评价考题求真，创新实验育能

杨婉荣

引导学生自主设计创新型实验，并在实验的操作过程中理解理论知识是一种创新的教学方式，也是促使学生在动手基础上思维参与的深度学习的有效方式。学生自主设计创新型实验有助于切实提高学生的科学思维和探究能力。下面以制作“中考真题情境中的密度计”为例，阐述如何在设计创新型实验的过程中科学思维，质疑求真。

问题的提出：

中学生自主设计创新型实验的目的是锻炼学生的思维，提高学生的探究能力。创新实验的源泉来自哪里？概念与规律的验证实验、将习题转化为实验、综合实践活动的重新设计是学生自主创新实验的三个主要来源。笔者选取“将习题转化为实验”这个方面展开教学，选择一道关于密度计的真题为实验的原型，以质疑题设情境真伪为动机，鼓励学生自主动手实验，引导学生将理论知识与实践相结合。激发同学们实验的热情，引导同学们在动手实践的过程中认识问题的实质，锻炼思维，提高能力。

教学实践：

一、梳理真题，初步探究

真题展示：（2018·常州）兴趣小组自制液体密度计，请完成计算：

步骤：取一上端开口的薄壁厚底玻璃筒，标有0～50mL体积刻度。

3.将空玻璃筒开口向上放入待测液体中，向玻璃筒内加水至外侧待测液体液面与玻璃筒记号线重合，利用玻璃筒内水的体积刻度，可测得待测液体的密度。g取10 N/kg，问：

（1）每次实验，玻璃筒记号线与外侧液面相平时，其排开外侧液体的体积是多大？

（2）玻璃筒的重力有多大？

（3）该密度计能够测量的液体密度的最大值有多大？

遵循实验步骤，制作密度计

首先，让学生按照题目的实验步骤，寻找合适的实验器材，制作密度计。

通过中考实验题目引入，鼓励同学们依据情境制作题目中设定的密度计，这样设计，一方面实现了不仅从教材中综合实践活动课，还可以自制密度计完成教学导入的目的，拓宽了学生的思维，发现不同密度计的设计方法；另一方面鼓励同学们质疑求真，反思不同的设计方法的优缺点，从而达到能力的真正提升。

观察学生的学习成果可以发现，学生可以做到先综合运用浮力知识正确求解出情境中需要求解的答案，再依据文本、图片素材，进行实验。

初步设计的实验需要用到的器材：玻璃管、细沙（配重）、记号笔（防水）、量筒（0～100 mL）、胶头滴管等。

二、动手实践，发现问题

实验器材初步选定后，实验过程会一帆风顺吗？同学们会遇到哪些问题呢？

实验刚开始，同学们就发现了问题：大试管与细沙总重100 g，大试管口径很大，这样就会导致密度计刻度过于集中，不便于实际测量，误差较大。若换用小口径试管代替大试管制作密度计，则小试管因为浮力过小直接沉在水底。同学们再次审题，思考实验的原理、实验的过程、实验的方法以及实验的数据等。细心的同学发现：题目情境下的V排=100 mL，若选用小量程试管制作密度计，则小试管总量程不过50mL，它无法完成实验；若采用30 mm大口径的试管制作密度计，则带来的问题是密度计会非常笨重。于是，同学们大胆地得出结论：出试题的老师并没有过多思考它的功能性，这就意味着依据试题所述情境制作的密度计仅仅是停留于试题上的产物。

三、提煉想法，改编真题

我们能否改编这个中考真题呢？经过改编，密度计能否制作成功呢？

如何“改小”这支密度计，成了同学们热议的话题。实验器材、实验数据等能否改变？同学们从反思本题的求解过程出发，具体思路如下：

在上述研究过程中，同学们至少有三点收获：一是，只有在实验的过程中才能发现中考真题题述情境下的数据设计不合理；二是，只有在动手实验的基础上才会萌生出改小题目数据，重新设计密度计的冲动；三是，同学们得到启发，实验创新并不是空穴来风，它来源于真实情境，它是基于事实的质疑和发现，而这个发现过程并没有那么高深，它源于思考。

四、深挖创新，优化实验成果

（一）制作密度计

再次动手实验，同学们又有新的发现。

发现的问题：1.细沙加入小试管后，细沙和试管不能构成整体，试管中加减水的过程不能完全倒出。如何让密度计成为一个整体？

2.细沙吸水，不能通过试管中加入水的体积反应液体的密度，实验误差较大，如何处理？

3.小试管放入液体中时，重心不稳，容易倾倒、倾斜，如何让密度计在液体中保持竖直平衡？

实践的过程中总有意想不到的问题，同学们借助媒体、网络等平台拓宽思路，寻找有用的方法。因为发现的问题比较集中，同学们自发地分工合作寻求解决问题的方法。有的同学负责寻找解决密度计稳定问题的方法，有的同学负责寻找配重与小试管连接在一体的方法等。经过搜索大量的素材，头脑风暴式争论，同学们寻找到许多有用的方法，比如，密封方法：蜡封、油封、胶水密封、水加蜡封等；配重方法：用油、小钢珠作为配重等。同学们不停地试错，最终，同学们抛弃了上面的所有方法，自主开发了如下的方法制作配重。

实验材料：饱和食盐水、食盐、小布条作为配重、电子天平（称重）、15 mm口径的小试管

同学们制作的密度计的特点：1.整体质量控制在20 g，密度计中加减水时，密度计原本配重和玻璃管的质量几乎不变，精度保持完好。

2.利用食盐和饱和食盐水充当配重材料，在实验过程中，食盐颗粒调整密度计竖直漂浮状态比钢珠效果更好，它能使密度计更快地调整到竖直漂浮状态。这是非常智慧的做法，也是在实践中的感悟。

3.小布条浸水后密封效果好，成功解决了配重和玻璃管难以合二为一的难题，经检验这个装置放在室内较长时间质量也不发生变化，有利于实验器材的反复使用。

同学们制作了不同于普通密度计的新型密度计。这支密度计的特别之处包括：1.测量密度的方法是把这支密度计放在不同的待测液体中，然后往密度计内部管中加清水，直到外侧液体的液面与密度计标注的刻度平齐，然后从刻度读出密度值。

2.这是一种创新的做法，是从无到有的探究过程，是同学们利用物理知识解决实际问题的有力证据。反映了核心素养中切实培养同学们的科学思维这一要求。学会从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认知方式，是基于经验事实构建理想模型的抽象概括过程。

（二）给密度计标度

以“数学方法寻找标度”方法为例，看学生的迁移能力。

通过给密度计标上刻度，密度计成果展示等活动，引导同学们反思评价设计成果。一方面，通过真实的密度计设计、实验过程体验学习，这是一个完整且真实的学习过程。另一方面，同学们从工程的视角反思评价作品成果，思考它的优点和不足。同时，同学们可以把自制的密度计与教材中设计的自制密度计进行对比，全面的、多角度的评价。这样的评价有比较，更加的立体，感受更加深刻。这样的学习有一定的深度，没有生硬的引导，水到渠成。

五、实践感悟

苏霍姆林斯基说：“人的内心里有一种根深蒂固的需要总想感到自己是发现者、研究者、探寻者。”同学们基于中考真题，大胆质疑，评析求真，对于中学生来说非常有意义。首先，对于这个实际问题，课本上没有参照的标准，同学们细心观察思考、实验探究、交流讨论，切实锻炼了科学思维素养。其次，这是一次真实的探究之旅，同学们体验了从无到有、从理论到实践的完整过程。例如：（1）同学们设计的这支密度计精确度高、量程大、刻度均匀，打破了对传统密度计刻度不均匀的惯性认识，发散了思维。（2）同学们体会了改编中考题目的乐趣，锻炼了独立思考的能力。（3）整个探究过程引导学生的学习进入了深刻的层面，学会了利用科学的物理方法認识事物的本质，形成了物理品格。