隨堂實(shí)驗(yàn)在初中物理概念教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用

【摘要】本文以八年級(jí)物理《密度》一課為例，探索以隨堂實(shí)驗(yàn)為抓手，構(gòu)建自主創(chuàng)新課堂教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，并對(duì)這種教學(xué)模式進(jìn)行總結(jié)。

【關(guān)健詞】密度 概念教學(xué) 隨堂實(shí)驗(yàn)

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2021）17-0150-03

近幾年我區(qū)物理中考，很多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)題版塊丟分嚴(yán)重，如果出現(xiàn)與課本上不完全一樣的實(shí)驗(yàn)，那么學(xué)生完全無從下手。究其原因，主要是初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)給學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)太少，只在必要的分組實(shí)驗(yàn)課上讓動(dòng)手操作，況且時(shí)間緊迫，大多數(shù)學(xué)生只會(huì)跟著老師依葫蘆畫瓢，甚至是背實(shí)驗(yàn)步驟，不能形成通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象建立理論模型的思維鏈條，在遇到問題時(shí)不能在理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行關(guān)聯(lián)思維。這突顯了學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的缺失，也說明了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要加強(qiáng)“隨堂實(shí)驗(yàn)”的必要性。物理學(xué)是一門綜合性極強(qiáng)，以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是落實(shí)物理課程目標(biāo)，全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。物理實(shí)驗(yàn)包括演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和隨堂實(shí)驗(yàn)。隨堂實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生在課堂上跟隨教師在知識(shí)講授的同時(shí)做的實(shí)驗(yàn)，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，要求學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中采集所需要的信息，并對(duì)所獲信息進(jìn)行整理、分析。然后在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生通過推理、論證、總結(jié)，最后形成學(xué)科概念、規(guī)律等。在此筆者以初中物理《密度》一課為例，對(duì)物理隨堂實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探討，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和應(yīng)用能力等核心素養(yǎng)。

《密度》一課是典型的概念課教學(xué)。它首先通過演示實(shí)驗(yàn)找出規(guī)律，建立密度的初步概念，進(jìn)而從概念中引申出密度的計(jì)算公式、單位及其物理意義，最后利用公式進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算和解決具體問題。本節(jié)的知識(shí)目標(biāo)有三個(gè)：①理解密度的概念，知道密度是表征物質(zhì)特性的物理量;②理解密度公式、單位及其物理意義;③會(huì)用公式求解物質(zhì)的密度，進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。密度概念的建立和形成過程是本課的重難點(diǎn)內(nèi)容。

一、吃透教材，抓重難點(diǎn)，活用器材，在做中學(xué)

密度概念抽象、難理解又極易混淆。課本原編排方式是：通過實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)出多個(gè)體積不同的鋁塊的質(zhì)量和體積，然后在坐標(biāo)圖里畫出m-v圖象，由圖象看出鋁塊的質(zhì)量與體積成正比例，接著求出各自的質(zhì)量與體積的比值，質(zhì)量與體積的比值相同，由此得出密度的定義。這過程比較簡(jiǎn)單、直接，但不夠完整、全面，過分地簡(jiǎn)化了研究過程，照此只要順著這唯一的路徑，便很容易得到結(jié)論。但這結(jié)論比較勉強(qiáng)，結(jié)論缺乏說服力。這樣的過程缺乏必要的思維分析和探索過程，使復(fù)雜、曲折的研究過程失去了探索性，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使教學(xué)過程失去了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的功能。因此，筆者在實(shí)驗(yàn)的方法和操作過程上進(jìn)行了改進(jìn)。一是將教師演示實(shí)驗(yàn)變?yōu)閷W(xué)生隨堂實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生充分發(fā)揮的時(shí)間和空間，讓學(xué)生親歷概念形成的過程。二是在實(shí)驗(yàn)分組和操作方法上，把全班分為4個(gè)大組，每一個(gè)大組又分3個(gè)學(xué)習(xí)小組;第一個(gè)大組測(cè)銅塊，第二個(gè)大組測(cè)鐵塊，第三個(gè)大組測(cè)鋁塊，第四個(gè)大組測(cè)液體;各大組中的第一個(gè)學(xué)習(xí)小組測(cè)物塊1，第2個(gè)學(xué)習(xí)小組測(cè)物塊2，第3個(gè)學(xué)習(xí)小組測(cè)物塊3。三是在實(shí)驗(yàn)器材上，作了些改動(dòng)，物塊1是一個(gè)正方體，用極少的AB膠把2個(gè)物塊1粘在一起作為物塊2，把3個(gè)物塊1并排粘在一起作為物塊3。這能既有效地利用器材，又能方便計(jì)算，有利于學(xué)生得出物質(zhì)的密度是物質(zhì)固有的一種性質(zhì)，與質(zhì)量、體積無關(guān)這一結(jié)論。

二、科學(xué)引導(dǎo)，結(jié)合實(shí)例，自主實(shí)驗(yàn)，辨明概念

（一）“猜一猜”小實(shí)驗(yàn)

師：現(xiàn)在講臺(tái)上有鋁塊、銅塊、水、酒精、鹽水、糖水、木頭、海綿等，請(qǐng)同學(xué)們猜一猜，它們是什么物質(zhì)？你是根據(jù)什么性質(zhì)來區(qū)分、識(shí)別它們的？

同學(xué)們都踴躍發(fā)言。學(xué)生經(jīng)過觀察和討論，最后歸納出可以根據(jù)顏色、氣味、形狀、硬度等特性來鑒別不同的物質(zhì)。

（二）直觀實(shí)物，留下懸念

教師出示兩只顏色、形狀、大小完全相同，但材質(zhì)不同的勺子。

師：這是材質(zhì)不同的兩只勺子，你能根據(jù)上述四種特性分辨它們是由什么物質(zhì)組成嗎？

生：不能。

師：鑒別物質(zhì)，僅靠上述四種特性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，那還有什么方法能鑒別這兩只勺子？

留下懸念，引起學(xué)生注意。自然而然引出本節(jié)課問題，鑒別物質(zhì)的另一重要方法——密度。

（三）密度概念的建立過程

1.體積不同——不能比較物體的質(zhì)量

師：生活中常說“鐵比棉花重，油比水輕”。這種說法對(duì)嗎？

生：不對(duì)。因?yàn)闆]講明鐵塊和棉花的體積有多大？一大堆棉花有可能比一小堆鐵釘重。

師：怎樣說才準(zhǔn)確？

生：在體積相同時(shí)，鐵比棉花重，油比水輕。

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生知道只有在體積相同時(shí)，才能比較物體的質(zhì)量。

2.體積相同——才能比較物體質(zhì)量

教師再出示兩只形狀、大小完全一樣的勺子。

師：若事先知道一只是鐵勺，一只是鋁勺，你有什么辦法識(shí)別它們嗎？

生：放在天平上（或用手掂一下），重的是鐵勺，輕的是鋁勺。

師生共同總結(jié)。要鑒別物質(zhì)，可采取這樣的辦法：先取它們的體積相等的量，再比較它們的質(zhì)量大小。

師：若這兩只勺子體積不相等或事先不知道這兩只勺子是鐵勺和鋁勺，你還能采用上述方法識(shí)別嗎？

學(xué)生各抒己見，最后得出結(jié)論：不能單憑質(zhì)量大小來判斷。教師指出，因?yàn)橄嗤奈镔|(zhì)的質(zhì)量隨體積的增大而增大，所以需要我們進(jìn)一步研究物質(zhì)的質(zhì)量隨體積改變的規(guī)律，從中尋找它的特點(diǎn)。一步步帶領(lǐng)學(xué)生走入要探究的領(lǐng)域。

3.單位體積——比較物體的質(zhì)量

指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)探索。

〖實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹椒謩e測(cè)出各物體的質(zhì)量與體積，研究質(zhì)量與體積的關(guān)系。

〖實(shí)驗(yàn)器材〗銅塊1、銅塊2和銅塊3，鐵塊1、鐵塊2和鐵塊3，鋁塊1、鋁塊2和鋁塊3，某液體（水）、燒杯、天平（含砝碼）、量筒、滴管。

學(xué)生在上節(jié)課剛做了用天平稱固體和液體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)，仍記憶猶新，故只需簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)一下天平的使用方法。對(duì)如何測(cè)固體和液體的體積，只介紹測(cè)量方法，但不需學(xué)生測(cè)量，教師直接給出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，便于簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)。考慮到該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多，耗時(shí)長(zhǎng)，為避免沖淡主題，四組實(shí)驗(yàn)由各大組的三個(gè)學(xué)習(xí)小組同步進(jìn)行，各小組只需分別測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量即可。

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)探索前，教師先出示實(shí)驗(yàn)思考題：

（1）對(duì)同一種物質(zhì)，它的質(zhì)量與體積有何關(guān)系（正比、反比）？其比值又有何關(guān)系（相等、不相等）？

（2）對(duì)不同物質(zhì)，其質(zhì)量與體積的比值有何關(guān)系（相等、不相等）？

（3）在體積相等時(shí)，不同物質(zhì)的質(zhì)量之間有何關(guān)系（相等、不相等）？在質(zhì)量相等時(shí)，不同物質(zhì)的體積之間有何關(guān)系（相等、不相等）？

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，讓學(xué)生分組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)填入表格中。然后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)思考題對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較和討論，找到物體之間的共性和差異，歸納出質(zhì)量與體積的關(guān)系，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

【教師總結(jié)】在體積相等或質(zhì)量相等時(shí)，我們可采取比較不同物質(zhì)的質(zhì)量大小或體積大小的方法來鑒別物質(zhì)。若物體的質(zhì)量不相等，體積也不相等時(shí)，上述方法便行不通，但我們可以采用質(zhì)量與體積的比值來鑒別物質(zhì)。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，對(duì)于同種物質(zhì)來說，質(zhì)量與體積的比值是一個(gè)定值，但不同種物質(zhì)，這個(gè)比值不同。質(zhì)量與體積的比值就等于單位體積物質(zhì)的質(zhì)量。同種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量相同，不同種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量不同。由此可見，質(zhì)量與體積的比值反映了物質(zhì)的一種特性。在物理學(xué)中，就用“密度”這個(gè)物理量來表示物質(zhì)的這種特性。

自然而然地引入密度這個(gè)概念，并使學(xué)生明白采用單位體積比較物體的質(zhì)量比取相同體積比較物體的質(zhì)量方便、簡(jiǎn)捷。

（四）密度公式、單位和物理意義

1.密度公式

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)回答兩個(gè)問題：

（1）20 cm3的鋁塊質(zhì)量是54 g，則1 cm3的鋁塊質(zhì)量是多少？其密度是多少？

（2）79 cm3的水質(zhì)量是79 g，則1 cm3的水質(zhì)量是多少？其密度是多少？

讓學(xué)生自己進(jìn)行計(jì)算、比較，找出共同特點(diǎn)，總結(jié)其中規(guī)律，最后導(dǎo)出密度計(jì)算公式：

密度=[質(zhì)量體積]

即[ρ]=[mV]

2.密度單位及其換算

出示例題，由學(xué)生通過具體計(jì)算，得出密度的單位。

〖例題〗體積是2 m3的銅塊，質(zhì)量是17.8 t，求銅的密度。

解：m=17.8 t=17.8[×]103 kg，V=2 m3

[ρ]=[mV]=[17.8×103 kg2 m3]=8.9[×]103 kg/m3

答：銅的密度是8.9[×]103 kg/m3

從計(jì)算中可以看出密度的單位由質(zhì)量單位和體積單位共同組成。講解單位的讀法和物理含義。再介紹密度的另一常用單位g/cm3。根據(jù)kg和g，m3和cm3之間的關(guān)系，讓學(xué)生自己推導(dǎo)兩個(gè)單位間的換算關(guān)系，得出1 g/cm3=103 kg/m3。單位換算對(duì)學(xué)生而言是個(gè)難點(diǎn)，可多舉幾例進(jìn)行練習(xí)，使學(xué)生盡快熟練并掌握。

3.密度是物質(zhì)的一種特性

引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)得出密度是物質(zhì)的一種特性，利用密度可以鑒別物質(zhì)。設(shè)計(jì)三個(gè)問題讓學(xué)生進(jìn)行思考、討論：

（1）一杯水倒去一半后，它的質(zhì)量如何變？體積如何變？密度如何變？

（2）一鋁塊密度為[ρ]鋁=2.7[×]103 kg/m3，截去它的[13]，剩余的部分密度為[ρ]余=1.8[×]103 kg/m3，對(duì)嗎？

（3）據(jù)[ρ]=[mV]可知，[ρ]與m成正比，[ρ]與V成反比，對(duì)嗎？

通過學(xué)生的討論，排除模棱兩可的錯(cuò)誤觀念，得出結(jié)論：同一種物質(zhì)，它的質(zhì)量和體積成正比，在狀態(tài)和環(huán)境相同時(shí)，密度ρ不變。

三、教學(xué)反思

本節(jié)課筆者創(chuàng)造性地使用教材，提取具有探索和研究?jī)r(jià)值的問題，設(shè)計(jì)成隨堂實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在獨(dú)立思考、自主研究、積極探索中，不斷發(fā)現(xiàn)問題并創(chuàng)造性地解決問題。這種構(gòu)建自主創(chuàng)新課堂教學(xué)模式是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效的教學(xué)方式之一，其特點(diǎn)主要如下：

（一）具有創(chuàng)新性

傳統(tǒng)的“密度”課堂教學(xué)，教師占用絕大部分的時(shí)間來傳授知識(shí)，學(xué)生只有很少的時(shí)間去思考、去學(xué)習(xí)。而自主創(chuàng)新課堂教學(xué)模式使課堂充滿了活力，教師提供有探究?jī)r(jià)值的創(chuàng)新點(diǎn)，設(shè)計(jì)與內(nèi)容相關(guān)的情境，通過實(shí)驗(yàn)，激發(fā)和滿足不同層次學(xué)生的探索與創(chuàng)新欲望，使他們能夠獲得“親自得出研究結(jié)論”的機(jī)會(huì)，又能夠在實(shí)施創(chuàng)新活動(dòng)的過程中發(fā)展能力。在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中注意設(shè)計(jì)一系列有針對(duì)性、有啟發(fā)性的問題作為鋪墊，引導(dǎo)學(xué)生在探索的過程中有所創(chuàng)新地解決問題。

（二）具有主體性

本節(jié)課始終將學(xué)生置于探索者、發(fā)現(xiàn)者的位置，給學(xué)生更大的自由活動(dòng)空間和更多的交流機(jī)會(huì)。如將教師演示實(shí)驗(yàn)變?yōu)閷W(xué)生探索實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親歷概念形成的過程，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。教師有目的地提出各種問題，在質(zhì)疑、解疑的過程中，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考、積極思維，并和同桌互相合作，展開交流、討論，主動(dòng)探索知識(shí)的形成過程。寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，活躍的學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生的心理得到了極大的滿足，40分鐘，學(xué)生的思維一直處于主動(dòng)激活狀態(tài)，智力呈開放性上升，不斷喚起和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新欲望。

（三）具有方法性

一個(gè)物理概念的建立和形成過程，包含了大量物理學(xué)研究的基本方法。本節(jié)課把濃縮在其中的思維歷程重現(xiàn)，讓學(xué)生沿著前人思維活動(dòng)的足跡短暫而迅速地重走一遍，從中體驗(yàn)和學(xué)習(xí)科學(xué)思維的方法。通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—實(shí)驗(yàn)探究—?dú)w納總結(jié)，建立密度概念，掌握獲取新知識(shí)的方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，拓展思維的深度和廣度，這等于交給學(xué)生一把打開思維寶庫的金鑰匙。這給學(xué)生今后開展研究性學(xué)習(xí)、創(chuàng)新性學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在課堂教學(xué)中，如果每一位教師都能做到把創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識(shí)落實(shí)到每節(jié)課中，創(chuàng)造性地使用教材，上出高效率高效益的課，以學(xué)生的自我發(fā)展為本，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為主，將知識(shí)與能力并重，那么就能培養(yǎng)出具有創(chuàng)造性、高素質(zhì)的綜合型人才。

【作者簡(jiǎn)介】潘小陸（1968— ），女，在職大學(xué)本科學(xué)歷，理學(xué)學(xué)士，南寧市北湖北路學(xué)校物理教師，曾獲得“南寧市教學(xué)骨干”稱號(hào)，多次被評(píng)為城區(qū)級(jí)“優(yōu)秀教師”和“初中畢業(yè)班先進(jìn)工作者”，有多篇論文分別獲得自治區(qū)一、二、三等獎(jiǎng)。

（責(zé)編 盧建龍）