張燕

摘 ?要 物理教學(xué)中的特殊測(cè)量，有時(shí)看起來無法解答，摸不著頭腦，可當(dāng)轉(zhuǎn)變思維，又會(huì)發(fā)現(xiàn)特殊測(cè)量竟是如此簡(jiǎn)單。這就是應(yīng)試教育下學(xué)生核心素養(yǎng)缺失的表現(xiàn)。特殊測(cè)量是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的一種途徑，需要在平時(shí)教學(xué)中不斷培養(yǎng)，不僅可以幫助學(xué)生解決常規(guī)性問題，還能有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的進(jìn)一步提升，為每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)與成長(zhǎng)保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞 特殊測(cè)量;核心素養(yǎng);物理;建構(gòu)主義;科學(xué)思維

中圖分類號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）15-0078-03

0 ?引言

核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，正如德國物理學(xué)家勞厄所說，是教給學(xué)生能夠獨(dú)立解決問題的能力，是在學(xué)習(xí)的知識(shí)被忘記之后剩下來的具體獨(dú)立完成問題的本領(lǐng)。這是一種高層次認(rèn)知水平下綜合性解決問題的能力，是核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學(xué)習(xí)物理應(yīng)當(dāng)具備的科學(xué)思維方法。因此，在物理教學(xué)過程中不僅需要關(guān)注學(xué)生的知識(shí)與技能，而且更應(yīng)該關(guān)注學(xué)生的科學(xué)思維、解決問題的能力、處理生活化問題的本領(lǐng)，這是《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中核心素養(yǎng)的核心部分[1]。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上關(guān)注一些特殊測(cè)量，可以進(jìn)一步鞏固基本實(shí)驗(yàn)，還能有效改變物理課程教學(xué)過程中過于強(qiáng)調(diào)題海戰(zhàn)術(shù)、機(jī)械訓(xùn)練、刷題等不良現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生在核心素養(yǎng)的指引下獲得解決特殊測(cè)量物理量的思維方法，提升學(xué)生主動(dòng)解決物理測(cè)量問題的能力，激發(fā)其物理學(xué)習(xí)的興趣。

1 ?建構(gòu)主義理論下特殊測(cè)量思維方法的培養(yǎng)

建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)：“由人建構(gòu)起來的知識(shí)和意義不會(huì)獨(dú)立存在，是以人原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)對(duì)新知識(shí)進(jìn)行有意義的建構(gòu)?！盵2]這就決定了建構(gòu)主義理論下特殊測(cè)量思維方法的培養(yǎng)是以學(xué)生為核心，以學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位為基本出發(fā)點(diǎn)，建構(gòu)在特殊測(cè)量過程中的思維方法的培養(yǎng)。同時(shí)，對(duì)特殊測(cè)量過程提出一些有創(chuàng)造性的思想，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、建構(gòu)性、情境性、社會(huì)性。因此，教師在備課過程中不僅要備知識(shí)與技能，更應(yīng)關(guān)注學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以此為基礎(chǔ)，利用建構(gòu)主義理論進(jìn)行授課。

針對(duì)上述對(duì)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀的理解，結(jié)合教學(xué)一線工作經(jīng)驗(yàn)，筆者歸納出圖1所示特殊測(cè)量過程中思維方法的培養(yǎng)途徑，具體實(shí)施方法如下。

1）測(cè)量技能：注重在實(shí)際情境中以學(xué)生為中心進(jìn)行教學(xué)，防止思維定式。

2）智慧技能：關(guān)注情境教學(xué)，注重協(xié)作學(xué)習(xí)，提倡建構(gòu)主義教學(xué)理論在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用。

3）認(rèn)知策略：關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知過程，為測(cè)量提供充分的資源，讓學(xué)生自我探索，總結(jié)特殊測(cè)量的思維方法。

2 ?核心素養(yǎng)下培養(yǎng)學(xué)生特殊測(cè)量的思維方法

2.1 ?測(cè)量技能：換個(gè)方法思考問題，防止思維定式

在對(duì)部分物理量進(jìn)行特殊測(cè)量時(shí)，如密度、浮力、電阻等，一時(shí)很難找到解決問題的辦法，需要打破常規(guī)思路，綜合利用學(xué)科間知識(shí)進(jìn)行解決，防止思維只停留在原地而不綜合考慮問題，這是因?yàn)檎麄€(gè)物理知識(shí)好像一棟大樓，任何一點(diǎn)都是相互聯(lián)系、相互制約、相互影響的。

【例1】（2019·邗江一模）為了測(cè)量酸奶密度，器材為量筒和天平（圖2）。

1）測(cè)量前天平調(diào)節(jié)：在水平桌面上，將游碼歸零，指針處在分度盤中線左側(cè)，使平衡螺母向______調(diào)，使天平橫梁平衡。

2）測(cè)量空燒杯質(zhì)量30 g，酸奶倒入燒杯測(cè)量總質(zhì)量（圖2乙），則總質(zhì)量為m1=______g。由于酸奶不透明黏稠，易粘在筒壁上，在將酸奶部分倒入量筒中時(shí)誤差較大，于是用圖2丙所示針筒抽取5 ml酸奶，用天平測(cè)出燒杯和剩余酸奶的總質(zhì)量m2=57.6 g，則酸奶密度______kg/m3。在此過程中發(fā)現(xiàn)針筒測(cè)體積的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是______________________________________________________。

3）問題發(fā)現(xiàn)：針筒尖端還是有一點(diǎn)點(diǎn)小的空隙，這樣測(cè)量體積的話，會(huì)導(dǎo)致密度測(cè)量比真實(shí)值 ? ? ?（偏大/偏小/不變）。

方法改進(jìn)：將抽滿酸奶的一小部分再退回?zé)?dāng)中，再測(cè)量燒杯與剩余酸奶質(zhì)量為m3，記下此時(shí)_________，則酸奶密度表達(dá)式：______________________________________________________。

【解析】

1）測(cè)量前天平調(diào)節(jié)。在水平桌面上，將游碼歸零，指針處在分度盤中線左側(cè)，使平衡螺母向右調(diào)，使天平橫梁平衡。

2）天平質(zhì)量測(cè)量方法。根據(jù)題意，m1=63 g、m2=57.6 g，

則被吸在針筒中的酸奶質(zhì)量m=m1-m2=63 g-57.6 g=5.4 g，則酸奶密度。在此過程中發(fā)現(xiàn)針筒測(cè)體積的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是針筒比量筒測(cè)量體積更精確（針筒的分度值更小）。

3）問題發(fā)現(xiàn)。針筒尖端還是有一點(diǎn)點(diǎn)小的空隙，這樣測(cè)量體積的話，會(huì)使測(cè)量體積偏小，密度偏大，于是對(duì)此方法改進(jìn)：將抽滿酸奶的一小部分再退回?zé)?dāng)中，再測(cè)量燒杯與剩余酸奶質(zhì)量為m3，酸奶對(duì)應(yīng)的體積為v，則酸奶對(duì)應(yīng)的質(zhì)量為m1=m3-m2，體積v1=5-v，密度表達(dá)式為。

【答案】

1）右

2）63;1.08×103;分度值小，測(cè)量精確

3）偏大;針筒中酸奶對(duì)應(yīng)的體積v;（m3-m2）/（5-v）或（m3-57.6）/（5-v）（單位可不帶入）

【思維方法】還有一種測(cè)量可溶于水的物質(zhì)的密度，關(guān)鍵是測(cè)量其體積。如果這種物質(zhì)是像細(xì)砂糖那樣比較細(xì)小的，可以直接將其放進(jìn)量筒并搖勻，就可以直接讀出體積。如果這種物質(zhì)是像冰糖那樣稍微大點(diǎn)兒的，則先在量筒中放入與其互不相溶的物質(zhì)（如細(xì)砂糖、面粉等）并搖勻，記下體積v1;然后將其埋入量筒中的物質(zhì)中并搖勻，記下體積v2;最后利用差值法（v=v2-v1）計(jì)算體積?？傊褪遣荒苁惯@樣的物質(zhì)與水相溶求體積。

2.2 ?智慧技能：以退為進(jìn)，更換思維方式，防止錯(cuò)誤認(rèn)知占主導(dǎo)

羅丹曾經(jīng)說過：生活中不是缺少美，而是缺少發(fā)現(xiàn)美的眼睛。特殊測(cè)量就是解決問題的科學(xué)思維[3]，是核心素養(yǎng)的重要部分。如在應(yīng)用某種規(guī)律或思路測(cè)量某一物理量而得不到解決時(shí)，先前錯(cuò)誤認(rèn)知占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致整個(gè)思路出現(xiàn)暫時(shí)停滯不前，這時(shí)就不要“一條道走到黑”，應(yīng)避免思維定式，要換個(gè)角度思考問題，這樣就可以輕松解答，從而防止建構(gòu)出錯(cuò)誤的測(cè)量方法。

【例2】（2020·江蘇揚(yáng)州）某學(xué)習(xí)小組利用空礦泉水瓶、燒杯、量筒、剪刀、記號(hào)筆、細(xì)線和足量的水（已知水的密度為ρ水）測(cè)量一塊小礦石的密度，實(shí)驗(yàn)過程如下。

（1）實(shí)驗(yàn)步驟：

A.向量筒中加入適量的水，記下體積v1（圖3甲）;

B.燒杯中注入適量的水，將石塊放入剪下的礦泉水瓶?jī)?nèi)，使礦泉水瓶漂浮在燒杯中，并用記號(hào)筆在燒杯上標(biāo)記此時(shí)液面的位置（圖3乙）;

C.取出礦泉水瓶，將量筒中的水緩慢倒入燒杯至________，

量筒中剩余水的體積v2（圖3丙）;

D.再用細(xì)線拴住小礦石緩慢放入量筒中，此時(shí)總體積v3（圖3?。?/p>

（2）小礦石的密度表達(dá)式ρ= ________________（用題中物理量符號(hào)表示）;

（3）…

【解析】密度測(cè)量原理，本題更換思維方式，利用浮力知識(shí)測(cè)量小石塊密度?？梢詫⑿∈瘔K先漂浮在水面上，再取出礦泉水瓶?jī)?nèi)的小礦石，水減少的體積即為小礦石排開水的體積，v排=v1-v2，G礦石=F浮=ρ水gv排=ρ水g（v1-v2），即m礦石=ρ水（v1-v2）。將取出的小礦石用細(xì)線拴住輕輕放入量筒中，可測(cè)量出小礦石的體積為v礦石=v3-v2，因此，小礦石的密度為。

【思維方法】以退為進(jìn)、變換思維的核心就是換個(gè)思路去考慮問題，是發(fā)散性思維到集中思維的科學(xué)轉(zhuǎn)變，是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的有效途徑之一，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維有較好的幫助。

2.3 ?認(rèn)知技能：注重過程，聯(lián)系定律與規(guī)律，防止錯(cuò)誤認(rèn)知現(xiàn)象的發(fā)生

有些特殊測(cè)量看似簡(jiǎn)單卻不易下手，相似而又有區(qū)別，對(duì)于這類問題的解決需要注意聯(lián)系學(xué)習(xí)過的知識(shí)與規(guī)律，對(duì)比異同，正確識(shí)別解決問題的關(guān)鍵，促進(jìn)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的正遷移，防止負(fù)遷移。伏安法測(cè)電阻及電功率是電學(xué)教學(xué)的兩個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，原理簡(jiǎn)單，易于接受，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都需要利用滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)來改變電路中的電流及電阻電壓，此時(shí)電阻電壓變化量與電流變化量分別為ΔU、ΔI，則電阻為，但不可以就此推導(dǎo)出電功率變化量一定為ΔP=ΔU×ΔI，其實(shí)應(yīng)該是ΔP=P1-P2。

【例3】（2016·南充）電路如圖4所示，電壓不變，R2、R3為定值電阻，滑動(dòng)變阻器為R1。閉合開關(guān)S后，當(dāng)滑片P由a向b滑動(dòng)的過程中，電壓表V1、V2的示數(shù)變化量分別為ΔU1、ΔU2，電流表的示數(shù)變化量為ΔI。則下列判斷中正確的是（ ? ? ）

A.ΔU1=ΔU2

B.電壓表V1的示數(shù)和電流表A的示數(shù)均變大，電壓表V2的示數(shù)變小

C.

D.R1和R2消耗的總功率變化了ΔU2·ΔI

【解析】本實(shí)驗(yàn)是動(dòng)態(tài)電路中常見物理量的變化問題探討。首先分析電路圖可知：R1、R2、R3串聯(lián)，電壓表V1測(cè)量R1、R2電壓，電壓表V2測(cè)量R2、R3電壓，電流表測(cè)量串聯(lián)電路電流。閉合開關(guān)S后，當(dāng)滑片P由a向b滑動(dòng)的過程中，滑動(dòng)變阻器R1電阻變大，根據(jù)串聯(lián)電路分電壓原理

可知：電壓變化量ΔU1（R1所對(duì)應(yīng)的）等于變化量ΔU2+3（R2、R3所對(duì)應(yīng)的電壓），即ΔU1R=ΔU2+3;在滑片P向右移動(dòng)過程中，R1電阻變大，R1+R2電阻變大，即電壓表V1的示數(shù)變大，電流表A的示數(shù)變小，由U2+3=

I（R2+R3）可知電壓表V2的示數(shù)變小。

R1和R2消耗的總功率變化為：

【思維方法】在電學(xué)學(xué)習(xí)過程中需要注意兩條規(guī)律，即串聯(lián)電路的分壓原理，并聯(lián)電路的分流原理，

利用這些規(guī)律可以解決電學(xué)測(cè)量中部分復(fù)雜、不易理解的問題，使測(cè)量問題簡(jiǎn)單化。

3 ?結(jié)束語

總之，在核心素養(yǎng)指引下培養(yǎng)學(xué)生特殊測(cè)量的科學(xué)思維，需要讓學(xué)生獲得特殊測(cè)量的方法，更重要的是掌握特殊測(cè)量的思維方法，讓學(xué)生不僅會(huì)測(cè)量，更重要的是獲得解決物理問題的能力[4]，可以將培養(yǎng)學(xué)生會(huì)特殊測(cè)量的科學(xué)思維方法落到實(shí)處，進(jìn)而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：人民教育出版社，2011.

[2]張建偉，陳琦.從認(rèn)知主義到建構(gòu)主義[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），1996（4）：75-82.

[3]侯中柱.對(duì)“想當(dāng)然”命題的幾點(diǎn)實(shí)踐性思考[J].物理教師，2016（6）：36-39.

[4]應(yīng)發(fā)寶，田瑋.管窺物理科學(xué)（思維）方法的教育[J].物理教學(xué)，2017（2）：2-6，45.