胡向華

【摘要】文章通過綜合實踐活動——制作簡易密度計，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動手操作能力，而且體現(xiàn)了密度計從無到有的產(chǎn)生過程，不斷地在生產(chǎn)生活的需求中改進(jìn)，不斷地在改進(jìn)中精細(xì)化。

【關(guān)鍵詞】可視化教學(xué);綜合實踐活動;簡易密度計

一、研究背景

制作簡易的密度計是蘇科版初中物理教材2012年新增加的綜合實踐活動，體現(xiàn)了教學(xué)改革對學(xué)生動手實踐操作能力的重視，但在實際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生不論在動手實踐方面還是在知識產(chǎn)生方面都存在一定困難。因此，針對本節(jié)內(nèi)容，筆者的教學(xué)策略是根據(jù)一些物理原理制作了一只“漂浮管”并在制作的過程中設(shè)置了一些問題，讓學(xué)生應(yīng)用物理知識不斷地解決問題。將“漂浮管”不斷地應(yīng)用于生產(chǎn)生活，并在生產(chǎn)生活的需求中改進(jìn)和優(yōu)化，最終制成了測量液體密度的儀器——密度計，使學(xué)生不僅知道怎樣做密度計，而且知道為什么制作。

二、教學(xué)過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

教師組織學(xué)生觀察雞蛋在清水中的樣子，發(fā)現(xiàn)是沉底的，不斷向清水中加鹽，發(fā)現(xiàn)雞蛋會上浮，直到漂浮。教師再給出雞蛋漂浮時的兩張對比圖片，讓學(xué)生觀察雞蛋漂浮時鹽少、鹽多情況，詢問學(xué)生有什么發(fā)現(xiàn)。學(xué)生發(fā)現(xiàn)：漂浮時 ρ鹽 ?越大，雞蛋的V排越小?？偨Y(jié)：對于同一物體來說，它漂浮時V排是由 ρ液 決定的。由此聯(lián)想：是否可以設(shè)計一個測量液體密度的工具？只要把它往液體中一放，就可以測量出液體的密度。

設(shè)計目的：一節(jié)好課，不需要任何華麗的引入，教師還原了學(xué)生最原始的認(rèn)知狀態(tài)，從學(xué)生最容易理解的現(xiàn)象中獲得靈感，從而產(chǎn)生設(shè)計靈感。這樣簡單的引入體現(xiàn)了知識逐漸由易入難、由淺入深推進(jìn)的過程。

（二）自主研讀，初步進(jìn)行困惑交流

綜合實踐活動課的宗旨是培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，僅在課堂內(nèi)完成是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以筆者在假期前已經(jīng)布置作業(yè)：參考課本第98頁（選擇鉛筆、吸管、筷子等立桿及配重）制作簡易密度計，收集制作過程中遇到的問題，將制作過程拍成簡短的視頻。教學(xué)目標(biāo)明確以后的第一個問題就是在假期制作簡易密度計過程當(dāng)中遇到了哪些問題？聽了三四位同學(xué)的回答以后，主要歸結(jié)為兩類：第一，吸管不能直立于水中;第二，密度計沉到底部浮不起來。這正好和預(yù)設(shè)的問題是一致的。

大家共同探討產(chǎn)生這兩類問題的原因以及解決問題的辦法。學(xué)生的回答非常精彩，針對第一點困惑，可能是因為配重加少了或者沒密封住，導(dǎo)致漏水。針對第二點困惑，說明：F浮

解決問題后完成第一個任務(wù)“制作一只豎直‘漂浮管”就會順暢很多。

設(shè)計目的：充分相信學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和動手操作能力，學(xué)生在制作簡易密度計的過程中會遇到很多問題，通過尋求幫助、查閱資料不斷解決問題，培養(yǎng)學(xué)生克服困難的勇氣和自信。在獲得充分的感性材料之后再開展課堂討論學(xué)習(xí)，學(xué)生對此綜合實踐活動的認(rèn)識進(jìn)一步深化。

（三）需求、探索、發(fā)現(xiàn)、改進(jìn)

任務(wù)一：用吸管、小鉛丸（配重）、石蠟、打火機（蠟油封底）制作一只豎直“漂浮管”，給出圖片。要求：在沉底的情況下，進(jìn)入水中的深度盡量深一些。

友情提示：為保護(hù)桌面，請將蠟油滴在紙上，再用蠟油將吸管底端密封。

每一個小組都能夠成功把“漂浮管”豎直漂浮在水中，學(xué)生做成功以后很興奮。

1.需求：想在“漂浮管”上與水面齊平的位置處做標(biāo)記，這樣以后帶著它就能檢測我喝的無色透明液體是否是純水。

任務(wù)二：用紅色記號筆在“漂浮管”上與水面齊平的位置處做標(biāo)記，給出圖片。

2.探索：為了盡量準(zhǔn)確標(biāo)注記號線，你們小組具體打算怎么操作？

在這里，學(xué)生有自己的標(biāo)注辦法。一位女生提到用一張紙條浸沒在水里，然后看紙濕的位置。教師評價：“那個紙濕了以后，水會往上再漫一點。”有位女生提到可以用刻度尺測量紙條的全長，再測量紙條在水中的長度，然后相減得到紙條露在外面的長度。教師評論：“我就想在吸管和水面齊平的位置做一個記號線，而這種辦法是不是有點麻煩了？”最后經(jīng)過討論，大家一致認(rèn)為用刻度尺測出水面以上的長度最簡單。教師提問：“大家標(biāo)注的記號線是否準(zhǔn)確呢？怎么檢測？”學(xué)生：“放到別的水槽中，看看水面是否到標(biāo)記處?！苯處煟骸罢埓蠹野涯銈冏龅摹」芊诺狡渌〗M的水杯里互檢一下，互檢以后就確定‘漂浮管的標(biāo)準(zhǔn)1.0的位置。”

設(shè)計目的：為以后標(biāo)注食鹽水、酒精記號線做鋪墊，使學(xué)生學(xué)會一種操作方法，并建立用物理測量儀器標(biāo)定的思想，使學(xué)生產(chǎn)生一種認(rèn)識，只要是水，液面就會到標(biāo)記處，制作的“漂浮管”是可以鑒別物質(zhì)種類的。

教師：“將互檢后的三只‘漂浮管分別放到三杯無色透明液體中，你有什么發(fā)現(xiàn)？”

（1）液面與紅色記號線齊平的乙杯是水;（2） ?ρ甲 > ρ水， ρ乙 < ?ρ水。

3.發(fā)現(xiàn)：可以用這種辦法對小組剛剛制作的“漂浮管”標(biāo)注刻度了。

任務(wù)三：分別把“漂浮管”放到1.2g/cm3的食鹽水和0.8g/cm3的酒精中，給你們小組的“漂浮管”標(biāo)注刻度。

友情提示：酒精會將記號線溶掉，請將劃好的記號線綁一圈透明膠帶，保護(hù)記號線不消失。

觀注：觀察標(biāo)注的刻度，你有什么發(fā)現(xiàn)？

學(xué)生：不均勻，從上往下刻度變大，上疏下密。

貼上標(biāo)簽，基本的密度計就做成了，就可以把它賣給三個工廠進(jìn)行使用了：常州酒精廠——0.8g/cm3，娃哈哈純凈水廠——1.0g/cm3，武進(jìn)食鹽水廠——1.2g/cm3。

圖片呈現(xiàn)武進(jìn)食鹽水廠配置1.2g/cm3食鹽水時的情景，此時需要加水還是加鹽？直到液面與1.2齊平。

4.改進(jìn)：食鹽水廠想要配制1.03g/cm3的醫(yī)用生理鹽水，怎樣把1.03的刻度標(biāo)上去？

任務(wù)四：把1.03的刻度標(biāo)在“漂浮管”上。

小組討論可行性方案。

方案（一）

用天平和量筒配置一杯1.03g/cm3的生理鹽水，再把“漂浮管”放入生理鹽水中，使其豎直漂浮，在液面齊平處標(biāo)出刻度。

方案（二）

原理：漂浮條件和阿基米德原理。

G=F浮1= ρ水SHg，

G=F浮2= ρ液Shg

即 ρ水SHg=ρ液Shg，

通過實驗測出H，將1.03帶入，計算出生理鹽水密度對應(yīng)的h，在吸管上標(biāo)出相應(yīng)的密度值。

對比兩個方案的優(yōu)缺點，方案一麻煩但普遍使用，方案二簡單但只適合水下部分是柱體。

設(shè)計目的：通過互檢，定標(biāo)1.0的位置，到刻度線的標(biāo)注，學(xué)生能從實際操作中看到標(biāo)注刻度的不均勻，這種親自體驗和視覺效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過教師的受力分析和理論推導(dǎo)。通過產(chǎn)生新的需求——測量更多液體密度，探討出對直柱體標(biāo)注刻度的新方案。這樣四個任務(wù)層層遞進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣，體現(xiàn)了不斷產(chǎn)生需求才能產(chǎn)生不斷改進(jìn)的設(shè)計思想，讓學(xué)生體驗和經(jīng)歷了密度計從無到有的產(chǎn)生過程，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

發(fā)現(xiàn)問題：不管用哪種方案都會出現(xiàn)兩條刻度線間的距離太小，標(biāo)注不精確，誤差很大。

（四）揭示內(nèi)在本質(zhì)

思考：如何使自制密度計上兩條刻度線間的距離大一些，以使測量結(jié)果更精確？

體驗一根重要的“線”——浸在水中的深度H。

問題1：這根“線”誰影響了誰？從圖上看出影響了h與Δh。

問題2：誰影響了這根“線”？呈現(xiàn)兩張圖片：（1）“漂浮管”的粗細(xì)一樣，一次輕，一次重;（2）“漂浮管”的輕重一樣，一次粗，一次細(xì)。學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)：G增大些，S減小些，H會變大，Δh就會變大，從而確定影響刻度線間距的本質(zhì)因素是G和S。回應(yīng)了任務(wù)一中的要求：在沉底的情況下，進(jìn)入水中的深度盡量深一些。

設(shè)計目的：從現(xiàn)象入手，并借助“漂浮管”浸入水中的深度H作為中間橋梁，找到影響兩條刻度線間距離的因素，避免了繁重數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，符合初中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，用圖片呈現(xiàn)視覺效果，加深學(xué)生的印象。

三、結(jié)語

總之，“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！蔽锢斫虒W(xué)過程中不是缺少測量密度的儀器，而是缺少需要、探索、發(fā)現(xiàn)、改進(jìn)的慧眼。密度計對初中生而言是個難點，很多學(xué)生無法獲得直觀感受，只能死記硬背結(jié)論。開展綜合實踐活動，不僅要重視學(xué)生的動手能力，而且應(yīng)從理論上引導(dǎo)學(xué)生深入理解，抓住學(xué)生自主實踐中遇到的困難和困惑，做到有的放矢，通過遷移，由淺入深，使學(xué)生建立“定標(biāo)”這一物理思想。根據(jù)不同的需求改進(jìn)“漂浮管”，體現(xiàn)了密度計從無到有的產(chǎn)生過程，使學(xué)生的物理科學(xué)素養(yǎng)得到空前激發(fā)，進(jìn)而開啟物理探索意愿的科學(xué)發(fā)明。

【參考文獻(xiàn)】

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