初中物理测量类作业设计的策略

2021-08-19秦晓文

中学物理·初中 2021年7期

摘要：测量指将被测量与具有计量单位的标准量在数值上进行比较，从而确定二者比值的实验认识过程.如何在提高学生测量技能的同时帮助学生吸取测量中科学思想方法的营养，就需要教师针对初中物理教学中测量的特点设计测量类作业.本文主要探讨初中物理测量类作业的目的、设计原则，结合具体的作业案例，提出测量类作业的设计策略.

关键词：初中物理;测量类作业;设计策略

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）14-0013-04

基金项目：北京市教育科学“十三五”规划课题“基于核心素养的科学教学问题梳理与解决方案研究”（项目编号：CDDB18158）.

作者简介：秦晓文（1968-），男，山东人，硕士，中学正高级教师，北京市特级教师，研究方向：中学物理教育教学、科学探究、教学评价.

测量指将被测量与具有计量单位的标准量在数值上进行比较，从而确定二者比值的实验认识过程.测量是科学探究收集证据的主要手段，是认识过程和实践过程的统一，是人类认识世界和改造世界的智慧结晶.如何在提高学生测量技能的同时帮助学生吸取测量中科学思想方法的营养，就需要教师针对初中物理教学中测量的特点设计测量类作业.本文将探讨设计测量类作业的策略，以期抛砖引玉，引发更多的实践探索.

1 测量类作业的目的及设计原则

测量类作业就是针对物理教学中的测量实验、根据测量实验的特点而设计的一种作业类型，其主要目的是：锻炼并提高基本的测量技能;学习测量所蕴含的科学方法，提高科学思维能力;学习规范的实验报告表达格式，提高科学表达能力.

为了实现测量类作业的目的，根据测量的特点，教师在设计测量类作业时应遵循下列原则.

首先要对初中物理教学中的所有测量实验进行分类整理、系统规划，根据不同类型的测量的特点、教学和学生发展需要，确定不同类型测量类作业的目的.

初中物理教学中共有七个直接测量、八个间接测量、四个特殊方法测量，针对这三类测量的特点，确定各类作业的目的见表1，读者可以根据教学条件及学生实际情况进行调整.

根据测量的类型和特点，教师既要设计纸笔类作业，也要设计实践类作业，前者的主要目的在于锻炼学生的“思”的能力，后者的主要目的是锻炼学生“做”的技能，将二者有机统一起来.教师可以采用任务驱动、问题导向的方式，指导学生完成测量类作业，在丰富学生实践经验的同时引发学生思考.

学习将现有测量工具无法直接测量的待测量转化为能够直接测量的物理量的思路和方法，体会科学规律和方法在测量中的应用其次根据测量所需要的测量工具，见表2，以及学校实验室和家庭、社区等校外条件，确定实践类作业的活动场所.一般而言，用实验室常用工具完成的测量实验一般应在校内完成，可以在课后服务时间，让学生在实验室完成基本测量的作业，家中有测量工具的，也可以回家完成作业.对于认识生活生产中常用测量工具的作业，如用密度计测量密度、用红外测温仪测量体温、用雷达测速仪测量物体运动速度、用激光测距仪测量房间的长度、用电子秤测量物体的质量等，教师可以根据实际情况安排在家庭、市场、社区等校外活动场所进行.

2 测量类作业设计策略及案例

2.1 直接测量类作业的设计策略

初中物理教学中的七个直接测量实验是后续间接测量、科学探究的基础，是课程标准要求的必做学生实验.但学生学会这些基本的测量技能仅靠课堂上的听讲和实验是不够的，需要多种形式的练习.为此，教师可以根据表1中直接测量类作业的目的设计如下两种类型的作业.

2.1.1 围绕“五会”，以提高测量技能为目的，设计直接测量类的作业

所谓“五会”是指规范使用测量工具的五个要点，包括会看测量工具的量程和最小分度值，会调节（或观察）测量工具的零点（或平衡），会规范操作测量工具进行测量，会读测量工具的示数，会记录实验数据.教师在围绕“五会”设计作业时，要因地制宜，发挥纸笔类作业和实践类作业的优势.

围绕“五会”设计纸笔类作业，重点练习会看量程和最小分度值、会读示数、会记录数据.例如，学生在学完温度计后，教师可以设计练习温度计读数和记录的纸笔类作业：如图1所示的温度计的示数为.学生在学完电压表后，教师可以设计练习看量程和分度值、电压表读数和记录的纸笔类作业：如图2所示的接入电路的电压表的量程是，最小分度值是，示数为.

这样的作业简单易行，可以多次练习，七个直接测量实验都可以设计这类作业.但这类作业也有明显的缺点，就是作业数量再多，也无法提高学生的实际操作技能.因此，教师还需要设计实践类作业，重点是通过实操练习，学会规范操作测量工具进行测量.

例如，学完质量的测量后，可以设计练习托盘天平的实操作业：在实验室，用托盘天平测量半烧杯水的质量，将测量数据记录在表3中.

学完温度的测量后，可以设计练习体温计的实操作业：在家里，使用体温计测量自己腋窝、手心、额头的温度并记录下来，比较一下是否相同？请你思考一下如何才能准确测量一个物体的温度？

2.1.2 挖掘测量中的科学方法，以提高思维能力为目的，设计测量类的作业

在测量工具的发明过程和国际单位的确定过程中，都蕴含着丰富的科学思想方法，教師可以设计适当的制作类和阅读类作业，引导学生经历关键的思考过程，体会其中的科学思想方法.例如，在学生学完温度的测量后，教师可以设计一个制作温度的作业.

意大利科学家伽利略设计的一种温度计，如图3所示，堪称是温度计 “鼻祖”.请你仿照图3的结构用塑料瓶和吸管也来制作一支温度计.并用它判断气温的变化.通过你的制作与使用思考下面两个问题：（1）这种温度计的测温原理是什么？（2）测量结果主要受什么因素影响？

又如，学完长度、时间、温度的测量后，可以设计一个阅读作业，帮助学生了解国际单位制的产生及发展过程，体会其中的科学思想方法.

2.2 间接测量类作业的设计策略

初中物理教学中的九个间接测量实验是对七个直接测量的综合运用，可以根据表1中间接测量类作业的目的，可以设计如下两种类型的作业.

2.2.1 以展现测量中的转化方法为目的，设计测量类的作业

密度、速度、电阻等九个间接测量量需要转化为相应的直接测量量，然后再根据物理规律求出间接测量量.转化过程中的推理及依据对发展学生科学思维和实验能力具有重要价值，教师需要设计相应的作业，引导学生强化练习.教师设计这类作业的关键是将转化的过程展开，引导学生经历其中的科学思维过程.初期，可以画出转化过程的思维导图，留出几个关键的空，让学生填写，起到示范作用.例如，在学生学完密度的测量后，教师可以设计如下作业：请将图4所示的测量物体的密度的分析思路补充完整.

此外，教师还可以设计一些针对性思考题，让学生写出推理过程.例如，在学生学完重力后，教师可以设计如下作业：测量物体所受重力时，物体所受重力的大小等于弹簧测力计的示数，请问这是为什么？這样测量的条件是什么？画出受力分析图，写出推理过程.

又如，学完滑轮组的机械效率后，可以设计如下作业：测量滑轮组机械效率，需要分别测量有用功和总功，小明同学采用测量物体所受重力G和物体被提升的高度h，然后用W有=Gh计算出有用功，小华同学则认为这种方法跟前面学过的做功的两个必要条件不一致，应该采用新的方法.你认为小明采用的测量方法的依据是什么？这样测量的条件是什么？写出你的推理过程.这样的测量方法有什么缺点？你是否能想出小华所说的新方法？这种新方法的依据是什么？这种新方法有什么缺点？

2.2.2 以提高测量技能和表达技能为目的，设计测量类的作业

与直接测量相比，间接测量的思路、操作程序都比较复杂，也难以简练准确表达出来.为克服这些困难，教师就需要以提高测量技能和表达技能为目的，设计相应的作业，引导学生有目的地练习间接测量的方法，练习将测量过程和结果准确表达出来的方法.日常教学中，这几个间接测量的作业几乎都是纸笔作业，纸笔作业对于实现上述作业目的具有一定价值，但也存在明显的不足，因此教师在设计这类作业时，要发挥纸笔类作业和实践类作业的优势，将二者统一起来.例如，学完电功率的测量后，可设计如下作业：请利用实验室提供的器材，测量小灯泡的额定功率，并将下面的实验报告补充完整.

“测量小灯泡的额定功率”实验报告

测量目的：用电压表和电流表测量小灯泡的额定功率.

测量依据：用电压表测出小灯泡的额定电压U，用电流表测出额定电压下小灯泡的电流I，根据P=UI计算出小灯泡的额定功率P.

实验器材：学生电源（J1202型或J1202-1型）、电流表（2.5级0.6A， 3A）、电压表（2.5级3V，15V）、滑动变阻器（20Ω，2A或10Ω，2A）、小灯座（J2351型）、小灯泡（2.5V，0.3A）、单刀开关各一个、导线若干.

测量步骤：

（1）=1＼*GB3断开开关，将电压表、电流表调零，按照图5连接好电路，滑动变阻器的滑片置于最大阻值处.试触、检查电路连接无误.

（2）=2＼*GB3闭合开关，调节滑动变阻器滑片使灯泡两端电压表的示数U=，读出此时电流表的示数I=，并将这两个数据记录在表4中.

（3）=3＼*GB3用计算出小灯泡的额定功率，并记录到表4中.

测量数据记录表：

测量结论：

小灯泡的额定功率为.

在此基础上，可以再设计更高一层次的作业如下：利用上述实验器材，测量小灯泡两端电压分别为2.0V、3.0V时，小灯泡的电功率.仿照上述实验报告，写出主要测量步骤，实验数据记录表和测量结论.