(xué)以致用的能力以及合作精神，對提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)大有裨益。物質(zhì)的密度或比重與物質(zhì)的成分有關(guān)，所以常用密度計或比重計來檢測某種液體的品質(zhì)，如酒精、石油、酸堿溶液等。密度計還可用于這類產(chǎn)品生產(chǎn)和加工過程的監(jiān)測和控制。

3.實(shí)踐過程中情境的體驗(yàn)

德國學(xué)者關(guān)于情境的比喻是：將15克鹽放在你面前，無論如何你都難以下咽。但是當(dāng)這些鹽放入美味可口的湯中，你在享用佳肴時，就會不知不覺地將15克鹽吸收了?？梢姡榫持谥R，猶如湯之于鹽。本節(jié)課中，如果教師直接拿出吸管，告訴學(xué)生如何用它來制作一支密度計，進(jìn)而指導(dǎo)學(xué)生封閉吸管一端加配重物，顯得很突兀，有點(diǎn)“簡單粗暴”，思維含量少，物理味道淡，如此做法會將實(shí)踐活動課異化為物理小制作。因此，教師應(yīng)增強(qiáng)學(xué)生在實(shí)踐情境中的體驗(yàn)，讓學(xué)生在情境中厘清事物的來龍去脈，幫助學(xué)生入境，讓體驗(yàn)與理解水到渠成。

4.探究中思維的發(fā)展

綜合實(shí)踐活動強(qiáng)調(diào)思維的綜合性以及綜合地解決問題，教師不能僅僅提供單一的器材，材料要有可選擇性，因?yàn)椴牧媳旧砭途哂性S多屬性，學(xué)生在選擇材料的過程中，不斷試錯悟錯，改進(jìn)修正，教師不干預(yù)學(xué)生的選擇，激發(fā)學(xué)生原有認(rèn)知和當(dāng)前知識的沖突，這樣有助于控制和規(guī)范學(xué)習(xí)者的思考，讓學(xué)生學(xué)會思考，從而形成科學(xué)的思維策略。另外，學(xué)生在操作過程中方法是多種多樣的，教師要科學(xué)理性地對方法進(jìn)行評估，多用優(yōu)劣來評價，少用對錯去判定，重要的是啟發(fā)學(xué)生思考，點(diǎn)亮學(xué)生的課外生活。

5.交流與評價中的能力發(fā)展

綜合實(shí)踐活動往往以“產(chǎn)品”制作的形式出現(xiàn)，在生產(chǎn)制作的過程中，教師要及時捕捉學(xué)生的困惑，引導(dǎo)學(xué)生在活動中的改進(jìn)，讓學(xué)生展示自己的“產(chǎn)品”，交流自己的心得。并通過自主對比、分析總結(jié)等，引導(dǎo)學(xué)生回顧探究或問題解決的歷程，加深學(xué)生對知識的理解。如簡易密度計本身就是實(shí)驗(yàn)器材，需要學(xué)生根據(jù)原理自己制作，自我感悟和體驗(yàn)，學(xué)生在活動中的自主性應(yīng)該突出一些，讓學(xué)生透過探究、評估，發(fā)現(xiàn)并解決問題。教師的眼中要有學(xué)生，要讓位于學(xué)生。前半節(jié)課學(xué)生跟著老師走，后半節(jié)課老師跟著學(xué)生走。學(xué)生對自己探究或解決問題的過程進(jìn)行總結(jié)、反思，不僅能讓學(xué)生厘清知識脈絡(luò)，而且能促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知圖示的發(fā)展。

教師要充分挖掘教材中綜合實(shí)踐活動的教育價值，讓學(xué)生親歷活動過程，在鞏固知識和實(shí)踐操作中提升能力。教師引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計創(chuàng)造中主動提取并運(yùn)用物理知識解決問題，讓學(xué)生面對真實(shí)、復(fù)雜的具體任務(wù)，能綜合而靈活地運(yùn)用所學(xué)知識、技能進(jìn)行實(shí)踐探索。這樣有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于促進(jìn)學(xué)生思維能力的提升，有利于發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用和求實(shí)創(chuàng)新能力。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

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（責(zé)任編輯 易志毅）