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        任務(wù)引領(lǐng),問(wèn)題驅(qū)動(dòng)

        2023-06-07 17:55:30唐建華
        關(guān)鍵詞:初中物理

        唐建華

        摘 要:中考一輪復(fù)習(xí)不僅要幫助學(xué)生將有所遺忘的知識(shí)回憶起來(lái),還要幫助學(xué)生將知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化,建立知識(shí)網(wǎng),形成科學(xué)的思維方法?!百|(zhì)量和密度”中考一輪復(fù)習(xí),通過(guò)組合實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境,通過(guò)一系列問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)生完成“用天平制作液體密度秤”的核心任務(wù)。此外,問(wèn)題的設(shè)置是以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為抓手的,而在問(wèn)題解決中重視了學(xué)生思維的訓(xùn)練。

        關(guān)鍵詞:初中物理;中考一輪復(fù)習(xí);問(wèn)題驅(qū)動(dòng);核心任務(wù)

        *

        本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度立項(xiàng)課題“基于‘問(wèn)題導(dǎo)向’的中學(xué)物理課堂教學(xué)模式的研究”(編號(hào):Ec/2018/13)的階段性研究成果。

        復(fù)習(xí)課要做到“溫故而知新”,但很多復(fù)習(xí)課只有“溫故”,而沒(méi)有“知新”——只是將以前學(xué)過(guò)的知識(shí)回憶起來(lái),沒(méi)有更深一步揭示知識(shí)間的聯(lián)系,沒(méi)有使學(xué)生對(duì)已熟悉的概念、規(guī)律理解得更全面、深刻,產(chǎn)生新的認(rèn)知。中考一輪復(fù)習(xí),不僅要幫助學(xué)生將所遺忘的知識(shí)回憶起來(lái),還要幫助學(xué)生將知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化,建立知識(shí)網(wǎng),形成科學(xué)的思維方法。對(duì)“質(zhì)量和密度”的中考一輪復(fù)習(xí),筆者開(kāi)展了相關(guān)教學(xué)探索。

        一、 教學(xué)過(guò)程

        對(duì)于“質(zhì)量和密度”,《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》的要求是“知道質(zhì)量的含義。會(huì)測(cè)量固體和液體的質(zhì)量”“通過(guò)實(shí)驗(yàn),理解密度。會(huì)測(cè)量固體和液體的密度。能解釋生活中與密度有關(guān)的一些物理現(xiàn)象”[1]。顯然,這部分內(nèi)容需要學(xué)生掌握的重要技能是稱量,需要學(xué)生理解的核心概念是密度。相關(guān)的中考一輪復(fù)習(xí)應(yīng)該如何開(kāi)展?筆者認(rèn)為,要突出“探究物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系”這一實(shí)驗(yàn),它是構(gòu)建密度概念的基礎(chǔ);還要有所拓展,提煉出知識(shí)背后的思想方法——比值定義法。據(jù)此,筆者設(shè)計(jì)了“利用無(wú)砝碼的天平制作一個(gè)密度秤,測(cè)量液體的密度”這一核心任務(wù),并通過(guò)一系列問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)生展開(kāi)復(fù)習(xí)。問(wèn)題如下:(1)有水和鹽水兩杯液體,有哪些方法能區(qū)分它們?(2)如何用無(wú)砝碼的天平、柱形杯子、注射器快速地區(qū)分水和鹽水?(3)如何用無(wú)砝碼的天平、柱形杯子、注射器測(cè)量鹽水的密度?(4)如何用相同體積比質(zhì)量的方法將天平制成密度秤?(5)如何用相同質(zhì)量比體積的方法將天平制成密度秤?具體的教學(xué)過(guò)程,圍繞這五個(gè)問(wèn)題展開(kāi)。

        (一) 區(qū)分水和鹽水

        師 (提出第一個(gè)問(wèn)題)有水和鹽水兩杯液體,有哪些方法能區(qū)分它們?

        生 可以嘗一口,咸的那杯液體是鹽水。

        師 嘗一口,是根據(jù)不同物質(zhì)的味道不同,味道是物質(zhì)的一個(gè)屬性。還有什么方法?

        生 看兩種液體的導(dǎo)電性,導(dǎo)電性強(qiáng)的液體是鹽水。

        生 測(cè)出兩種液體的密度,密度大的液體是鹽水。

        生 讓木塊分別漂浮在兩種液體上,其中木塊露出體積多的液體是鹽水。

        ……

        從本單元上位的概念“物質(zhì)的屬性”開(kāi)始,學(xué)生可以想到由兩種物質(zhì)的味道、導(dǎo)電性、密度的不同來(lái)區(qū)分。這是從大概念開(kāi)始復(fù)習(xí),讓學(xué)生通過(guò)具體的任務(wù)理解:無(wú)論通過(guò)味道、導(dǎo)電性還是密度來(lái)區(qū)分液體,實(shí)際上都是物質(zhì)的物理屬性不同。

        (二) 快速區(qū)分水和鹽水

        師 (提出第二個(gè)問(wèn)題)如何用無(wú)砝碼的天平、柱形杯子、注射器快速地區(qū)分水和鹽水?

        生 將兩個(gè)相同的柱形杯子放在天平的托盤中,通過(guò)調(diào)節(jié)平衡螺母使天平平衡,然后用注射器取相同體積的兩種液體,分別裝入兩個(gè)杯子,質(zhì)量大的液體是鹽水。

        生 還可以用注射器取相等質(zhì)量的兩種液體,體積小的液體是鹽水。

        師 以上是兩種比較物質(zhì)密度大小的方法:相同體積比質(zhì)量和相同質(zhì)量比體積。

        利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,讓問(wèn)題具有較強(qiáng)的挑戰(zhàn)性——無(wú)砝碼的天平意味著無(wú)法測(cè)量質(zhì)量。這引導(dǎo)學(xué)生理解密度概念。密度是反映物質(zhì)密集程度的物理量,其概念的產(chǎn)生是通過(guò)比較的方法得出的。而比較的方法有兩種:一是相同體積比質(zhì)量,質(zhì)量大的液體密度大,是鹽水;二是相同質(zhì)量比體積,體積小的液體密度大,是鹽水。液體質(zhì)量的比較可以通過(guò)天平實(shí)現(xiàn),體積的比較可以通過(guò)注射器實(shí)現(xiàn)。同時(shí),還引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)天平的使用,主要從操作的角度思考實(shí)驗(yàn)步驟。雖然天平無(wú)砝碼,但涉及天平如何調(diào)節(jié),包括天平的游碼怎樣使用、如何用水來(lái)替代砝碼等問(wèn)題。

        (三) 測(cè)量鹽水的密度

        師 (提出第三個(gè)問(wèn)題)如何用無(wú)砝碼的天平、柱形杯子、注射器測(cè)量鹽水的密度?

        生 將兩個(gè)杯子放在天平兩邊的托盤中,調(diào)節(jié)天平平衡。用注射器取等體積的鹽水和水,鹽水注入左盤杯子,水注入右盤杯子,然后向右移動(dòng)游碼使天平平衡。通過(guò)水的體積計(jì)算水的質(zhì)量,結(jié)合游碼示數(shù)得到鹽水的質(zhì)量,最后結(jié)合鹽水體積計(jì)算出鹽水的密度。

        師 這是利用相同體積比質(zhì)量的方法測(cè)得鹽水密度的。現(xiàn)在請(qǐng)大家利用該方法測(cè)量鹽水密度,然后交流。

        (學(xué)生探究。學(xué)生交流時(shí)發(fā)現(xiàn):無(wú)論取10mL鹽水和水,還是取20mL、30mL鹽水和水,測(cè)出的密度基本相等;鹽水的質(zhì)量與體積成正比,比值就是密度;兩種液體的體積相同時(shí),鹽水的質(zhì)量與水的質(zhì)量也成正比,比值就是鹽水和水的密度比。)

        生 還可以用注射器取等質(zhì)量的鹽水和水,將鹽水注入左盤杯子,將水注入右盤杯子,通過(guò)水的體積計(jì)算水的質(zhì)量,最后結(jié)合鹽水的體積,就能計(jì)算出鹽水的密度。

        這里,通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生從定性分析到定量計(jì)算出鹽水的密度,具有一定的難度和開(kāi)放性。學(xué)生需要深入思考前面提出的區(qū)分液體的方法,需要以兩種液體相同的物理量為基礎(chǔ),找出不同物理量的具體差異,以水為比較標(biāo)準(zhǔn),得出鹽水的密度。教學(xué)中,學(xué)生共想出兩種難度不同的方法,教師先讓學(xué)生介紹比較容易的一種方法(取相同體積)。這樣的安排貼合學(xué)生的思維水平,能讓學(xué)生形成系統(tǒng)的思維過(guò)程。讓學(xué)生具體實(shí)驗(yàn)時(shí),教師故意沒(méi)有對(duì)液體體積作出要求。學(xué)生測(cè)量時(shí),各小組取的鹽水的體積一般不同。這樣,學(xué)生交流時(shí)就能生成更多的學(xué)習(xí)資源。

        (四) 制作密度秤

        1. 用相同體積比質(zhì)量的方法

        師 (提出第四個(gè)問(wèn)題)如何用相同體積比質(zhì)量的方法將天平制成密度秤?

        (學(xué)生總結(jié)提煉方法。)

        師 既然是“秤”,我們還要考慮哪些問(wèn)題?

        生 測(cè)量原理。

        生 量程。

        ……

        師 取相等體積的鹽水和水,利用游碼最大是5g的天平制作密度秤,要求最大量程是1.25g/cm3,要取多少相等體積的鹽水和水?液體密度標(biāo)注在什么地方?小組討論后全班交流。

        生 液體的密度要標(biāo)注在游碼位置,因?yàn)樽蟊P放鹽水,右盤放等體積的水。鹽水的密度越大,其質(zhì)量相對(duì)于右盤的水就越大,游碼移動(dòng)得就越多,所以游碼移動(dòng)的位置能反映鹽水的密度。

        生 天平密度秤的最大量程是1.25g/cm3,要標(biāo)注在游碼最大位置5g上,而液體體積相等,液體質(zhì)量相差5g,則可以寫出表達(dá)式:ρ鹽 V=ρ水 V + 5g。當(dāng)ρ鹽=1.25g/cm3時(shí),能得出V=20cm3。

        師 天平左盤的鹽水和右盤的水都取20cm3。大家在天平游碼位置標(biāo)注液體密度,同時(shí)測(cè)出鹽水的密度,然后交流。

        (學(xué)生在學(xué)案上完成天平密度秤的標(biāo)注,結(jié)果如圖1所示。然后,利用此天平密度秤測(cè)出鹽水的密度。)

        這里,引導(dǎo)學(xué)生將之前測(cè)量鹽水密度的方法再抽象概括,思考如何制作液體密度秤。自然地,學(xué)生就要思考測(cè)量工具的原理、量程等問(wèn)題。為了讓學(xué)生聚焦對(duì)原理的思考,教師明確了要求,于是學(xué)生生發(fā)了別樣的精彩。

        2. 用相同質(zhì)量比體積的方法

        師 剛剛,我們探究了如何用相同體積比質(zhì)量的方法將天平制成密度秤,現(xiàn)在,我們繼續(xù)探究:(提出第五個(gè)問(wèn)題)如何用相同質(zhì)量比體積的方法將天平制成密度秤?

        生 要確保液體的質(zhì)量相等,不用移動(dòng)游碼。液體的體積用注射器來(lái)判斷的,液體的密度可以標(biāo)注在注射器上。為了方便計(jì)算和操作,我們需要兩個(gè)完全相同的注射器,用一個(gè)注射器先取10mL的鹽水放在左盤,再用另一個(gè)注射器取水放在右盤,調(diào)節(jié)水量直到天平平衡,根據(jù)右盤注射器中水的體積就能計(jì)算水的質(zhì)量(也就是鹽水的質(zhì)量),然后計(jì)算鹽水的密度。(展示作品,如圖2)這是我們標(biāo)注好密度后的注射器。

        師 如果我們先取10mL的水,然后用另一個(gè)注射器取等質(zhì)量的鹽水,那么標(biāo)注出的密度會(huì)像圖2這樣嗎?

        生 這兩種方法都是質(zhì)量相等,即ρ鹽·V鹽=ρ水·V水,但函數(shù)關(guān)系不同。前面鹽水的體積是10mL,即ρ鹽·10mL=ρ水·V水,所以ρ鹽與V水成正比,所以注射器上標(biāo)注出的刻度是均勻的。如果水的體積是10mL,則有關(guān)系ρ鹽·V鹽=ρ水·10mL,此時(shí)變量是ρ鹽和V鹽,可以看出ρ鹽和V鹽成反比,這樣注射器上標(biāo)注出的刻度就不均勻了。

        師 天平兩邊放注射器的思路是可以的,但水不能濺到天平上。學(xué)案上提供的是柱形杯子,要求在天平兩邊的柱形杯子上標(biāo)注出液體密度,同時(shí)要求刻度要均勻。大家思考一下:密度應(yīng)該標(biāo)注在什么位置?為了方便交流,我們規(guī)定鹽水和水中的一個(gè)液體要取20mL。

        生 應(yīng)先取20mL的鹽水倒入天平左盤的柱形杯子,然后取水倒入天平右盤的柱形杯子,調(diào)節(jié)水量使天平平衡。此時(shí),兩者質(zhì)量相等,有ρ鹽·20mL=ρ水·V水,ρ鹽與V水成正比,所以密度應(yīng)標(biāo)注在裝水的柱形杯子上;又因?yàn)橛弥伪友b水,底面積S不變,即有V水=h水·S,所以ρ鹽與h水成正比,刻度是均勻的。

        (學(xué)生完成第二種天平密度秤的標(biāo)注,作品如圖3所示。然后,利用此天平密度秤測(cè)出鹽水的密度。)

        繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)密度比較的另一種方式——相同質(zhì)量比體積。這里,根據(jù)學(xué)生的生成,提供了多種解決問(wèn)題的方法,學(xué)生就可以好中選優(yōu),發(fā)展科學(xué)探究素養(yǎng)和批判性思維。

        3. 比較并應(yīng)用密度秤

        師 剛剛,我們用兩種方法制作了密度秤。一是相同體積比質(zhì)量,通過(guò)游碼移動(dòng)來(lái)比較質(zhì)量,鹽水密度標(biāo)注在游碼刻度上,我們測(cè)出鹽水的密度是1.13g/cm3;二是相同質(zhì)量比體積,鹽水密度標(biāo)注在柱形杯子上,我們測(cè)出的鹽水的密度是1.125g/cm3。最后,我們用標(biāo)準(zhǔn)的液體密度計(jì)測(cè)量鹽水的密度,來(lái)檢驗(yàn)制作的天平密度秤的測(cè)量精度。

        (指名學(xué)生上臺(tái)用液體密度法測(cè)量,測(cè)量結(jié)果是1.128g/cm3。)

        師 測(cè)量實(shí)際上就是比較,我們制作的兩種天平密度秤,都是將待測(cè)鹽水與標(biāo)準(zhǔn)量水進(jìn)行比較:一是相同體積比質(zhì)量,二是相同質(zhì)量比體積。密度概念的得出也是通過(guò)比較同種物質(zhì)組成物體的共性、不同物質(zhì)組成物體的區(qū)別得到的。物理學(xué)中還有其他概念,如比熱容、熱值等,也是這樣得到的。課后,請(qǐng)大家繼續(xù)思考:兩種天平密度秤如何提高測(cè)量精度?如何利用今天的研究方法設(shè)計(jì)其他密度秤?

        二、 教學(xué)思考

        (一) 中考一輪復(fù)習(xí)教學(xué)應(yīng)以核心任務(wù)為主線

        中考一輪復(fù)習(xí)教學(xué)不能是新課教學(xué)的快速推進(jìn)版,也不能直接等同于習(xí)題課教學(xué),而需要從單元教學(xué)的角度,抓住單元核心知識(shí),厘清單元知識(shí)關(guān)系?!百|(zhì)量和密度”主要圍繞密度這一物質(zhì)的特性展開(kāi),要想真正理解密度,就要理解密度是如何利用質(zhì)量和體積通過(guò)比值定義的。只有掌握了比值定義法,才更容易理解其他類似的概念。本單元的一項(xiàng)重要技能是稱量,所以圍繞天平設(shè)計(jì)任務(wù),用無(wú)砝碼的天平改裝密度秤。因?yàn)槭侵锌家惠啅?fù)習(xí)教學(xué),所以聚焦本單元的重難點(diǎn),盡量不涉及后面還沒(méi)有復(fù)習(xí)到的單元知識(shí),如杠桿、浮力等。本課圍繞測(cè)量鹽水密度展開(kāi),復(fù)習(xí)了質(zhì)量、質(zhì)量的測(cè)量、密度、密度的測(cè)量、物質(zhì)的其他物理屬性等。由于有具體的任務(wù)引領(lǐng),測(cè)量結(jié)果就是對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程很好的評(píng)價(jià),所以學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情高漲,思維活躍。

        (二) 任務(wù)達(dá)成可用問(wèn)題來(lái)驅(qū)動(dòng)

        課堂教學(xué)問(wèn)題不能太多、太碎,要讓學(xué)生“跳一跳,摘果子”,所以需要設(shè)計(jì)能引發(fā)學(xué)生思考的高質(zhì)量問(wèn)題。本課設(shè)計(jì)了五個(gè)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題,讓學(xué)生先定性分析后定量計(jì)算;先復(fù)習(xí)概念,然后理解應(yīng)用,最后設(shè)計(jì)創(chuàng)造、展示評(píng)價(jià)。梯度的問(wèn)題給學(xué)生學(xué)習(xí)合理搭建了臺(tái)階,助力學(xué)生的思維從記憶理解的低階思維升級(jí)為分析創(chuàng)造的高階思維。

        (三) 問(wèn)題設(shè)置可以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為抓手

        實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要手段,也是物理教學(xué)的重要內(nèi)容。復(fù)習(xí)課上的問(wèn)題不能干巴巴地提出,而可以實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新為抓手。本節(jié)課以天平這個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)工具為基礎(chǔ),取走其砝碼,結(jié)合注射器、柱形杯子、刻度尺等工具,組合創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),將天平改裝設(shè)計(jì)成密度秤,給學(xué)生提供解決真正問(wèn)題的應(yīng)用平臺(tái),有效地提升了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的靈活應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

        (四) 問(wèn)題解決中要重視思維訓(xùn)練

        科學(xué)思維的培養(yǎng)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程,中考一輪復(fù)習(xí)也要重視思維訓(xùn)練。課堂中的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題都是開(kāi)放的,每個(gè)問(wèn)題都有多個(gè)答案,能有效拓展學(xué)生思維的廣度。多次探討密度秤的刻度是否均勻,需要學(xué)生對(duì)問(wèn)題建立物理模型,厘清物理關(guān)系。比如,移動(dòng)游碼制作密度秤的關(guān)系是ρ鹽·20mL=20g+m游,m游與ρ鹽是一次函數(shù)關(guān)系,因此刻度是均勻的。又如,利用相等質(zhì)量比體積的方法制作密度秤的關(guān)系是ρ鹽·V鹽=ρ水·V水,若V水不變,V鹽和ρ鹽成反比,則在裝鹽水的柱形杯子上標(biāo)注的密度就是不均勻的;若V鹽不變,V水和ρ鹽成正比,則在裝水的柱形杯子上標(biāo)注的密度是均勻的,第二種密度秤就是利用這種方法制作的。這些問(wèn)題的解決,對(duì)學(xué)生的思維發(fā)展是一次極好的鍛煉。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)[S].北京:北京師范大學(xué)出版社,2022:10.

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