摘? ?要：以學(xué)生熟悉的固體密度測(cè)量方法為背景，圍繞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的選種環(huán)節(jié)，以一組彼此關(guān)聯(lián)、層層深入的問(wèn)題鏈為引領(lǐng)，通過(guò)問(wèn)題的“創(chuàng)設(shè)—論證—質(zhì)疑—?jiǎng)?chuàng)新—探究”，深度探討種子密度的最佳測(cè)量方法，讓學(xué)生在問(wèn)題解決的過(guò)程中完成知識(shí)的構(gòu)建、內(nèi)化和升華，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}鏈；深度；種子密度

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2023）9-0016-3

收稿日期：2023-03-14

基金項(xiàng)目：福建省石獅市2022年基礎(chǔ)教育教學(xué)改革專(zhuān)項(xiàng)課題“‘雙減’背景下深度物理課堂提質(zhì)增效實(shí)踐研究”（SJGZX2022-83）。

作者簡(jiǎn)介：修金文（1983-），男，中學(xué)高級(jí)教師，主要從事物理課堂教學(xué)研究。

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在課程目標(biāo)中提出：義務(wù)教育課程應(yīng)讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)和科學(xué)探究方法，加強(qiáng)物理與生產(chǎn)生活實(shí)際的聯(lián)系，讓學(xué)生經(jīng)歷自然、生活到物理的認(rèn)識(shí)過(guò)程［1］。在測(cè)量固體密度的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生體驗(yàn)了科學(xué)探究的全過(guò)程，知道了固體密度的測(cè)量方法，但學(xué)生所用的被測(cè)固體都是教師經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選的——這些待測(cè)固體的體積較大、密度較大且不具有吸水性。這種理想化的待測(cè)固體往往與生產(chǎn)生活實(shí)際相脫節(jié)，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究時(shí)按部就班，沒(méi)有深度思考誤差來(lái)源和實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案，學(xué)生的科學(xué)思維沒(méi)有得到良好的培養(yǎng)。

本文以種子密度的測(cè)量為例，通過(guò)一組彼此關(guān)聯(lián)、層層深入的問(wèn)題鏈引領(lǐng)，探討種子密度的最佳測(cè)量方法，讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中，主動(dòng)對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行梳理、建構(gòu)、深化和擴(kuò)展，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和創(chuàng)新能力，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。

1? ? 問(wèn)題創(chuàng)設(shè)：誘發(fā)學(xué)生科學(xué)思維

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，有著悠久的水稻種植歷史，優(yōu)質(zhì)種子是實(shí)現(xiàn)糧食作物增產(chǎn)增收最重要的環(huán)節(jié)，一般來(lái)說(shuō)顆粒飽滿的種子密度較大，適合作為種子播種。

問(wèn)題1：某研究小組想通過(guò)測(cè)量稻谷種子密度的方法進(jìn)行選種，采用如下做法：（1）將適量的稻谷種子放在天平上，測(cè)得稻谷種子的總質(zhì)量為m1；（2）將適量的水倒入量筒中，測(cè)得量筒中水的體積為V1；（3）將稻谷種子倒入量筒中，測(cè)得水和稻谷種子的總體積為V2。問(wèn)：種子密度是多少？

學(xué)生分析：通過(guò)排水法測(cè)出待測(cè)種子的體積為V=V2-V1；根據(jù)密度的計(jì)算公式ρ=可知，稻谷種子的密度為ρ==。

問(wèn)題2：如圖1所示，某同學(xué)在測(cè)稻谷種子密度時(shí)發(fā)現(xiàn)有一小部分種子漂浮在水面上，造成這種現(xiàn)象的原因是什么？

學(xué)生分析：可能是由于蟲(chóng)蛀、生長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)不夠等原因造成一小部分稻谷種子顆粒飽滿度不夠，密度小于水的密度，最終漂浮在水面上。所以，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)該預(yù)先進(jìn)行鹽水選種，剔除那些顆粒不飽滿的種子。

問(wèn)題3：稻谷種子的表皮是具有吸水性的，上述方法測(cè)得的結(jié)果是否準(zhǔn)確？

學(xué)生分析：因?yàn)榈竟确N子表皮具有吸水性，上述實(shí)驗(yàn)中測(cè)得水和稻谷種子的總體積V2與真實(shí)值相比是偏小的。而稻谷種子的總質(zhì)量m1和水的體積V1可以準(zhǔn)確測(cè)量，所以稻谷種子的體積V=V2-V1偏小，根據(jù)公式ρ==，測(cè)得稻谷種子的密度偏大。

評(píng)析：科學(xué)思維是具有意識(shí)的人腦對(duì)科學(xué)事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律的間接和概括的反映，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容。教師在教學(xué)過(guò)程中以螺旋上升的問(wèn)題鏈為引領(lǐng)，通過(guò)種子密度測(cè)量方法的探討，有效喚醒學(xué)生碎片化的知識(shí)儲(chǔ)備，誘發(fā)學(xué)生科學(xué)思維，同時(shí)從物理學(xué)的視角融入對(duì)國(guó)家認(rèn)同的培育。

2? ? 問(wèn)題論證：增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)推理能力

問(wèn)題4：待測(cè)種子表皮具有吸水性時(shí)，如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法減少種子體積的測(cè)量誤差？

學(xué)生分析：誤差產(chǎn)生的原因是種子表皮會(huì)吸水，導(dǎo)致所測(cè)得的種子體積偏小，因此只要測(cè)出被種子表皮吸收的水的體積即可。具體方案：（1）用天平測(cè)量出種子質(zhì)量m1；（2）用排水法測(cè)量出種子體積V1；（3）將種子取出，用紙巾吸去種子表面水分，再次測(cè)量出其質(zhì)量m2；（4）固體吸收水的質(zhì)量為Δm=m2-m1；（5）由于水的密度已知，種子表皮吸收水的體積為V'==；（6）種子總體積為V=V1+V'=V1+；（7）種子密度為ρ===。

評(píng)析：該方法能有效減少種子體積的測(cè)量誤差，較準(zhǔn)確地測(cè)出種子密度。學(xué)生通過(guò)對(duì)問(wèn)題的科學(xué)推理和論證，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，做到概念清楚、研究對(duì)象明確、思維有邏輯、結(jié)論有依據(jù)。

3? ? 問(wèn)題質(zhì)疑：培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力

問(wèn)題5：如圖2所示，（1）種子浸泡6個(gè)小時(shí)后，為什么原來(lái)漂浮在水面上的種子又重新沉入水底？（2）種子浸泡24小時(shí)后，發(fā)現(xiàn)吸收足夠水分后，種子會(huì)膨脹。這時(shí)采用問(wèn)題4中的方法是否準(zhǔn)確？

學(xué)生分析：（1）由于種子浸泡的時(shí)間較長(zhǎng)，有部分水滲透到種子內(nèi)部，導(dǎo)致種子的總重力大于浮力，所以種子又重新沉入水底。（2）種子吸收足夠的水分后，由于水分滲透到種子內(nèi)部，此時(shí)再用紙巾已經(jīng)無(wú)法吸出種子內(nèi)部的水分，若再用問(wèn)題4中的探究方法所測(cè)得的稻谷種子密度是不準(zhǔn)確的。因此，采用問(wèn)題4中的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量種子密度時(shí)應(yīng)盡可能在較短時(shí)間內(nèi)完成，讓種子吸收的水分盡可能被紙巾吸出，且所測(cè)的種子密度必須比水大。

評(píng)析：植物種子在經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的浸泡后，水分會(huì)滲透到種子內(nèi)部，造成種子的體積變大，測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。學(xué)生基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，思考更為精確、普適的種子密度測(cè)量方法，能有效培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力。

4? ? 問(wèn)題創(chuàng)新：發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力

問(wèn)題6：某研究小組想測(cè)量芝麻種子的密度，將芝麻種子倒入水中后發(fā)現(xiàn)種子全部漂浮在水面上，如何準(zhǔn)確測(cè)量芝麻種子的密度？

學(xué)生分析：要準(zhǔn)確測(cè)量芝麻種子的密度關(guān)鍵要解決種子漂浮在水面上、種子表皮吸水性的問(wèn)題?？稍O(shè)計(jì)如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置，具體步驟如下：（1）把適量的芝麻種子放在電子秤上，測(cè)出其質(zhì)量為m1；（2）取下芝麻，把裝有適量水的燒杯放在電子秤上，測(cè)出水和燒杯的總質(zhì)量為m2；（3）把鐵質(zhì)窗紗制成的空網(wǎng)柵盒懸掛在燒杯的水面下，此時(shí)電子秤的示數(shù)為m3；（4）把芝麻種子放入網(wǎng)柵盒后，將網(wǎng)柵盒懸掛在燒杯的水面下，此時(shí)電子秤的示數(shù)為m4。

當(dāng)只有網(wǎng)柵盒浸沒(méi)在水中時(shí)，對(duì)整個(gè)燒杯進(jìn)行受力分析（圖4），燒杯和水受到豎直向下的重力G1（G1=m2g），網(wǎng)柵盒對(duì)水的豎直向下的壓力F（因?yàn)榫W(wǎng)柵盒對(duì)水的壓力和水對(duì)網(wǎng)柵盒的浮力F是一對(duì)相互作用力，所以F=F=ρgV），電子秤對(duì)燒杯的豎直向上的支持力F（因?yàn)殡娮映訉?duì)燒杯的支持力和燒杯對(duì)電子秤的壓力是一對(duì)相互作用力，所以F=m3g），此時(shí)燒杯處于靜止?fàn)顟B(tài)，可以列出方程F=G1+F，解得V=。

當(dāng)網(wǎng)柵盒和芝麻種子都浸沒(méi)在水中時(shí)，再對(duì)整個(gè)燒杯受力分析（圖5），燒杯和水受到豎直向下的重力G1，網(wǎng)柵盒和芝麻種子對(duì)水的豎直向下的壓力F［因?yàn)榫W(wǎng)柵盒和芝麻種子對(duì)水的壓力與水對(duì)網(wǎng)柵盒和芝麻種子的浮力F是一對(duì)相互作用力，所以F=F=ρg（V+V）］，電子秤對(duì)燒杯的豎直向上的支持力F（F=m4g），因?yàn)榇藭r(shí)燒杯處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以可以列出方程F=G1+F，解得V=，ρ=，得ρ=。

評(píng)析：通過(guò)解決種子表皮吸水性問(wèn)題、密度比水小等核心關(guān)鍵問(wèn)題，凝練測(cè)量種子密度的普適方法，深度有效地提高學(xué)生運(yùn)用綜合知識(shí)解決復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的能力，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

5? ? 問(wèn)題探究：發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的育人功能

通過(guò)對(duì)種子密度測(cè)量方法的分析和改進(jìn)，學(xué)生掌握了種子密度的最佳測(cè)量方法。教師要準(zhǔn)備不同種類(lèi)的植物種子、電子秤、燒杯、網(wǎng)柵盒、鐵架臺(tái)、細(xì)繩等實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生以小組為單位，測(cè)出不同種類(lèi)植物種子的密度。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師再提供種子密度表，讓學(xué)生和自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比對(duì)，分析誤差產(chǎn)生的原因，提出相應(yīng)的改進(jìn)策略。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中有效地檢驗(yàn)思維產(chǎn)物，體驗(yàn)成功的喜悅，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的育人功能。

6? ? 結(jié)束語(yǔ)

教學(xué)的根本目的是讓學(xué)生掌握終身學(xué)習(xí)所需要的必備品格與關(guān)鍵能力，能獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，具有批判性思維和創(chuàng)新能力。教師在課堂教學(xué)中要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，并通過(guò)一組彼此關(guān)聯(lián)、層層深入的問(wèn)題鏈引領(lǐng)，誘發(fā)學(xué)生的高階思維，讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中完成知識(shí)的建構(gòu)、內(nèi)化和升華，讓課堂教學(xué)有趣味、有效率、有深度、有質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

［1］廖伯琴.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀［M］.北京：高等教育出版社，2022.

［2］李樹(shù)祥.高階思維能力培養(yǎng)，問(wèn)什么［J］.物理教學(xué)，2022，44（3）：13-16.

［3］沈偉云.基于高階思維培養(yǎng)的初中物理拓展教學(xué)——以電磁繼電器為例［J］.物理教師，2022，43（9）：53-55.

［4］林軍.在建構(gòu)概念的深度學(xué)習(xí)中滲透物理研究方法的教育——以“物質(zhì)的密度”教學(xué)為例［J］.中學(xué)物理，2022，40（22）：53-56.

［5］丁琳.問(wèn)題驅(qū)動(dòng) 引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)——以“密度測(cè)量復(fù)習(xí)課”為例［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2021，50（36）：38-40.（欄目編輯? ? 趙保鋼）