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【摘要】本文以八年级物理《密度》一课为例，探索以随堂实验为抓手，构建自主创新课堂教学模式，培养学生创新精神和创新能力，提高学生的科学素养，并对这种教学模式进行总结。
【关健词】密度 概念教学 随堂实验
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2021）17-0150-03
近几年我区物理中考，很多学生在实验题版块丢分严重，如果出现与课本上不完全一样的实验，那么学生完全无从下手。究其原因，主要是初中物理实验教学给学生动手实践的机会太少，只在必要的分组实验课上让动手操作，况且时间紧迫，大多数学生只会跟着老师依葫芦画瓢，甚至是背实验步骤，不能形成通过实验现象建立理论模型的思维链条，在遇到问题时不能在理论的基础上进行关联思维。这突显了学生学科核心素养的缺失，也说明了物理实验教学要加强“随堂实验”的必要性。物理学是一门综合性极强，以观察、实验为基础的科学。实验教学是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径。物理实验包括演示实验、学生分组实验和随堂实验。随堂实验是指学生在课堂上跟随教师在知识讲授的同时做的实验，教师指导学生进行实验操作，要求学生观察实验，从实验现象中采集所需要的信息，并对所获信息进行整理、分析。然后在此基础上，引导学生通过推理、论证、总结，最后形成学科概念、规律等。在此笔者以初中物理《密度》一课为例，对物理随堂实验进行探讨，以培养学生的创新精神和应用能力等核心素养。
《密度》一课是典型的概念课教学。它首先通过演示实验找出规律，建立密度的初步概念，进而从概念中引申出密度的计算公式、单位及其物理意义，最后利用公式进行简单计算和解决具体问题。本节的知识目标有三个：①理解密度的概念，知道密度是表征物质特性的物理量;②理解密度公式、单位及其物理意义;③会用公式求解物质的密度，进行简单计算。密度概念的建立和形成过程是本课的重难点内容。
一、吃透教材，抓重难点，活用器材，在做中学
密度概念抽象、难理解又极易混淆。课本原编排方式是：通过实验，分别测出多个体积不同的铝块的质量和体积，然后在坐标图里画出m-v图象，由图象看出铝块的质量与体积成正比例，接着求出各自的质量与体积的比值，质量与体积的比值相同，由此得出密度的定义。这过程比较简单、直接，但不够完整、全面，过分地简化了研究过程，照此只要顺着这唯一的路径，便很容易得到结论。但这结论比较勉强，结论缺乏说服力。这样的过程缺乏必要的思维分析和探索过程，使复杂、曲折的研究过程失去了探索性，降低了学生学习的兴趣，使教学过程失去了培养学生创新能力的功能。因此，笔者在实验的方法和操作过程上进行了改进。一是将教师演示实验变为学生随堂实验，给学生充分发挥的时间和空间，让学生亲历概念形成的过程。二是在实验分组和操作方法上，把全班分为4个大组，每一个大组又分3个学习小组;第一个大组测铜块，第二个大组测铁块，第三个大组测铝块，第四个大组测液体;各大组中的第一个学习小组测物块1，第2个学习小组测物块2，第3个学习小组测物块3。三是在实验器材上，作了些改动，物块1是一个正方体，用极少的AB胶把2个物块1粘在一起作为物块2，把3个物块1并排粘在一起作为物块3。这能既有效地利用器材，又能方便计算，有利于学生得出物质的密度是物质固有的一种性质，与质量、体积无关这一结论。
二、科学引导，结合实例，自主实验，辨明概念
（一）“猜一猜”小实验
师：现在讲台上有铝块、铜块、水、酒精、盐水、糖水、木头、海绵等，请同学们猜一猜，它们是什么物质？你是根据什么性质来区分、识别它们的？
同学们都踊跃发言。学生经过观察和讨论，最后归纳出可以根据颜色、气味、形状、硬度等特性来鉴别不同的物质。
（二）直观实物，留下悬念
教师出示两只颜色、形状、大小完全相同，但材质不同的勺子。
师：这是材质不同的两只勺子，你能根据上述四种特性分辨它们是由什么物质组成吗？
生：不能。
师：鉴别物质，仅靠上述四种特性是远远不够的，那还有什么方法能鉴别这两只勺子？
留下悬念，引起学生注意。自然而然引出本节课问题，鉴别物质的另一重要方法——密度。
（三）密度概念的建立过程
1.體积不同——不能比较物体的质量
师：生活中常说“铁比棉花重，油比水轻”。这种说法对吗？
生：不对。因为没讲明铁块和棉花的体积有多大？一大堆棉花有可能比一小堆铁钉重。
师：怎样说才准确？
生：在体积相同时，铁比棉花重，油比水轻。
在教师的引导下，学生知道只有在体积相同时，才能比较物体的质量。
2.体积相同——才能比较物体质量
教师再出示两只形状、大小完全一样的勺子。
师：若事先知道一只是铁勺，一只是铝勺，你有什么办法识别它们吗？
生：放在天平上（或用手掂一下），重的是铁勺，轻的是铝勺。
师生共同总结。要鉴别物质，可采取这样的办法：先取它们的体积相等的量，再比较它们的质量大小。
师：若这两只勺子体积不相等或事先不知道这两只勺子是铁勺和铝勺，你还能采用上述方法识别吗？
学生各抒己见，最后得出结论：不能单凭质量大小来判断。教师指出，因为相同的物质的质量随体积的增大而增大，所以需要我们进一步研究物质的质量随体积改变的规律，从中寻找它的特点。一步步带领学生走入要探究的领域。
3.单位体积——比较物体的质量
指导学生进行分组实验探索。
〖实验目的〗分别测出各物体的质量与体积，研究质量与体积的关系。
〖实验器材〗铜块1、铜块2和铜块3，铁块1、铁块2和铁块3，铝块1、铝块2和铝块3，某液体（水）、烧杯、天平（含砝码）、量筒、滴管。 学生在上节课刚做了用天平称固体和液体质量的实验，仍记忆犹新，故只需简单复习一下天平的使用方法。对如何测固体和液体的体积，只介绍测量方法，但不需学生测量，教师直接给出实验数据，便于简化实验。考虑到该实验内容多，耗时长，为避免冲淡主题，四组实验由各大组的三个学习小组同步进行，各小组只需分别测物质的质量即可。
在学生实验探索前，教师先出示实验思考题：
（1）对同一种物质，它的质量与体积有何关系（正比、反比）？其比值又有何关系（相等、不相等）？
（2）对不同物质，其质量与体积的比值有何关系（相等、不相等）？
（3）在体积相等时，不同物质的质量之间有何关系（相等、不相等）？在质量相等时，不同物质的体积之间有何关系（相等、不相等）？
实验结束后，让学生分组汇报实验数据，并将数据填入表格中。然后引导学生根据思考题对实验数据进行分析、比较和讨论，找到物体之间的共性和差异，归纳出质量与体积的关系，得出实验结论。
【教师总结】在体积相等或质量相等时，我们可采取比较不同物质的质量大小或体积大小的方法来鉴别物质。若物体的质量不相等，体积也不相等时，上述方法便行不通，但我们可以采用质量与体积的比值来鉴别物质。从实验数据分析可知，对于同种物质来说，质量与体积的比值是一个定值，但不同种物质，这个比值不同。质量与体积的比值就等于单位体积物质的质量。同种物质单位体积的质量相同，不同种物质单位体积的质量不同。由此可见，质量与体积的比值反映了物质的一种特性。在物理学中，就用“密度”这个物理量来表示物质的这种特性。
自然而然地引入密度这个概念，并使学生明白采用单位体积比较物体的质量比取相同体积比较物体的质量方便、简捷。
（四）密度公式、单位和物理意义
1.密度公式
引导学生根据实验记录的数据回答两个问题：
（1）20 cm3的铝块质量是54 g，则1 cm3的铝块质量是多少？其密度是多少？
（2）79 cm3的水质量是79 g，则1 cm3的水质量是多少？其密度是多少？
让学生自己进行计算、比较，找出共同特点，总结其中规律，最后导出密度计算公式：
密度=[质量体积]
即[ρ]=[mV]
2.密度单位及其换算
出示例题，由学生通过具体计算，得出密度的单位。
〖例题〗体积是2 m3的铜块，质量是17.8 t，求铜的密度。
解：m=17.8 t=17.8[×]103 kg，V=2 m3
[ρ]=[mV]=[17.8×103 kg2 m3]=8.9[×]103 kg/m3
答：铜的密度是8.9[×]103 kg/m3
从计算中可以看出密度的单位由质量单位和体积单位共同组成。讲解单位的读法和物理含义。再介绍密度的另一常用单位g/cm3。根据kg和g，m3和cm3之间的关系，让学生自己推导两个单位间的换算关系，得出1 g/cm3=103 kg/m3。单位换算对学生而言是个难点，可多举几例进行练习，使学生尽快熟练并掌握。
3.密度是物质的一种特性
引导学生回顾实验数据，总结得出密度是物质的一种特性，利用密度可以鉴别物质。设计三个问题让学生进行思考、讨论：
（1）一杯水倒去一半后，它的质量如何变？体积如何变？密度如何变？
（2）一铝块密度为[ρ]铝=2.7[×]103 kg/m3，截去它的[13]，剩余的部分密度为[ρ]余=1.8[×]103 kg/m3，對吗？
（3）据[ρ]=[mV]可知，[ρ]与m成正比，[ρ]与V成反比，对吗？
通过学生的讨论，排除模棱两可的错误观念，得出结论：同一种物质，它的质量和体积成正比，在状态和环境相同时，密度ρ不变。
三、教学反思
本节课笔者创造性地使用教材，提取具有探索和研究价值的问题，设计成随堂实验，让学生在独立思考、自主研究、积极探索中，不断发现问题并创造性地解决问题。这种构建自主创新课堂教学模式是培养学生创新能力的有效的教学方式之一，其特点主要如下：
（一）具有创新性
传统的“密度”课堂教学，教师占用绝大部分的时间来传授知识，学生只有很少的时间去思考、去学习。而自主创新课堂教学模式使课堂充满了活力，教师提供有探究价值的创新点，设计与内容相关的情境，通过实验，激发和满足不同层次学生的探索与创新欲望，使他们能够获得“亲自得出研究结论”的机会，又能够在实施创新活动的过程中发展能力。在教学的各个环节中注意设计一系列有针对性、有启发性的问题作为铺垫，引导学生在探索的过程中有所创新地解决问题。
（二）具有主体性
本节课始终将学生置于探索者、发现者的位置，给学生更大的自由活动空间和更多的交流机会。如将教师演示实验变为学生探索实验，让学生亲历概念形成的过程，最大限度地调动学生学习的主动性和创造性。教师有目的地提出各种问题，在质疑、解疑的过程中，鼓励学生独立思考、积极思维，并和同桌互相合作，展开交流、讨论，主动探索知识的形成过程。宽松的学习环境，活跃的学习氛围，使学生的心理得到了极大的满足，40分钟，学生的思维一直处于主动激活状态，智力呈开放性上升，不断唤起和激发学生的创新意识和创新欲望。
（三）具有方法性
一个物理概念的建立和形成过程，包含了大量物理学研究的基本方法。本节课把浓缩在其中的思维历程重现，让学生沿着前人思维活动的足迹短暂而迅速地重走一遍，从中体验和学习科学思维的方法。通过设计实验—实验探究—归纳总结，建立密度概念，掌握获取新知识的方法，培养学生的科学素质，拓展思维的深度和广度，这等于交给学生一把打开思维宝库的金钥匙。这给学生今后开展研究性学习、创新性学习打下坚实的基础。
在课堂教学中，如果每一位教师都能做到把创新精神、创新意识落实到每节课中，创造性地使用教材，上出高效率高效益的课，以学生的自我发展为本，以培养学生的创新能力为主，将知识与能力并重，那么就能培养出具有创造性、高素质的综合型人才。
【作者简介】潘小陆（1968— ），女，在职大学本科学历，理学学士，南宁市北湖北路学校物理教师，曾获得“南宁市教学骨干”称号，多次被评为城区级“优秀教师”和“初中毕业班先进工作者”，有多篇论文分别获得自治区一、二、三等奖。
（责编 卢建龙）
【关健词】密度 概念教学 随堂实验
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2021）17-0150-03
近几年我区物理中考，很多学生在实验题版块丢分严重，如果出现与课本上不完全一样的实验，那么学生完全无从下手。究其原因，主要是初中物理实验教学给学生动手实践的机会太少，只在必要的分组实验课上让动手操作，况且时间紧迫，大多数学生只会跟着老师依葫芦画瓢，甚至是背实验步骤，不能形成通过实验现象建立理论模型的思维链条，在遇到问题时不能在理论的基础上进行关联思维。这突显了学生学科核心素养的缺失，也说明了物理实验教学要加强“随堂实验”的必要性。物理学是一门综合性极强，以观察、实验为基础的科学。实验教学是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径。物理实验包括演示实验、学生分组实验和随堂实验。随堂实验是指学生在课堂上跟随教师在知识讲授的同时做的实验，教师指导学生进行实验操作，要求学生观察实验，从实验现象中采集所需要的信息，并对所获信息进行整理、分析。然后在此基础上，引导学生通过推理、论证、总结，最后形成学科概念、规律等。在此笔者以初中物理《密度》一课为例，对物理随堂实验进行探讨，以培养学生的创新精神和应用能力等核心素养。
《密度》一课是典型的概念课教学。它首先通过演示实验找出规律，建立密度的初步概念，进而从概念中引申出密度的计算公式、单位及其物理意义，最后利用公式进行简单计算和解决具体问题。本节的知识目标有三个：①理解密度的概念，知道密度是表征物质特性的物理量;②理解密度公式、单位及其物理意义;③会用公式求解物质的密度，进行简单计算。密度概念的建立和形成过程是本课的重难点内容。
一、吃透教材，抓重难点，活用器材，在做中学
密度概念抽象、难理解又极易混淆。课本原编排方式是：通过实验，分别测出多个体积不同的铝块的质量和体积，然后在坐标图里画出m-v图象，由图象看出铝块的质量与体积成正比例，接着求出各自的质量与体积的比值，质量与体积的比值相同，由此得出密度的定义。这过程比较简单、直接，但不够完整、全面，过分地简化了研究过程，照此只要顺着这唯一的路径，便很容易得到结论。但这结论比较勉强，结论缺乏说服力。这样的过程缺乏必要的思维分析和探索过程，使复杂、曲折的研究过程失去了探索性，降低了学生学习的兴趣，使教学过程失去了培养学生创新能力的功能。因此，笔者在实验的方法和操作过程上进行了改进。一是将教师演示实验变为学生随堂实验，给学生充分发挥的时间和空间，让学生亲历概念形成的过程。二是在实验分组和操作方法上，把全班分为4个大组，每一个大组又分3个学习小组;第一个大组测铜块，第二个大组测铁块，第三个大组测铝块，第四个大组测液体;各大组中的第一个学习小组测物块1，第2个学习小组测物块2，第3个学习小组测物块3。三是在实验器材上，作了些改动，物块1是一个正方体，用极少的AB胶把2个物块1粘在一起作为物块2，把3个物块1并排粘在一起作为物块3。这能既有效地利用器材，又能方便计算，有利于学生得出物质的密度是物质固有的一种性质，与质量、体积无关这一结论。
二、科学引导，结合实例，自主实验，辨明概念
（一）“猜一猜”小实验
师：现在讲台上有铝块、铜块、水、酒精、盐水、糖水、木头、海绵等，请同学们猜一猜，它们是什么物质？你是根据什么性质来区分、识别它们的？
同学们都踊跃发言。学生经过观察和讨论，最后归纳出可以根据颜色、气味、形状、硬度等特性来鉴别不同的物质。
（二）直观实物，留下悬念
教师出示两只颜色、形状、大小完全相同，但材质不同的勺子。
师：这是材质不同的两只勺子，你能根据上述四种特性分辨它们是由什么物质组成吗？
生：不能。
师：鉴别物质，仅靠上述四种特性是远远不够的，那还有什么方法能鉴别这两只勺子？
留下悬念，引起学生注意。自然而然引出本节课问题，鉴别物质的另一重要方法——密度。
（三）密度概念的建立过程
1.體积不同——不能比较物体的质量
师：生活中常说“铁比棉花重，油比水轻”。这种说法对吗？
生：不对。因为没讲明铁块和棉花的体积有多大？一大堆棉花有可能比一小堆铁钉重。
师：怎样说才准确？
生：在体积相同时，铁比棉花重，油比水轻。
在教师的引导下，学生知道只有在体积相同时，才能比较物体的质量。
2.体积相同——才能比较物体质量
教师再出示两只形状、大小完全一样的勺子。
师：若事先知道一只是铁勺，一只是铝勺，你有什么办法识别它们吗？
生：放在天平上（或用手掂一下），重的是铁勺，轻的是铝勺。
师生共同总结。要鉴别物质，可采取这样的办法：先取它们的体积相等的量，再比较它们的质量大小。
师：若这两只勺子体积不相等或事先不知道这两只勺子是铁勺和铝勺，你还能采用上述方法识别吗？
学生各抒己见，最后得出结论：不能单凭质量大小来判断。教师指出，因为相同的物质的质量随体积的增大而增大，所以需要我们进一步研究物质的质量随体积改变的规律，从中寻找它的特点。一步步带领学生走入要探究的领域。
3.单位体积——比较物体的质量
指导学生进行分组实验探索。
〖实验目的〗分别测出各物体的质量与体积，研究质量与体积的关系。
〖实验器材〗铜块1、铜块2和铜块3，铁块1、铁块2和铁块3，铝块1、铝块2和铝块3，某液体（水）、烧杯、天平（含砝码）、量筒、滴管。 学生在上节课刚做了用天平称固体和液体质量的实验，仍记忆犹新，故只需简单复习一下天平的使用方法。对如何测固体和液体的体积，只介绍测量方法，但不需学生测量，教师直接给出实验数据，便于简化实验。考虑到该实验内容多，耗时长，为避免冲淡主题，四组实验由各大组的三个学习小组同步进行，各小组只需分别测物质的质量即可。
在学生实验探索前，教师先出示实验思考题：
（1）对同一种物质，它的质量与体积有何关系（正比、反比）？其比值又有何关系（相等、不相等）？
（2）对不同物质，其质量与体积的比值有何关系（相等、不相等）？
（3）在体积相等时，不同物质的质量之间有何关系（相等、不相等）？在质量相等时，不同物质的体积之间有何关系（相等、不相等）？
实验结束后，让学生分组汇报实验数据，并将数据填入表格中。然后引导学生根据思考题对实验数据进行分析、比较和讨论，找到物体之间的共性和差异，归纳出质量与体积的关系，得出实验结论。
【教师总结】在体积相等或质量相等时，我们可采取比较不同物质的质量大小或体积大小的方法来鉴别物质。若物体的质量不相等，体积也不相等时，上述方法便行不通，但我们可以采用质量与体积的比值来鉴别物质。从实验数据分析可知，对于同种物质来说，质量与体积的比值是一个定值，但不同种物质，这个比值不同。质量与体积的比值就等于单位体积物质的质量。同种物质单位体积的质量相同，不同种物质单位体积的质量不同。由此可见，质量与体积的比值反映了物质的一种特性。在物理学中，就用“密度”这个物理量来表示物质的这种特性。
自然而然地引入密度这个概念，并使学生明白采用单位体积比较物体的质量比取相同体积比较物体的质量方便、简捷。
（四）密度公式、单位和物理意义
1.密度公式
引导学生根据实验记录的数据回答两个问题：
（1）20 cm3的铝块质量是54 g，则1 cm3的铝块质量是多少？其密度是多少？
（2）79 cm3的水质量是79 g，则1 cm3的水质量是多少？其密度是多少？
让学生自己进行计算、比较，找出共同特点，总结其中规律，最后导出密度计算公式：
密度=[质量体积]
即[ρ]=[mV]
2.密度单位及其换算
出示例题，由学生通过具体计算，得出密度的单位。
〖例题〗体积是2 m3的铜块，质量是17.8 t，求铜的密度。
解：m=17.8 t=17.8[×]103 kg，V=2 m3
[ρ]=[mV]=[17.8×103 kg2 m3]=8.9[×]103 kg/m3
答：铜的密度是8.9[×]103 kg/m3
从计算中可以看出密度的单位由质量单位和体积单位共同组成。讲解单位的读法和物理含义。再介绍密度的另一常用单位g/cm3。根据kg和g，m3和cm3之间的关系，让学生自己推导两个单位间的换算关系，得出1 g/cm3=103 kg/m3。单位换算对学生而言是个难点，可多举几例进行练习，使学生尽快熟练并掌握。
3.密度是物质的一种特性
引导学生回顾实验数据，总结得出密度是物质的一种特性，利用密度可以鉴别物质。设计三个问题让学生进行思考、讨论：
（1）一杯水倒去一半后，它的质量如何变？体积如何变？密度如何变？
（2）一铝块密度为[ρ]铝=2.7[×]103 kg/m3，截去它的[13]，剩余的部分密度为[ρ]余=1.8[×]103 kg/m3，對吗？
（3）据[ρ]=[mV]可知，[ρ]与m成正比，[ρ]与V成反比，对吗？
通过学生的讨论，排除模棱两可的错误观念，得出结论：同一种物质，它的质量和体积成正比，在状态和环境相同时，密度ρ不变。
三、教学反思
本节课笔者创造性地使用教材，提取具有探索和研究价值的问题，设计成随堂实验，让学生在独立思考、自主研究、积极探索中，不断发现问题并创造性地解决问题。这种构建自主创新课堂教学模式是培养学生创新能力的有效的教学方式之一，其特点主要如下：
（一）具有创新性
传统的“密度”课堂教学，教师占用绝大部分的时间来传授知识，学生只有很少的时间去思考、去学习。而自主创新课堂教学模式使课堂充满了活力，教师提供有探究价值的创新点，设计与内容相关的情境，通过实验，激发和满足不同层次学生的探索与创新欲望，使他们能够获得“亲自得出研究结论”的机会，又能够在实施创新活动的过程中发展能力。在教学的各个环节中注意设计一系列有针对性、有启发性的问题作为铺垫，引导学生在探索的过程中有所创新地解决问题。
（二）具有主体性
本节课始终将学生置于探索者、发现者的位置，给学生更大的自由活动空间和更多的交流机会。如将教师演示实验变为学生探索实验，让学生亲历概念形成的过程，最大限度地调动学生学习的主动性和创造性。教师有目的地提出各种问题，在质疑、解疑的过程中，鼓励学生独立思考、积极思维，并和同桌互相合作，展开交流、讨论，主动探索知识的形成过程。宽松的学习环境，活跃的学习氛围，使学生的心理得到了极大的满足，40分钟，学生的思维一直处于主动激活状态，智力呈开放性上升，不断唤起和激发学生的创新意识和创新欲望。
（三）具有方法性
一个物理概念的建立和形成过程，包含了大量物理学研究的基本方法。本节课把浓缩在其中的思维历程重现，让学生沿着前人思维活动的足迹短暂而迅速地重走一遍，从中体验和学习科学思维的方法。通过设计实验—实验探究—归纳总结，建立密度概念，掌握获取新知识的方法，培养学生的科学素质，拓展思维的深度和广度，这等于交给学生一把打开思维宝库的金钥匙。这给学生今后开展研究性学习、创新性学习打下坚实的基础。
在课堂教学中，如果每一位教师都能做到把创新精神、创新意识落实到每节课中，创造性地使用教材，上出高效率高效益的课，以学生的自我发展为本，以培养学生的创新能力为主，将知识与能力并重，那么就能培养出具有创造性、高素质的综合型人才。
【作者简介】潘小陆（1968— ），女，在职大学本科学历，理学学士，南宁市北湖北路学校物理教师，曾获得“南宁市教学骨干”称号，多次被评为城区级“优秀教师”和“初中毕业班先进工作者”，有多篇论文分别获得自治区一、二、三等奖。
（责编 卢建龙）