任务引领，问题驱动

唐建华

摘 要：中考一轮复习不仅要帮助学生将有所遗忘的知识回忆起来，还要帮助学生将知识点结构化、系统化，建立知识网，形成科学的思维方法。“质量和密度”中考一轮复习，通过组合实验创设情境，通过一系列问题驱动学生完成“用天平制作液体密度秤”的核心任务。此外，问题的设置是以创新实验为抓手的，而在问题解决中重视了学生思维的训练。

关键词：初中物理；中考一轮复习；问题驱动；核心任务

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本文系江苏省教育科学“十三五”规划2018年度立项课题“基于‘问题导向’的中学物理课堂教学模式的研究”（编号：Ec/2018/13）的阶段性研究成果。

复习课要做到“温故而知新”，但很多复习课只有“温故”，而没有“知新”——只是将以前学过的知识回忆起来，没有更深一步揭示知识间的联系，没有使学生对已熟悉的概念、规律理解得更全面、深刻，产生新的认知。中考一轮复习，不仅要帮助学生将所遗忘的知识回忆起来，还要帮助学生将知识点结构化、系统化，建立知识网，形成科学的思维方法。对“质量和密度”的中考一轮复习，笔者开展了相关教学探索。

一、 教学过程

对于“质量和密度”，《义务教育物理课程标准（2022年版）》的要求是“知道质量的含义。会测量固体和液体的质量”“通过实验，理解密度。会测量固体和液体的密度。能解释生活中与密度有关的一些物理现象”［1］。显然，这部分内容需要学生掌握的重要技能是称量，需要学生理解的核心概念是密度。相关的中考一轮复习应该如何开展？笔者认为，要突出“探究物质质量与体积的关系”这一实验，它是构建密度概念的基础；还要有所拓展，提炼出知识背后的思想方法——比值定义法。据此，笔者设计了“利用无砝码的天平制作一个密度秤，测量液体的密度”这一核心任务，并通过一系列问题驱动学生展开复习。问题如下：（1）有水和盐水两杯液体，有哪些方法能区分它们？（2）如何用无砝码的天平、柱形杯子、注射器快速地区分水和盐水？（3）如何用无砝码的天平、柱形杯子、注射器测量盐水的密度？（4）如何用相同体积比质量的方法将天平制成密度秤？（5）如何用相同质量比体积的方法将天平制成密度秤？具体的教学过程，围绕这五个问题展开。

（一） 区分水和盐水

师 （提出第一个问题）有水和盐水两杯液体，有哪些方法能区分它们？

生 可以尝一口，咸的那杯液体是盐水。

师 尝一口，是根据不同物质的味道不同，味道是物质的一个属性。还有什么方法？

生 看两种液体的导电性，导电性强的液体是盐水。

生 测出两种液体的密度，密度大的液体是盐水。

生 让木块分别漂浮在两种液体上，其中木块露出体积多的液体是盐水。

……

从本单元上位的概念“物质的属性”开始，学生可以想到由两种物质的味道、导电性、密度的不同来区分。这是从大概念开始复习，让学生通过具体的任务理解：无论通过味道、导电性还是密度来区分液体，实际上都是物质的物理属性不同。

（二） 快速区分水和盐水

师 （提出第二个问题）如何用无砝码的天平、柱形杯子、注射器快速地区分水和盐水？

生 将两个相同的柱形杯子放在天平的托盘中，通过调节平衡螺母使天平平衡，然后用注射器取相同体积的两种液体，分别装入两个杯子，质量大的液体是盐水。

生 还可以用注射器取相等质量的两种液体，体积小的液体是盐水。

师 以上是两种比较物质密度大小的方法：相同体积比质量和相同质量比体积。

利用实验创设真实情境，让问题具有较强的挑战性——无砝码的天平意味着无法测量质量。这引导学生理解密度概念。密度是反映物质密集程度的物理量，其概念的产生是通过比较的方法得出的。而比较的方法有两种：一是相同体积比质量，质量大的液体密度大，是盐水；二是相同质量比体积，体积小的液体密度大，是盐水。液体质量的比较可以通过天平实现，体积的比较可以通过注射器实现。同时，还引导学生复习天平的使用，主要从操作的角度思考实验步骤。虽然天平无砝码，但涉及天平如何调节，包括天平的游码怎样使用、如何用水来替代砝码等问题。

（三） 测量盐水的密度

师 （提出第三个问题）如何用無砝码的天平、柱形杯子、注射器测量盐水的密度？

生 将两个杯子放在天平两边的托盘中，调节天平平衡。用注射器取等体积的盐水和水，盐水注入左盘杯子，水注入右盘杯子，然后向右移动游码使天平平衡。通过水的体积计算水的质量，结合游码示数得到盐水的质量，最后结合盐水体积计算出盐水的密度。

师 这是利用相同体积比质量的方法测得盐水密度的。现在请大家利用该方法测量盐水密度，然后交流。

（学生探究。学生交流时发现：无论取10mL盐水和水，还是取20mL、30mL盐水和水，测出的密度基本相等；盐水的质量与体积成正比，比值就是密度；两种液体的体积相同时，盐水的质量与水的质量也成正比，比值就是盐水和水的密度比。）

生 还可以用注射器取等质量的盐水和水，将盐水注入左盘杯子，将水注入右盘杯子，通过水的体积计算水的质量，最后结合盐水的体积，就能计算出盐水的密度。

这里，通过问题引导学生从定性分析到定量计算出盐水的密度，具有一定的难度和开放性。学生需要深入思考前面提出的区分液体的方法，需要以两种液体相同的物理量为基础，找出不同物理量的具体差异，以水为比较标准，得出盐水的密度。教学中，学生共想出两种难度不同的方法，教师先让学生介绍比较容易的一种方法（取相同体积）。这样的安排贴合学生的思维水平，能让学生形成系统的思维过程。让学生具体实验时，教师故意没有对液体体积作出要求。学生测量时，各小组取的盐水的体积一般不同。这样，学生交流时就能生成更多的学习资源。

（四） 制作密度秤

1. 用相同体积比质量的方法

师 （提出第四个问题）如何用相同体积比质量的方法将天平制成密度秤？

（学生总结提炼方法。）

师 既然是“秤”，我们还要考虑哪些问题？

生 测量原理。

生 量程。

……

师 取相等体积的盐水和水，利用游码最大是5g的天平制作密度秤，要求最大量程是1.25g/cm3，要取多少相等体积的盐水和水？液体密度标注在什么地方？小组讨论后全班交流。

生 液体的密度要标注在游码位置，因为左盘放盐水，右盘放等体积的水。盐水的密度越大，其质量相对于右盘的水就越大，游码移动得就越多，所以游码移动的位置能反映盐水的密度。

生 天平密度秤的最大量程是1.25g/cm3，要标注在游码最大位置5g上，而液体体积相等，液体质量相差5g，则可以写出表达式：ρ盐 V=ρ水 V + 5g。当ρ盐=1.25g/cm3时，能得出V=20cm3。

师 天平左盘的盐水和右盘的水都取20cm3。大家在天平游码位置标注液体密度，同时测出盐水的密度，然后交流。

（学生在学案上完成天平密度秤的标注，结果如图1所示。然后，利用此天平密度秤测出盐水的密度。）

这里，引导学生将之前测量盐水密度的方法再抽象概括，思考如何制作液体密度秤。自然地，学生就要思考测量工具的原理、量程等问题。为了让学生聚焦对原理的思考，教师明确了要求，于是学生生发了别样的精彩。

2. 用相同质量比体积的方法

师 刚刚，我们探究了如何用相同体积比质量的方法将天平制成密度秤，现在，我们继续探究：（提出第五个问题）如何用相同质量比体积的方法将天平制成密度秤？

生 要确保液体的质量相等，不用移动游码。液体的体积用注射器来判断的，液体的密度可以标注在注射器上。为了方便计算和操作，我们需要两个完全相同的注射器，用一个注射器先取10mL的盐水放在左盘，再用另一个注射器取水放在右盘，调节水量直到天平平衡，根据右盘注射器中水的体积就能计算水的质量（也就是盐水的质量），然后计算盐水的密度。（展示作品，如图2）这是我们标注好密度后的注射器。

师 如果我们先取10mL的水，然后用另一个注射器取等质量的盐水，那么标注出的密度会像图2这样吗？

生 这两种方法都是质量相等，即ρ盐·V盐=ρ水·V水，但函数关系不同。前面盐水的体积是10mL，即ρ盐·10mL=ρ水·V水，所以ρ盐与V水成正比，所以注射器上标注出的刻度是均匀的。如果水的体积是10mL，则有关系ρ盐·V盐=ρ水·10mL，此时变量是ρ盐和V盐，可以看出ρ盐和V盐成反比，这样注射器上标注出的刻度就不均匀了。

師 天平两边放注射器的思路是可以的，但水不能溅到天平上。学案上提供的是柱形杯子，要求在天平两边的柱形杯子上标注出液体密度，同时要求刻度要均匀。大家思考一下：密度应该标注在什么位置？为了方便交流，我们规定盐水和水中的一个液体要取20mL。

生 应先取20mL的盐水倒入天平左盘的柱形杯子，然后取水倒入天平右盘的柱形杯子，调节水量使天平平衡。此时，两者质量相等，有ρ盐·20mL=ρ水·V水，ρ盐与V水成正比，所以密度应标注在装水的柱形杯子上；又因为用柱形杯子装水，底面积S不变，即有V水=h水·S，所以ρ盐与h水成正比，刻度是均匀的。

（学生完成第二种天平密度秤的标注，作品如图3所示。然后，利用此天平密度秤测出盐水的密度。）

继续引导学生复习密度比较的另一种方式——相同质量比体积。这里，根据学生的生成，提供了多种解决问题的方法，学生就可以好中选优，发展科学探究素养和批判性思维。

3. 比较并应用密度秤

师 刚刚，我们用两种方法制作了密度秤。一是相同体积比质量，通过游码移动来比较质量，盐水密度标注在游码刻度上，我们测出盐水的密度是1.13g/cm3；二是相同质量比体积，盐水密度标注在柱形杯子上，我们测出的盐水的密度是1.125g/cm3。最后，我们用标准的液体密度计测量盐水的密度，来检验制作的天平密度秤的测量精度。

（指名学生上台用液体密度法测量，测量结果是1.128g/cm3。）

师 测量实际上就是比较，我们制作的两种天平密度秤，都是将待测盐水与标准量水进行比较：一是相同体积比质量，二是相同质量比体积。密度概念的得出也是通过比较同种物质组成物体的共性、不同物质组成物体的区别得到的。物理学中还有其他概念，如比热容、热值等，也是这样得到的。课后，请大家继续思考：两种天平密度秤如何提高测量精度？如何利用今天的研究方法设计其他密度秤？

二、 教学思考

（一） 中考一轮复习教学应以核心任务为主线

中考一轮复习教学不能是新课教学的快速推进版，也不能直接等同于习题课教学，而需要从单元教学的角度，抓住单元核心知识，厘清单元知识关系。“质量和密度”主要围绕密度这一物质的特性展开，要想真正理解密度，就要理解密度是如何利用质量和体积通过比值定义的。只有掌握了比值定义法，才更容易理解其他类似的概念。本单元的一项重要技能是称量，所以围绕天平设计任务，用无砝码的天平改装密度秤。因为是中考一轮复习教学，所以聚焦本单元的重难点，尽量不涉及后面还没有复习到的单元知识，如杠杆、浮力等。本课围绕测量盐水密度展开，复习了质量、质量的测量、密度、密度的测量、物质的其他物理属性等。由于有具体的任务引领，测量结果就是对学习过程很好的评价，所以学生的学习热情高涨，思维活跃。

（二） 任务达成可用问题来驱动

课堂教学问题不能太多、太碎，要让学生“跳一跳，摘果子”，所以需要设计能引发学生思考的高质量问题。本课设计了五个驱动问题，让学生先定性分析后定量计算；先复习概念，然后理解应用，最后设计创造、展示评价。梯度的问题给学生学习合理搭建了台阶，助力学生的思维从记忆理解的低阶思维升级为分析创造的高阶思维。

（三） 问题设置可以创新实验为抓手

实验是物理教学的重要手段，也是物理教学的重要内容。复习课上的问题不能干巴巴地提出，而可以实验及实验创新为抓手。本节课以天平这个重要的实验工具为基础，取走其砝码，结合注射器、柱形杯子、刻度尺等工具，组合创新设计实验，将天平改装设计成密度秤，给学生提供解决真正问题的应用平台，有效地提升了学生对物理知识的灵活应用能力和创新能力。

（四） 问题解决中要重视思维训练

科学思维的培养是一个循序渐进的过程，中考一轮复习也要重视思维训练。课堂中的驱动问题都是开放的，每个问题都有多个答案，能有效拓展学生思维的广度。多次探讨密度秤的刻度是否均匀，需要学生对问题建立物理模型，厘清物理关系。比如，移动游码制作密度秤的关系是ρ盐·20mL=20g+m游，m游与ρ盐是一次函数关系，因此刻度是均匀的。又如，利用相等质量比体积的方法制作密度秤的关系是ρ盐·V盐=ρ水·V水，若V水不变，V盐和ρ盐成反比，则在装盐水的柱形杯子上标注的密度就是不均匀的；若V盐不变，V水和ρ盐成正比，则在装水的柱形杯子上标注的密度是均匀的，第二种密度秤就是利用这种方法制作的。这些问题的解决，对学生的思维发展是一次极好的锻炼。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［S］．北京：北京师范大学出版社，2022：10.