吳麗萍

(福建省邵武市實(shí)驗(yàn)中學(xué)，福建 邵武 354000)

物理中的項(xiàng)目學(xué)習(xí)就是對(duì)一個(gè)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中即將完成的教學(xué)目標(biāo),在一定時(shí)間內(nèi),以學(xué)生認(rèn)知為基礎(chǔ)、對(duì)探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有意義建構(gòu)、促進(jìn)學(xué)生知識(shí)和技能遷移,以及適合終身學(xué)習(xí)的核心素養(yǎng)．[1]“自制簡(jiǎn)易密度計(jì)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是蘇科版教材為學(xué)生提供的一項(xiàng)特別的項(xiàng)目學(xué)習(xí)綜合實(shí)踐活動(dòng).它在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用主要包括: (1) 安排綜合實(shí)踐不只是發(fā)展學(xué)生知識(shí),更多的是關(guān)注學(xué)習(xí)能力、獲取知識(shí)能力、使用先進(jìn)工具的能力、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能力、運(yùn)用科學(xué)方法解決問(wèn)題的能力、表達(dá)問(wèn)題和自己觀點(diǎn)的能力、參與社會(huì)活動(dòng)適應(yīng)社會(huì)生活的能力; (2) 體現(xiàn)從生活走向物理,從物理走向社會(huì),貼近學(xué)生生活,符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn),激發(fā)并保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)和探索掌握物理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能,并能將其運(yùn)用于實(shí)踐; (3) 課內(nèi)綜合與課外實(shí)踐相結(jié)合,主要任務(wù)可以在課外通過(guò)個(gè)人或小組合作完成．

將“自制簡(jiǎn)易密度計(jì)”當(dāng)成項(xiàng)目學(xué)習(xí)來(lái)研究,對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是參與一個(gè)長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)任務(wù),要求他們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中扮演多種角色,通過(guò)探索,動(dòng)手、動(dòng)腦、知識(shí)應(yīng)用等參與實(shí)踐活動(dòng)中,將項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)作為課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有益補(bǔ)充,為多元評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)素養(yǎng)提供有效幫助．項(xiàng)目學(xué)習(xí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的特點(diǎn): (1) 所有項(xiàng)目都在有效培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦等綜合實(shí)踐素養(yǎng); (2) 每個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)都是獨(dú)立的,對(duì)學(xué)生如何參與實(shí)驗(yàn)是一個(gè)極大的幫助; (3) 實(shí)施項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)所給予學(xué)生的,不僅是將來(lái)做事所需要的知識(shí)和能力,而且可能就是學(xué)生將來(lái)所要做的事情本身,對(duì)學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)有一定的幫助．在此,筆者以蘇科版教材8年級(jí)下冊(cè)中“自制簡(jiǎn)易密度計(jì)”為例,在項(xiàng)目學(xué)習(xí)指引下,自制出的不同簡(jiǎn)易密度計(jì),刻度為什么有的均勻、有的不均勻．

1 自制桿秤密度計(jì)的刻度為什么是均勻的?

桿秤不僅可以稱量物體質(zhì)量,而且還可以利用桿秤自制桿秤密度計(jì),對(duì)于自制桿秤密度計(jì)的刻度是否均勻?筆者在閱讀《為什么桿秤刻度均勻、密度計(jì)刻度不均勻》[2]一文發(fā)現(xiàn):桿秤刻度均勻、密度計(jì)刻度不均勻．那么,根據(jù)自制桿秤密度計(jì),通過(guò)圖像并結(jié)合定量分析出自制桿秤密度計(jì)的刻度是否均勻?

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo).通過(guò)自制桿秤密度計(jì),讓學(xué)生應(yīng)用杠桿平衡條件等知識(shí)進(jìn)行動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn),學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)和科學(xué)探究方法,并提高分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力．

實(shí)驗(yàn)器材： 輕質(zhì)杠桿、物體M、空桶、玻璃容器、細(xì)線等.

圖1

實(shí)驗(yàn)方法： 將密度刻度線刻在杠桿上,如圖1所示,制作時(shí),先確定密度秤的零點(diǎn)位置.具體方法為:在玻璃容器中無(wú)液體時(shí),改變物體M懸掛點(diǎn)B的位置,當(dāng)杠桿在水平位置平衡時(shí)B點(diǎn)的位置即為零刻度線,即利用杠桿平衡條件F1l1=F2l2，可得G容器·OA=GM·OB,這時(shí)的B點(diǎn)即為此杠桿沒(méi)有測(cè)任何液體時(shí)的零點(diǎn)位置．

然后再確定其它的刻度線,具體方法為:在測(cè)量液體的密度時(shí),只要將被測(cè)液體倒?jié)M(即利用不同液體體積相等)玻璃容器,然后移動(dòng)物體M位置至杠桿上的B′位置,使杠桿在水平位置平衡,再利用杠桿平衡條件F1l1=F2l2，可得(G容器+G液)·OA=GM·OB′,此時(shí)物體M懸掛處的刻度線B′位置就是被測(cè)液體的密度值．

ρ液=k·l.

(1)

圖2

實(shí)驗(yàn)評(píng)估.通過(guò)對(duì)“自制桿秤密度計(jì)的刻度為什么是均勻的”進(jìn)行分析,使學(xué)生在自主探究實(shí)驗(yàn)方面的核心素養(yǎng)有很大的收獲,具體通過(guò)以下幾點(diǎn)對(duì)自制桿秤密度計(jì)刻度進(jìn)行評(píng)估: (1) 自制桿秤密度計(jì)的輕質(zhì)杠桿雖然很輕,但是也存在重力,其重力對(duì)自制桿秤密度計(jì)的刻度標(biāo)注的方法和結(jié)果產(chǎn)生影響.(2) 在將待測(cè)液體輕輕導(dǎo)入玻璃容器中,調(diào)節(jié)物體M在杠桿上的位置時(shí),液體可能會(huì)灑出,影響桿秤密度計(jì)測(cè)量結(jié)果.(3) 在自制桿秤密度計(jì)上標(biāo)注刻度的方法很多:可以用記號(hào)筆在桿秤上標(biāo)出;也可以先用筆在細(xì)長(zhǎng)的紙條上標(biāo)上刻度,做好標(biāo)有刻度的細(xì)長(zhǎng)紙條,用透明膠帶粘貼在桿秤上.(4) 自制桿秤密度計(jì)是否可以測(cè)量所有液體的密度?如果液體的密度過(guò)小或過(guò)大,簡(jiǎn)易的密度計(jì)還是否可以使用?是否會(huì)存在誤差?怎樣減小測(cè)量結(jié)果誤差,使測(cè)量結(jié)果更精確等.

實(shí)驗(yàn)總結(jié).因?yàn)樽灾茥U秤密度計(jì)測(cè)量的液體密度ρ液與杠桿刻度線長(zhǎng)度l(即OB′-OB)之間成正比關(guān)系,所以自制桿秤密度計(jì)的刻度是均勻的．

解決問(wèn)題.

圖3

如圖3是自制桿秤密度計(jì)的刻度線,水的刻度線(1.0)與零刻度線之間的距離為4 cm,則酒精的刻度線(0.8)與水刻度線之間的距離為_(kāi)_______cm．

利用ρ液=k·l可以解決問(wèn)題,即

1.0 g/cm3=k·4 cm，

0.8 g/cm3=k·l酒精cm,

即l酒精=3.2 cm,所以酒精的刻度線(0.8)與水刻度線(1.0)之間的距離為Δl=4 cm-3.2 cm=0.8 cm．

拓展創(chuàng)新.對(duì)自制桿秤密度計(jì)刻度的刻畫(huà)方式進(jìn)行拓展創(chuàng)新.自制桿秤密度計(jì)不僅可以在杠桿上直接讀出密度值,而且還可以將密度刻度線在玻璃容器壁上.這種方法是將自制桿秤密度計(jì)上的讀數(shù)值轉(zhuǎn)化到玻璃容器上進(jìn)行讀數(shù)．

圖4

具體制作方法如圖4所示,制作時(shí),先確定水的刻度線,即在玻璃容器中倒入適量的水,移動(dòng)物體M,杠桿在水平位置平衡時(shí),在玻璃容器壁的水面處刻上水的密度值1.0;在確定其它的刻度線時(shí),懸掛點(diǎn)B的位置應(yīng)固定不變(以后不能移動(dòng)物體M).

此時(shí)再根據(jù)杠桿平衡條件F1l1=F2l2，可得容器中倒入水,G容器·OA+G水·OA=GM·OB，容器中倒入液體,G容器·OA+G液·OA=GM·OB將以上兩式化簡(jiǎn)得,G液=G水,即ρ液·h液=ρ水·h水，所以

(2)

(由于先確定好水的深度,即h水是一個(gè)定值)

設(shè)k=ρ水·h水(保持不變),所以

現(xiàn)在進(jìn)入細(xì)節(jié)。II.-6:104將代理制度建立在授權(quán)行為(authority)上，后者為其基礎(chǔ)與內(nèi)容，這是因?yàn)樗砻髁吮淮砣耸谟枇硪幻黧w(代理人)以權(quán)力在第三人面前代理自己，并且確立了此等權(quán)力的界限。授權(quán)行為既可明示也可默示(II.-6:103[2])，所有為了代理目的的實(shí)現(xiàn)而為的配套行為亦包含在內(nèi)(II.-6:104[2])，從而避免對(duì)代理人的權(quán)力作過(guò)于繁瑣與細(xì)致的規(guī)定。這個(gè)條文沿襲的是《日內(nèi)瓦公約》第9條第1款和第2款，以及《國(guó)際商事合同通則》第2.2.2條。

(3)

(4)

表1 不同液體密度與浸入深度的關(guān)系

圖5

(1) 自制桿秤密度計(jì)在玻璃容器壁上為什么沒(méi)有零刻度線?

規(guī)律總結(jié):這種在玻璃容器壁上刻畫(huà)密度值的自制桿秤密度計(jì),和量筒、量杯一樣,都是沒(méi)有零刻度線的．

(2) 自制桿秤密度計(jì)在玻璃容器壁上的刻度為什么是不均勻的?

根據(jù)對(duì)圖5中h液-ρ液圖像進(jìn)行分析.如圖6所示,在圖像上依次做出ρ1=0.8 g/cm3，ρ2=0.9 g/cm3，ρ3=1.0 g/cm3，ρ4=1.1 g/cm3，ρ5=1.2 g/cm3的對(duì)應(yīng)h值.從圖像可以看出,ρ液在0.8～0.9 g/cm3之間時(shí)刻度間距為Δh1;ρ液在0.9～1.0 g/cm3之間時(shí)刻度間距為Δh2;ρ液在1.0～1.1 g/cm3之間時(shí)刻度間距為Δh3;ρ液在1.1～1.2 g/cm3之間時(shí)刻度間距為Δh4;因?yàn)棣1>Δh2>Δh3>Δh4,所以自制桿秤密度計(jì)在玻璃容器壁上的刻度是不均勻的,玻璃容器壁上面的刻度對(duì)應(yīng)的密度值小,下面的刻度對(duì)應(yīng)的密度值大,且越往上刻度線越稀疏,越往下刻度線越密集,即上小下大,上疏下密,刻度不均勻．

規(guī)律總結(jié):在h液-ρ液函數(shù)圖像中,由于h液與ρ液成反比(見(jiàn)式3),因此,自制桿秤密度計(jì)在玻璃容器壁上的刻度是不均勻的．

圖6

(3) 自制桿秤密度計(jì)在玻璃容器壁上的刻度線過(guò)密,要使兩條刻度線之間的距離變大一些,以使測(cè)量結(jié)果更精確,應(yīng)該怎么辦?

首先根據(jù)上面推導(dǎo)式(2)變形得

(5)

設(shè)玻璃容器內(nèi)存水ρ水=1.0 g/cm3時(shí),水面到容器底之間的距離為H，則

(6)

可以根據(jù)推導(dǎo)出的Δh的關(guān)系式分析,如何提高密度測(cè)量結(jié)果的精確度．

規(guī)律總結(jié):由推導(dǎo)式(6)可以看出:當(dāng)待測(cè)液體密度ρ液一定時(shí),要想增加玻璃容器壁上兩條刻度線之間的距離Δh,可以適當(dāng)增加水的深度H,不過(guò)要提醒的是,兩條刻度線之間的距離h與玻璃容器的形狀及其底面積S等無(wú)關(guān)．

2 項(xiàng)目學(xué)習(xí)下自制簡(jiǎn)易密度計(jì)的案例評(píng)析

如圖7所示是項(xiàng)目學(xué)習(xí)下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的流程圖,以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為載體,同時(shí)滲透項(xiàng)目學(xué)習(xí)的思想方法,讓學(xué)生通過(guò)自主探究實(shí)驗(yàn),將這些方法遷移到自己日常生活之中,進(jìn)而促進(jìn)核心素養(yǎng)和自主探究的相輔相成、相互促進(jìn)．

圖7

情境創(chuàng)設(shè)是以形象為主體的生動(dòng)具體的情景,以引起學(xué)生一定的態(tài)度體驗(yàn),激發(fā)學(xué)生的情感,從而幫助學(xué)生理解教材,并使學(xué)生的心理機(jī)能得到發(fā)展的教學(xué)方法．[3]因此,情境創(chuàng)設(shè)的核心是激發(fā)學(xué)生情感的基礎(chǔ)上提高認(rèn)知能力,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案,引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題或生成新的問(wèn)題,有助于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的組織和目標(biāo)的落實(shí)．

例1.小柯在一根一端密封的空心玻璃管下端繞上一段細(xì)鐵絲,制成一支自制密度計(jì),用它來(lái)測(cè)量液體密度,測(cè)量過(guò)程中杯內(nèi)液體總量沒(méi)有變化.

(1) 當(dāng)密度計(jì)在杯中漂浮時(shí),液面高度在A處(如圖8甲),使用中,小柯發(fā)現(xiàn)細(xì)鐵絲很容易滑落,于是他改變這段細(xì)鐵絲的形狀,并把鐵絲置于玻璃管內(nèi),再次測(cè)量同一杯液體密度(如圖8乙),杯中液面將________(填“上升”、“下降”或“仍在A處”)．

圖8

(2) 小柯突然發(fā)現(xiàn)密度計(jì)相鄰兩刻度線之間的距離太小,導(dǎo)致用此密度計(jì)測(cè)量液體密度時(shí)誤差較大,為此同學(xué)們提出了如下改進(jìn)方案,其中可行的是

(A) 換大的容器做實(shí)驗(yàn).

(B) 換細(xì)的吸管制作密度計(jì).

(C) 換稍長(zhǎng)的吸管制作密度計(jì).

(D) 適當(dāng)減小密度計(jì)的配重.

答案：本題中出現(xiàn)的兩個(gè)情境是制作簡(jiǎn)易的密度計(jì)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題,理解簡(jiǎn)易的密度計(jì)原理將會(huì)使問(wèn)題更加簡(jiǎn)單,如無(wú)論細(xì)鐵絲置于玻璃管內(nèi)何處位置,密度計(jì)漂浮在液面上的浮力不變,所以它在液面中位置不變．

3 總結(jié)

“項(xiàng)目學(xué)習(xí)下自制簡(jiǎn)易密度計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)”不僅僅是讓學(xué)生獲得知識(shí),更重要的是提升“自我生長(zhǎng)”的核心素養(yǎng)能力,在蘇科版教材設(shè)計(jì)和編寫(xiě)綜合實(shí)踐活動(dòng)中,不斷采用“浸潤(rùn)式”的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,引導(dǎo)學(xué)生從“知識(shí)”走向“智慧”、從重視綜合實(shí)踐活動(dòng)中“知識(shí)”到進(jìn)行“實(shí)驗(yàn)”、再到“實(shí)踐”、最好回到“實(shí)驗(yàn)教學(xué)”的往復(fù)循環(huán)過(guò)程,[5]可以將培養(yǎng)學(xué)生終生學(xué)習(xí)的核心素養(yǎng)目標(biāo)落到實(shí)處,從而為學(xué)生的畢生造血和終身發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)．