駱 波

(江蘇省錫山高級(jí)中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校，江蘇 無錫 214177)

設(shè)置“綜合實(shí)踐活動(dòng)”是蘇科版初中物理教材的一個(gè)重要特色．2012年教育部專家在教材審查意見中指出:“教材的邏輯結(jié)構(gòu)符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),特別是綜合實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)置,使學(xué)生學(xué)會(huì)了探究物理的研究方法,學(xué)會(huì)研究、學(xué)會(huì)解釋生活現(xiàn)象”．

“綜合實(shí)踐活動(dòng)”的基本定位是“以初中物理知識(shí)和能力為基礎(chǔ),通過探究性活動(dòng)或技術(shù)設(shè)計(jì)與制作活動(dòng)解決生活中的實(shí)際問題,獲取并整合經(jīng)驗(yàn)”．不同類型的綜合實(shí)踐活動(dòng)應(yīng)采用不同的設(shè)計(jì)路線,探究性活動(dòng)一般以“主題—探究—表達(dá)”的單位來設(shè)計(jì),而技術(shù)與制作活動(dòng)則通常以“任務(wù)—方案—評(píng)價(jià)”的方式來組織．

“用電冰箱研究物態(tài)變化現(xiàn)象”屬于探究性綜合實(shí)踐活動(dòng),以下結(jié)合案例談本活動(dòng)的設(shè)計(jì)路線和實(shí)踐紀(jì)要．

1 主題與準(zhǔn)備

家用電冰箱工作時(shí),其內(nèi)部是一個(gè)低溫的小環(huán)境,主要用來冷藏或冷凍食品．我們也可以將它作為一個(gè)制冷工具,用來開展一些有趣的實(shí)驗(yàn)研究．本次綜合實(shí)踐活動(dòng)在國(guó)慶假期期間完成,物理不再布置其他假期作業(yè)．

研究的主題、器材及價(jià)值如表1所示.

本綜合實(shí)踐活動(dòng)具有一定開放性:學(xué)生可以自選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,可以結(jié)合實(shí)際靈活選取實(shí)驗(yàn)器材,可以通過多種形式(照片、表格、圖形)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)．綜合實(shí)踐活動(dòng)對(duì)學(xué)生提出了更高的能力要求:需自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案與制定計(jì)劃,遇到疑惑時(shí)需自行尋求解答途徑(如網(wǎng)絡(luò)搜索、查閱書籍、請(qǐng)教老師),研究成果需以PPT或研究報(bào)告的形式呈現(xiàn)．

表1 綜合實(shí)踐活動(dòng)項(xiàng)目簡(jiǎn)介

續(xù)表

2 探究與思考

本模塊介紹學(xué)生綜合實(shí)踐的活動(dòng)過程、采集的證據(jù)及相關(guān)的問題探討．

2.1 研究電冰箱內(nèi)的溫度分布情況

(1) 探究過程.

實(shí)驗(yàn)步驟: ① 將幾支溫度計(jì)分別放在冷藏室的上部、中部、下部以及冷凍室中,幾分鐘后,記錄各測(cè)量點(diǎn)的溫度．

② 在冷藏室的某一層,距離電冰箱門遠(yuǎn)近不同的位置放置溫度計(jì),幾分鐘后,記錄各測(cè)量點(diǎn)的溫度．

比較這些溫度值,看一看,電冰箱內(nèi)的溫度分布有什么特點(diǎn)?

學(xué)生A的測(cè)量結(jié)果如表2.

表2 電冰箱溫度分布

測(cè)量發(fā)現(xiàn):冷藏室各層溫度有所不同,上部溫度高,下部溫度低;同一層不同位置也有所不同,靠冰箱門處溫度高,距冰箱門較遠(yuǎn)處溫度低．

究其原因,學(xué)生上網(wǎng)進(jìn)行了檢索,得知:冷空氣密度較大,沉在冷藏室底部,導(dǎo)致下部溫度較低;電冰箱的蒸發(fā)器(吸熱制冷)離冰箱門較遠(yuǎn),開冰箱門時(shí)有熱空氣進(jìn)入,故距門較遠(yuǎn)處溫度較低．

(2) 困惑交流.

學(xué)生B測(cè)的數(shù)據(jù)如表3.

表3 數(shù)據(jù)質(zhì)疑示例

原因及改進(jìn)建議:冰箱門開著,測(cè)量結(jié)果接近室溫．應(yīng)關(guān)閉冰箱門測(cè)量,多等待幾分鐘,前后兩次開冰箱門示數(shù)幾乎相同時(shí)再記錄數(shù)據(jù)．

學(xué)生C測(cè)的數(shù)據(jù)如表4.

表4 數(shù)據(jù)質(zhì)疑示例

原因及改進(jìn)建議:等待時(shí)間太短,溫度計(jì)示數(shù)未穩(wěn)定．未控制溫度計(jì)距離冰箱門的距離相等．應(yīng)控制溫度計(jì)距離冰箱門距離相等,待示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)．

2.2 制作凍豆腐

(1) 過程及解釋.

① 去市場(chǎng)購(gòu)買一個(gè)新鮮的普通豆腐,先觀察豆腐的外觀,記錄下其表面狀態(tài)．

② 將新鮮豆腐放到電冰箱的冷凍室內(nèi),冷凍一兩天后取出,觀察“凍豆腐”的形狀發(fā)生了什么變化．

③ 解凍后切開,觀察“凍豆腐”內(nèi)部有什么變化．

觀察到:新鮮豆腐呈白色,冷凍后變成淡黃,解凍后又恢復(fù)白色．凍豆腐體積變大,解凍后切開內(nèi)部有大量蜂窩狀小孔．

學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)及上網(wǎng)檢索,得知:豆腐中的蛋白質(zhì)含量高,凝固后呈米黃色,解凍熔化后又是白色了．水凝固成冰,密度變小,體積變大,原來的小孔被冰撐大,熔化后水流失,就留下了大量小孔．

(2) 計(jì)算分析:4℃時(shí),水的密度最大,當(dāng)豆腐的溫度降到0℃時(shí),水的體積變大．0℃的水凝固成冰,體積進(jìn)一步增大．上述哪個(gè)過程體積膨脹得多?

表5 水在不同溫度下的密度

圖1 水在不同溫度下的密度

由表5數(shù)據(jù)可知,液態(tài)水在降溫過程中體積變化僅0.01%(從圖1上看,液態(tài)水密度變化非常小),水凝固成冰體積增大約11.1%(從圖像上看,0℃的水凝固成0℃的冰密度變化顯著)．

2.3 自制冰淇淋

制作過程:取蛋黃2個(gè)、砂糖25g、鮮奶200g,放在奶鍋內(nèi)充分?jǐn)嚢?再用小火加熱并不斷攪拌,直至蛋奶變得濃稠．用過濾網(wǎng)將蛋奶過濾到較小的食品盒內(nèi),自然冷卻后,加入200g奶油并攪拌均勻．蓋上盒蓋,將食品盒放到電冰箱中冷凍．每隔30min取出攪拌一次,共進(jìn)行4次．這樣,冰淇淋就制成了．

點(diǎn)評(píng):該同學(xué)取蛋黃時(shí),巧妙利用了大氣壓的知識(shí)．動(dòng)手能力強(qiáng),冰淇淋成品色香味俱佳．經(jīng)歷自制過程,不僅觀察到了物態(tài)變化的現(xiàn)象,更品嘗到了創(chuàng)造的樂趣．在家人的分享中,學(xué)生收獲了贊揚(yáng),強(qiáng)化了物理學(xué)習(xí)的興趣和家庭環(huán)境的支持．

圖2 冰淇淋的制作過程

2.4 研究不同液體的冷凍情況

(1) 探究的問題.

① 在4個(gè)透明的杯子中分別裝入等量(約100mL)的水、牛奶、糖水、食鹽水,然后將它們放入冷凍室內(nèi)．每隔一定時(shí)間打開電冰箱觀察液體的狀態(tài),它們的凝固點(diǎn)是否相同?

② 再用不同濃度的食鹽水進(jìn)行實(shí)驗(yàn),食鹽水的凝固點(diǎn)與其濃度有什么關(guān)系?

(2) 收集的證據(jù)如表6、7所示.

表6 不同液體在冷凍過程中的狀態(tài)變化

結(jié)論①: 水的凝固點(diǎn)>糖水凝固點(diǎn)>鹽水凝固點(diǎn)>牛奶凝固點(diǎn)．

表7 不同濃度液體在冷凍過程中的狀態(tài)變化

結(jié)論②: 鹽的濃度會(huì)影響水的凝固點(diǎn);濃度越高,凝固點(diǎn)越低．

(3) 困惑交流.

思考①: 能根據(jù)固態(tài)物質(zhì)多少或開始凝固所需時(shí)間,比較凝固點(diǎn)的高低嗎?

在粗略研究中,可以認(rèn)為上述液體降溫速度大致相當(dāng),先開始凝固的液體,說明其凝固點(diǎn)較高,一段時(shí)間后,其凝固成的固態(tài)物質(zhì)也較多．

思考②: 怎樣測(cè)出不同液體的凝固點(diǎn)?

這是學(xué)生普遍反映的困惑,即在冷凍室難以測(cè)量液體的凝固點(diǎn)．這個(gè)難點(diǎn)被少數(shù)學(xué)生解決了,方法有2種:一是改進(jìn)測(cè)量工具,使用電子式的溫度計(jì),待固液共存時(shí)直接測(cè)量表面溫度;二是待固液共存時(shí)取出小杯,在室內(nèi)測(cè)量其熔化溫度．

方法1操作簡(jiǎn)便,但所測(cè)溫度為液表溫度,受冷凍室內(nèi)環(huán)境溫度影響,所測(cè)凝固點(diǎn)明顯偏低．方法2測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確,運(yùn)用了轉(zhuǎn)化思想,同一晶體的凝固點(diǎn)與熔點(diǎn)相等,表明該學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)知達(dá)到了遷移應(yīng)用的較高層次．

3 表達(dá)與評(píng)價(jià)

3.1 研究成果的匯報(bào)答辯

學(xué)生在實(shí)踐過程中,用手機(jī)對(duì)關(guān)鍵步驟或現(xiàn)象拍照,及時(shí)記錄觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和收集的測(cè)量數(shù)據(jù),用所學(xué)知識(shí)對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行解釋,分析并論證所得到的結(jié)論．此外,將意外的發(fā)現(xiàn)或難以解釋的困惑也一并記錄．最后制做PPT,面向全班同學(xué)做綜合實(shí)踐活動(dòng)匯報(bào)．這個(gè)過程全面鍛煉了學(xué)生收集信息、加工信息和表達(dá)信息的能力,對(duì)提升研究素養(yǎng)大有裨益．

在聽取同學(xué)匯報(bào)時(shí),其他同學(xué)聯(lián)系自己在實(shí)踐中遇到的困難,記錄本研究的突出亮點(diǎn)、不足與改進(jìn)建議．待同學(xué)匯報(bào)結(jié)束后,其他同學(xué)可以舉手提問,匯報(bào)的同學(xué)做出相應(yīng)回答．答辯環(huán)節(jié)的設(shè)置,可以確保全班同學(xué)養(yǎng)成傾聽的良好習(xí)慣和質(zhì)疑的批判性思維,更可以促使學(xué)生在實(shí)踐時(shí)深入思考,充分預(yù)設(shè)學(xué)生們可能提出的問題,提前加以準(zhǔn)備或探究．這個(gè)環(huán)節(jié)往往能生成新的問題,使探究活動(dòng)得以延伸,更接近真實(shí)的科學(xué)研究過程．比如,有學(xué)生提出:電冰箱的冷凝器是怎樣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫控的?影響液體凝固點(diǎn)的微觀實(shí)質(zhì)是什么?盡管這些問題暫時(shí)無法得到滿意的答案,但我們相信,這些新問題就像一粒粒埋在土壤里的種子,終將破土而出,開花結(jié)果．

3.2 綜合實(shí)踐活動(dòng)的評(píng)價(jià)

綜合實(shí)踐活動(dòng)的評(píng)價(jià),在內(nèi)容上要著眼于實(shí)踐的過程,在形式上宜采用質(zhì)性評(píng)價(jià),在主體上要賦予學(xué)生評(píng)價(jià)權(quán)．以本次綜合實(shí)踐活動(dòng)為例,將評(píng)價(jià)表(見表8)下發(fā)給班級(jí)里的學(xué)習(xí)小組,小組商議后填寫評(píng)價(jià)表．

評(píng)價(jià)維度主要出于以下考慮:研究的廣度是為了引導(dǎo)學(xué)生廣泛開展研究,充分利用各種資源,延展學(xué)習(xí)的邊界;實(shí)踐的深度是為了保障研究的品質(zhì),使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的研究習(xí)慣;匯報(bào)的效度是為了讓學(xué)生意識(shí)到成果表達(dá)的重要性,發(fā)展書面表達(dá)和口頭交流的能力．

最終根據(jù)學(xué)生小組的評(píng)價(jià)結(jié)果,教師對(duì)綜合實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié),對(duì)學(xué)生存在的共性問題給出解答或建議,并對(duì)表現(xiàn)突出的學(xué)生個(gè)人或小組予以獎(jiǎng)勵(lì)．需要說明的是,可根據(jù)不同綜合實(shí)踐活動(dòng)的類型及目標(biāo)指向,靈活設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)表,充分發(fā)揮評(píng)價(jià)的激勵(lì)和導(dǎo)向作用．

結(jié)語:綜合實(shí)踐活動(dòng)是基于物理知識(shí)和科學(xué)方法的項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng),經(jīng)歷全程的探究和設(shè)計(jì),有利于學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的理解,提升科學(xué)探究能力,有利于學(xué)生對(duì)技術(shù)的理解,提升技術(shù)設(shè)計(jì)的能力．綜合實(shí)踐活動(dòng)的開放性強(qiáng),為學(xué)生自主選擇和創(chuàng)新提供了更廣闊的空間,有利于發(fā)展學(xué)生的個(gè)性特長(zhǎng)和增加學(xué)生合作的意識(shí)和能力．總之,物理綜合實(shí)踐活動(dòng)是一種很好的教學(xué)形式,值得教師們做更多的實(shí)踐研究．

表8 綜合實(shí)踐活動(dòng)評(píng)價(jià)表