新中考背景下的测量性实验教学设计

【摘要】在物理实验操作纳入新中考的背景下，物理教师要结合教材和新课标要求，不断提升学生的物理实验操作能力和创新思考能力，让学生通过探究性实验操作，爱学习、会学习，激发学生的学习兴趣。文章以测量性实验教学设计“测量物质的密度”为例进行探究，论述了测量性实验的特点及研究过程、测量性实验应注意的事项、学生实验操作细节设计以及学生实验操作的复习、备考等内容，在实验操作中，以流程图的形式强化学生对实验操作的理解和掌握，从课后实践性探究活动中引导学生整合知识架构，发散学生的思维，提升学生的实践探究能力，进而提升学生的物理学科核心素养。

【关键词】物理教学；测量性实验；实验探究；操作流程图；实践性学习

【中图分类号】G633.7【文献标志码】A【文章编号】1004—0463（2022）07—0124—05

新课改以来，物理教学更注重教材与生活实践的衔接，更注重培养学生的动手操作能力，一改“唯分数论”的风气，物理教师也提高了对实验教学的重视程度，但“黑板实验”“视频实验”“动画实验”依然存在，学生动手实验在教学中的量依然不够。由于纸笔实验考查缺乏一定的完整性，且普遍认为实验教学浪费教学时间，所以在物理课上学生实验操作的机会偏少，导致学生失去了手脑并用的训练机会，直接影响了学生物理学科核心素养的提高[1]。因此，在中考物理新增实验操作考试的背景下，教师要转变教学观念，更新教学理念，加强实验教学，增加学生实验操作的机会[2]。笔者从课堂教学设计到备考复习设计进行了深入研究，凸显学习的探究性，让学生理解概念规律，体验和经历测量过程，从而掌握实验操作的要领。

一、测量性实验的特点及研究过程分析

测量性实验的教学程序，一般情况下是先理论后实践，学生在课堂上学习基本概念、规律、操作过程，再到实验室进行操作实践，巩固所学[3]。需要注意的是，测量性实验知识来源于教材，根据固定的实验步骤进行操作，不需要在课外进行探究。测量性实验中，教师的作用主要是讲授、示范，即讲解实验原理、目的、实验器材、步骤、结论等，学生则转化为课堂学习的主体，主要是操作和实践[4]。

以北师大版教材涉及的测量性实验为例，笔者梳理了课标必做实验，如图1：

以下图为例进行分析：教学中，实验（1）拆分在第二章和第三章，经过独立练习后，可让学生将第三章与实验（7）整合在一起练习；将实验（2）独立练习后，与实验（8）整合在一起作为大实验练习；将实验（4）独立练习后，与“探究水的沸腾”整合在一起练习；将实验（5）和实验（6）独立练习后，整合到实验（11）和（12）作为大实验练习，以及在探究欧姆定律中也可练习；实验（10）在教学中学生实际操作得少，建议让学生认真开展实验。

二、测量性实验应注意的事项

（一）重视“观察和了解”“观察和思考”

强调学生在教师示范环节应该做什么，怎么做，为什么这么做，这对于帮助学生进行实验操作有决定性的意义。引导学生对实验器材选择使用，以及对实验器材的准确程度做到全面了解。例如，托盘天平、杠杆、电流表、电压表在使用前后的调准等等，学生做到心中有数。

（二）认真准备“实验操作”

根据观察、了解、思考，必须要知道实验设计的程序与步骤，还要知道实验的安全操作方法，实验前统一学习安全操作规范，实验时教师应先检查，避免器材的损坏和意外的发生。

（三）读取和记录实验数据

教师应引导学生注意这一实验细节步骤。如，刻度尺数值的读取时，视线水平垂直刻度线，读到最小刻度的下一位，记录数值与单位；托盘天平读数时的注意事项，密度计的读数方法等。由于操作方法和测量工具不同，在读取和记录中会存在一定的问题，注意分析误差和错误，与学生共同探究对实验器材和实验方法的改进，进一步激发学生学习的内动力，提高学习的有效参与度。

（四）注意协同合作

部分实验是一个人很难完成的，必须要有团队，学生要有主动与他人合作的精神。如，“测量滑轮组机械效率”的实验，一个学生拉弹簧测力计，一个学生寻找绳端移动距离，一个学生寻找物体移动距离，另一个学生记录数据，每一次每个学生的分工调换一下，几次下来所有人都参与到了每个实验步骤中。新课改下，合作学习显得十分重要，更重视学生的实际参与。

三、以“探究物质的密度”为例进行实验设计

（一）教学内容分析

将测量实验转化为探究课，通过建构概念的过程学习测量密度的方法。在教学过程中，通过学生已有的鉴别物质种类的方法，到学生无法解决提出的新问题，教师要解决认知冲突，引发学生思考，激发学生学习兴趣；通过分组实验，强调学生学习的主体性，让学生通过实验探究的方法建立密度的概念；设置相对合适的思维难度和梯度，鼓励学生用自己的认识对探究过程进行描述，有意识地渗透科学探究方法。

（二）学习者特征值分析

1.认知水平及经验。学生在小学科学课中学习过天平的使用，在小学数学中学习过长度5个相邻单位换算千米、米、分米、厘米、毫米，质量的3个相邻单位换算吨、千克、克，并且在初中又经历了两周多的时间学习长度、体积、质量，已经具备了一定的实践经验。

2.心理特征。（1）求知欲。初二学生已开始关注自己的成长，关注社会发展，渴求获取知识，尤其是喜欢探究与生活、生产、科技发展密切相关的知识。（2）兴趣。初二学生中有相当一部分学生是依兴趣、爱好来学习的，对物理学科中的一些生动有趣的现象感兴趣，从而产生学习的愿望。（3）好奇心。初二学生易对事物产生好奇心，从而激发探索欲望。生动而有趣的动画、录像等使教学情境更为丰富，激发了学生的好奇心，产生了对探究问题的兴趣。

3.认知潜在发展区。学生在生活中对质量有了初步的感知，已上升到掌握了质量概念及其属性；已能从外在的一些性质，鉴别物质种类到内在密度概念的建立，能鉴别物质的种类，掌握了密度的概念及密度知识的应用。

（三）教学目标

教师要引导学生通过实验探究，找出质量与体积的关系；通过对密度的探究，理解密度的概念；会用量筒和托盘天平测量固体和液体的密度。

（四）教学过程

1.提出问题。从学生熟悉的物质引入，分别出示铝块与铜块、木头与海绵、酒精与清水、酱油与可乐，询问学生如何进行区分，让学生能根据颜色、软硬程度、气味、味道等作出判断。

2.猜想。讨论猜想后让学生思考：物质的质量和体积有什么关系，希望学生参与到猜想中，不需要给出准确答案，尽可能多地进行预测。

3.设计实验。教师提出问题：怎样设计实验，验证我们的猜想呢？首先让学生讨论，设计实验方案。然后师生相互交流，选择合理的研究方案，教师适时引导学生确定探究的方案。在测量物体的质量和体积时，让学生进行分析、比较，找出其中的规律。尤其是，要使学生明确探究的思路和实验的方法，知道应该测量哪些物理量，用什么仪器，怎样测量，怎样设计记录数据的表格。

4.进行实验。教师组织学生分组实验，指导学生实验，帮助学生解决实验中遇到的困难，并记录数据。第一大组分别测出长方体、正方体、圆柱体三个铜块的质量与体积，并将实验数据填入下面的表格中。第二大组分别测出长方体、正方体、圆柱体三个铝块的质量与体积，并将实验数据填入下面的表格中。第三大组分别测出长方体、正方体、圆柱体三个铁块的质量与体积，并将实验数据填入下面的表格中。第四大组分别测出20 mL、40 mL、80 mL的水的质量与体积，并将实验数据填入下面的表格中。第五大组分别测出20 mL、40 mL、80 mL的酒精的质量与体积，并将实验数据填入下面的表格中。

探究物质质量和体积的关系，如表1：

5.分析论证得出结论。实验结束后，教师将数据输入到Excel表格中进行分析，引导学生算出质量跟体积的比值，并寻找结果有什么规律。学生按照同样的方法来分析铝块、铁块、水和酒精，得出结论：同种物质质量与体积的比值是不变的；不同物质质量与体积的比值一般是不同的。

四、借助操作流程图进行实验操作的细节设计

（一）托盘天平的使用说明

测量前：将托盘放在水平桌面上；将游码移至标尺左端的“0”刻度线处；调节平衡螺母，使指针对准分度标牌中央的刻度线。

测量时：物体放在左盘，用镊子向右盘加减砝码；移动游码，使指针对准分度标牌的中线。

读数：物体的质量等于右盘内砝码的总质量与标尺上游码左端所对的示数之和。

（二）托盘天平操作流程图（如图2）

（三）量筒使用的操作流程图（差量法）（如图3）

（四）固体密度测量的操作流程图（方案比较，误差分析）（如图4）

（五）液体密度测量的操作流程图（方案比较，误差分析）（如图5）

通过设计实验操作流程图，减少了学生对文本的记忆量，将抽象的文本描述转化为形象图示，再辅以PPT的动画呈现出操作的顺序和步骤，能有效地帮助学生记忆操作步骤及流程，掌握测量性实验的操作要领。

五、测量性实验的复习活动设计

通过对第二章的学习，以及实验室三个实验的操作和实验操作流程图的再建构，一个基于单元主题学习的问题产生了，苹果是学生们从小到大吃过的水果，找一个大苹果（果径80mm以上），整合所学的第二章知识进行创新探究，测量苹果的高度、体积、密度。并用第二章所学知识学会区分花牛苹果和红富士，让学生对上述问题进行思考实践，然后提出可行性的操作方案。

（一）活动目的

需要学生对所学知识的整合能力、文字的表述能力、物理知识应用能力、实验设计能力、实验操作能力、科学思维能力、综合分析能力，以及对作业的态度如何。告诫学生不要把学习停留在过去，一味靠刷试题提高成绩，要胜任更多样化的思维能力的作业挑战，提高学生科学思维的能力。

（二）第一次提示

创设真实情境，解决真实的物理问题，发挥学生的能动性，激发学生的内动力，让学生真正成为学习的主人。

（三）第二次提示

本次主题学习要整合所学知识，先思考会遇到什么问题。其次是怎样解决问题。如，苹果高度测量中怎样确定测量位置？探究物质的密度时发现量筒容积小，不规则的大苹果塞不进去，怎么办？大苹果质量超过托盘天平的称量，怎么办？不能只停留在口感、色泽、外观等区别花牛和红富士苹果，怎么办？