黃葛鴻

摘 ? 要：儀器本身帶來(lái)的系統(tǒng)誤差雖然給教學(xué)活動(dòng)帶來(lái)一定的困擾，但如果能利用好，其可取到較好的效果。如：在測(cè)量液體密度實(shí)驗(yàn)中，個(gè)別量筒存在“調(diào)零”的問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果造成較大影響。教師在量筒存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行二次實(shí)驗(yàn)教學(xué)。從校準(zhǔn)量筒，至提出實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案，實(shí)現(xiàn)減小實(shí)驗(yàn)測(cè)量誤差。學(xué)生從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究方案、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用課堂的二次實(shí)驗(yàn)，最終提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)研究的能力。

關(guān)鍵詞：儀器問(wèn)題;二次實(shí)驗(yàn);測(cè)量液體密度;實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn);科學(xué)素養(yǎng)

在測(cè)量液體密度實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于少數(shù)量筒示數(shù)的不準(zhǔn)確，學(xué)生測(cè)量鹽水的密度誤差變大。如圖1所示，量筒放置在電子秤上質(zhì)量為91.0g（圖a）;往量筒中倒入自來(lái)水（為了觀(guān)看效果，水中滴入紅色墨水）至10ml的位置（圖b），電子秤示數(shù)為98.5g;繼續(xù)倒水至20ml的位置（圖c），電子秤的示數(shù)為107.9g;倒水至30ml的位置（圖d），電子秤示數(shù)為117.7g。前10ml液體的體積測(cè)量不準(zhǔn)確是本次實(shí)驗(yàn)誤差的其中一個(gè)原因。基于此，筆者將量筒的這種現(xiàn)象定義為量筒制作時(shí)沒(méi)有認(rèn)真“調(diào)零”。學(xué)生所測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由于儀器問(wèn)題而帶來(lái)的錯(cuò)誤對(duì)學(xué)生各方面造成的負(fù)面影響較大。那么我們是將該類(lèi)型的量筒直接換用還是另有用途呢？

“ ‘二次實(shí)驗(yàn)法”在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用”[ 1 ]一文中指出，學(xué)生在經(jīng)歷整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果存在誤差或不足，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行改進(jìn)再次實(shí)驗(yàn)，可培養(yǎng)學(xué)生的各項(xiàng)綜合能力。在科學(xué)研究的過(guò)程中難免會(huì)遇到一些意想不到的意外，學(xué)生采用科學(xué)的研究方法分析和解決意外是其往后科研道路的必備品質(zhì)。筆者認(rèn)為，在本次量筒的意外事件中，雖然直接給學(xué)生換一個(gè)精度更高的量筒即可順利完成本節(jié)課的教學(xué)，達(dá)到科學(xué)探究的方法的滲透。但是學(xué)生僅僅掌握一種方法而在具體突發(fā)事件中未及時(shí)運(yùn)用，難免有些紙上談兵。杜威認(rèn)為科學(xué)是一種方法的訓(xùn)練，教育的目的隨著生活的生長(zhǎng)而生長(zhǎng)[ 2 ]。因此，一節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)并不是不變的，它應(yīng)該是隨著課堂教學(xué)的成長(zhǎng)而成長(zhǎng)出的新的目的。故筆者認(rèn)為可否在儀器誤差的出現(xiàn)后，引導(dǎo)學(xué)生尋找問(wèn)題進(jìn)行二次探究，能夠提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。經(jīng)課堂的教學(xué)實(shí)踐研究，筆者以人教版初中物理實(shí)驗(yàn)“測(cè)量鹽水的密度” 為例，介紹如何借助量筒本身設(shè)計(jì)的缺陷，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，深入二次實(shí)驗(yàn)探究。學(xué)生親自參與至實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ拍軌虻靡蕴嵘?，最終落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)，提升學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)[ 3 ]。

1 ?反思數(shù)據(jù) 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

1.1 ?實(shí)驗(yàn)器材

量筒（10ml～100ml），學(xué)生天平，燒杯（100ml），鹽水（80ml）。

1.2 ?誤差的發(fā)現(xiàn)

依據(jù)教材設(shè)計(jì)[ 4 ]，學(xué)生通過(guò)計(jì)算得出鹽水密度。部分小組在0.6g/cm3～0.9g/cm3之間，部分小組在1g/cm3左右，引導(dǎo)學(xué)生自我反思：質(zhì)量測(cè)量、鹽水體積測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算結(jié)果四個(gè)方面是否有誤。

1.3 ?交流與合作

總結(jié)小組數(shù)據(jù)并展示，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)質(zhì)量與體積變化的數(shù)量上相差較大。思考天平及量筒是否存在問(wèn)題，提出儀器的檢驗(yàn)措施。

2 ?研究問(wèn)題 合理改進(jìn)

學(xué)生分組探究，將物理知識(shí)應(yīng)用到儀器的檢驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用，提升學(xué)生綜合應(yīng)用能力。

2.1 ?實(shí)驗(yàn)器材

量筒（10ml～100ml），學(xué)生天平，燒杯（100ml），水（80ml），膠頭滴管，電子秤。

2.2 ?天平的檢驗(yàn)

引導(dǎo)學(xué)生用天平和電子秤分別測(cè)量相同的燒杯。質(zhì)量相同，說(shuō)明非天平質(zhì)量問(wèn)題。

2.3 ?量筒的檢驗(yàn)

提出兩種檢驗(yàn)方案，學(xué)生分兩個(gè)部分，各采取一種方案進(jìn)行檢驗(yàn)，得出相應(yīng)結(jié)論。

（1）增加相同質(zhì)量，比較體積。實(shí)驗(yàn)方案一：

①將量筒放置在電子秤上，用電子秤稱(chēng)量其質(zhì)量;

②將量筒放置在電子秤上，往量筒中加水并用膠頭滴管調(diào)整至水的質(zhì)量增加10g;

③讀出量筒中水的體積，求出增加水的體積;

④重復(fù)②③兩個(gè)步驟3次。

結(jié)論一：第一次量筒中水的體積大于10ml，后面每次水的體積均增加10ml。

（2）增加相同的體積，比較質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)方案二：

①將量筒放置在電子秤上，用電子秤稱(chēng)量其質(zhì)量;

②往量筒中加水至10ml刻線(xiàn)處，用電子秤稱(chēng)量量筒和水的總質(zhì)量;

③逐次增加10ml水，并測(cè)出每次增加水的質(zhì)量。

結(jié)論二：第一次加入10ml的水，增加的質(zhì)量小于10g，后每次均增加10g。

總結(jié)：實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤原因在于量筒的缺陷，量筒在10ml刻度線(xiàn)以下體積測(cè)量不準(zhǔn)確，量筒刻度線(xiàn)在10ml～100ml范圍內(nèi)測(cè)量準(zhǔn)確。量筒的此種現(xiàn)象可定義為量筒未“調(diào)零”。

2.4 ?提出改進(jìn)思路

根據(jù)以上結(jié)論，引導(dǎo)學(xué)生得出改進(jìn)方式。即進(jìn)行精確測(cè)量液體的密度條件為量筒中預(yù)先裝入超過(guò)10ml的液體，數(shù)據(jù)記錄表格（以測(cè)量水的密度為例）見(jiàn)表1。

表1 ?測(cè)量水的密度數(shù)據(jù)記錄改進(jìn)表格

2.5 ?教師演示，指明方向

教師演示實(shí)驗(yàn)“用電子秤測(cè)量水的密度”，師生共同驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案的可行性。明確整個(gè)探究環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)做好技術(shù)性引導(dǎo)。

3 ?應(yīng)用改進(jìn) 及時(shí)提升

學(xué)生分組探究，依據(jù)改進(jìn)方案重新實(shí)驗(yàn)。提高實(shí)驗(yàn)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性，減小實(shí)驗(yàn)誤差，訓(xùn)練科學(xué)探究思維。

3.1 ?實(shí)驗(yàn)器材

量筒（10ml～100ml），學(xué)生天平，燒杯（100ml），鹽水（80ml）。

3.2 ?設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

改進(jìn)方案重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量鹽水密度[ 5 ]。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)記錄表格。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

① 量筒中倒入部分鹽水，體積為V1;

② 測(cè)量燒杯和鹽水的總質(zhì)量m1;

③ 將燒杯中的鹽水部分倒入量筒中，讀出量筒中鹽水的總體積V2;

④ 測(cè)量燒杯和剩余鹽水質(zhì)量m2;

⑤ 根據(jù)公式ρ=（m1-m2）/（V2-V1）求出鹽水密度。

3.3 ?學(xué)生數(shù)據(jù)分析

依據(jù)以上步驟，學(xué)生實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果（選取兩組）見(jiàn)表2。

表2 ?學(xué)生測(cè)量鹽水的密度數(shù)據(jù)

經(jīng)改進(jìn)，班級(jí)學(xué)生共24個(gè)小組，其中18組數(shù)據(jù)在0.95-1.03之間，6組數(shù)據(jù)0.8-0.94之間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在誤差允許范圍內(nèi)，大部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果更加接近真實(shí)數(shù)據(jù)，故改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案能提升實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的精確率，減小實(shí)驗(yàn)的測(cè)量誤差。

4 ?結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)變多，需要記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)增多，對(duì)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析以及實(shí)驗(yàn)誤差的分析和儀器的綜合應(yīng)用能力要求較高。部分學(xué)生在完成整個(gè)完整探究過(guò)程存在一定的難度，對(duì)學(xué)生探究能力提出更高要求。學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)、反思、交流、研究、改進(jìn)、應(yīng)用、提升完整的實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程，在分析儀器問(wèn)題和解決問(wèn)題過(guò)程中運(yùn)用科學(xué)的研究的方法，提高了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。本次測(cè)量實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷科學(xué)研究從發(fā)現(xiàn)到問(wèn)題解決再到應(yīng)用過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)研究方法，提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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