注重学生自主探究 提高学生核心素养——以“测量身边物品的密度”教学为例

文∣杨红

《义务教育物理课程标准(2011年版)》以提高学生物理核心素养为宗旨，让学生在“知识与技能”“过程与方法”和“情感态度与价值观”三方面得到发展，而物理科学探究是落实物理课程目标，全面提高学生核心素养的重要途径，起着其他教学形式不可替代的作用。实验是科学探究的重要方式之一，不仅能培养学生的科学探究能力，还能培养学生对科学探究的兴趣与热情，养成实事求是的科学态度，树立正确的世界观。在教学实践中，部分教师把教学的重心放在知识目标上，忽视了“过程与方法”和“情感态度与价值观”目标的达成，导致在教学中过于强调传授知识、强记硬背、机械训练，忽略了对学生积极参与、主动探究、勤于实践的意识、习惯、思维和能力的培养。

本文以“测量身边物品的密度”探究教学为例，让学生在家中利用日常用品和相关工具，自己设计方案，测量身边物品的密度，回到课堂再分享展示，交流总结，改进完善探究方案，切实提升探究能力。这种方法不仅接近了物理学科与日常生活的距离，更增强了学生自主探究、分析问题和解决问题的能力，培养学生创新意识和创造性思维，提高学生的物理学科核心素养。

一、创设情境，激发兴趣，培养解决问题意识

建构主义认为，最好的学习方法是让学习者到真实环境中去感受、体验，而不是只听别人的介绍和讲解。物理学通过研究自然界中的物理现象，得出物理规律与物质本质，它是一门源于生活的自然科学，因此创设实验情境也应该贴近现实生活，让学生从身边熟悉的生活现象来探究并认识物理规律，将课堂学到的物理知识及科学探究的方法应用到实际生活中，这样不仅能够启发学生的思考，激发学生的探究兴趣，更能培养学生良好的思维习惯，提高其科学探究能力。

在教学中，教师可以创设接近学生生活的真实情境，激发学生探究的兴趣，适当指导他们进行实验探究的方法，从而有效地激发和引导学生开展自主探究实践。例如，针对社会上某些不良商家出售一些不合格产品，普通消费者难以凭肉眼辨识，教师可向学生提出：我们能否利用所学的 “密度”知识，做一名“打假英雄”，鉴别所买商品的真伪？学生已经学习了“密度是物质的一种性质，同种物质的密度是相同的”；知道了生活中的物品也有一个合格标准范围内的密度值，因此，测量物体的密度可以作为鉴别商品质量的一个参考。在实验室，学生已做过测量固体和液体密度的实验，这也为他们在家中自行测量日用物体的密度提供了原理和方法。不过，实验室测量密度用的是天平和量筒，家庭中很少有，笔者便建议学生可利用家用食品电子秤或弹簧秤测质量，用有刻度的量杯等容器测体积，同时提醒学生，若以上设备家里都没有，要自行寻找解决方法。

二、任务驱动，自主探究，增强实验探究能力

科学探究提倡学生自主探究，学生自主完成物理探究活动需要一定的时间，一方面物理课堂学习时间有限，另一方面学生在校期间进行探究活动难免对教师心存依赖，教师过多、过细的指导会削弱学生的探究。况且，科学探究要解决的本来就是生活中的问题，把测量身边物品密度的探究实验放在周末，让学生在家中自主完成也是恰如其分的。当然，学生完全独立地进行自主探究肯定会遇到困难，甚至难以进行下去，因此教师的适当指导也是必要的。

为了方便学生找到共同的探究物品，笔者布置学生周末回家测量“醋、牛奶、食用盐、大米”四种物品的密度，若有疑难问题，可先尝试自行想办法解决，实在无法解决的，再通过电话或网络与教师联系。在学生自主探究的过程中，他们想到了各种测量质量、体积的办法，同时也遇到了一些问题。例如，测量盐的体积时，有学生提出，直接把盐放入有水的量杯中，盐会溶于水中，无法测出体积；有其他的学生则提议用保鲜膜包好再放入水中测量，也有学生认为用了保鲜膜会使测量的体积偏大，盐很细小，可以直接用带刻度的量杯测量即可。测量大米的体积时，有学生提到，因为大米颗粒比较大，用量杯直接测大米的体积由于米粒之间有空隙，测量的体积会偏大；若放入水中测量，大米会吸水膨胀，测量的体积会偏大，不知如何解决。对于这一问题，笔者建议学生上网搜索解决办法。学生搜索到一个办法：将大米与空气密封在一个注射器内，利用注射器测出大米与注射器内空气的总体积，再测出注射器内空气的体积就可以得到大米的体积，但这要用到压强的知识，而且家中也没有注射器。有学生从中受到启发：如果把大米放在塑料袋中密封，再用抽气筒把袋中的空气抽出来，就可以用“排水法”测大米的体积了。还有学生提出家里没有量杯，笔者提醒他们，用排水法测固体的体积是由于固体放入量筒后，固体占据了水的空间，水会被排开使水面上升，排开水的体积就等于固体的体积。现在没有量筒量杯，不能直接把排开水的体积测出来，那就用电子秤测出排开水的质量，再用质量除以水的密度，得出排开水的体积，也等于放入固体的体积。得到教师的提示后，学生不但用电子秤间接测出了盐和大米的体积，还测出了醋和牛奶的体积。大多数学生都顺利完成了测量规定物品的密度，有些学生甚至还测量了其他物品的密度，如父母的戒指、不锈钢勺、食用油、鸡蛋等。

“测量生活用品密度”这样的自主探究实践活动可以让学生掌握测量密度的基本方法，创造性地学到测量密度的其他特殊方法，极大地培养他们通过自主探究、分析解决问题的兴趣和能力，这些都是在课堂学习中无法实现的。

三、分享展示，交流总结，提升学生核心素养

科学探究的目的是发现客观的科学规律，这不仅要求学生能够对实验数据进行分析和论证，更要求学生对前面的探究做出评估。评估是指对探究的行为和所收集信息的科学性、可靠性能够提出进一步的思考，从而发现新问题、新现象、新方法，这对发展学生的批判性思维具有积极的意义，有利于学生养成严谨的科学态度。

在学生完成家中的科学探究后，教师利用课堂时间，让大家互相展示分享探究成果，让他们发现自己在探究过程中的不足，听取别人的建议，学习他人的优点，不断改进和完善自己的探究方案，切实提升学生的物理探究能力和核心素养。

在课堂展示中，学生纷纷利用自制的电子课件向大家展示自己在家探究测量日常物品密度的实验思路、过程、方法和实验结果。有学生测出的物品密度比标准值偏大或偏小，教师引导其他同学对其实验过程、方法进行分析探讨，寻找原因。例如，有学生测出某品牌的纯牛奶的密度是1.021 g/cm3，而网上查到的纯牛奶的密度是1.1～1.2 g/cm3，该学生详细讲解实验过程后，有学生提出“用电子秤测水的质量之后，又用同一个杯子装牛奶，可能会稀释牛奶”；又有学生则认为“微量的水即使有影响，但影响不大，可能是杯子所装水和牛奶的体积不同造成的”；还有学生认为“可能是牛奶包装打开后当时的温度、气压影响了它的密度”……在大家各抒己见的讨论中，学生对实验误差产生原因积极交流，思维方法和实践能力得到了切实提高。

通过自主探究，大家不但学到了解决问题的方法，还举一反三地归纳总结了测量液体固体体积的特殊实验方法，这也是近几年来中考的热点。例如，用坠沉法(如图1)和按压法(如图2)测蜡烛、木块的体积；用溢水法(如图3)和补水法(如图4)测不能放入量杯的固体的体积；用等体积法测液体的体积(如图5)。

图1

图2

图3

图4

图5

关于密度的知识点，《义务教育物理课程标准(2011年版)》要求学生通过实验来建立密度的概念，这属于认知目标的理解水平；要求学生能通过实验测量固体和液体的密度，这是实验技能方面的要求，属于独立操作水平；要求学生能将所学的密度知识与生产、生活中的实际问题紧密联系起来，并会用密度的知识解决一些简单的问题，如用密度知识鉴别物质等。本文中通过“测量身边物品的密度”的探究教学，不仅提高了学生的实验能力和分析、解决问题的能力，达成了“过程与方法”的课程目标，还在探究的过程中激发了学生学习的热情，体验了成功的快乐，培养了实事求是的科学态度，使他们从课堂走向生活，从生活走向物理，体现了“情感、态度、价值观”的课程目标。这也对学生建立物理概念，学习物理规律，以及后面将要学到的重力、压强、浮力等知识打下良好的基础，为培养学生物理学科核心素养，促进他们终生学习和发展奠定坚实的基础。

综上，在物理教学中，教师可以通过创设情境，激发学生兴趣，培养学生解决问题意识；通过任务驱动，引领学生自主探究，增强学生分析问题、解决问题和动手实践的能力。学生在课堂上分享探究过程，展示实验成果，互相交流体验，教师评估总结，以培养学生创新意识，提高思维能力和实践水平，全面提升学生物理学科核心素养。