初中物理“密度測量物質的密度案例評析

1、初中物理“密度 測量物質的密度案例評析第一部分 “密度 測量物質的密度”的深層次理解一、學科知識結構中的地位及相互關系密度是表征物質特性的一個重要物理量，在國家課程標準中“物質-物質的屬 性”中包含了密度的幾點要求：通過實驗理解密度的概念。嘗試用密度知識解決簡單的問題。能解釋生活中一些與密度有關的物理現(xiàn)象。其內(nèi)容涵蓋了：密度的定義、密度的計算公式、密度的單位、密度表、密度的測 量（固體、液體）。作為表征物質特性的一個重要物理量， 密度概念的建立對學生后續(xù)學習會產(chǎn)生重 要影響，是學生必須建立的基本物理量。（一）在學科知識結構中的地位密度概念的建立是學生學習科學知識的基礎物理概念是物理基礎知識重要

2、組成部分， 也是構成物理規(guī)律、 建立物理公式和完 善物理理論的基礎和前提。密度 作為表征物質特性的物理量， 應用廣泛，是初中物理課標中“物質的屬性” 中的重要內(nèi)容， 它是質量知識的延續(xù)， 是對各種物體、 微粒和場等以不同形式存 在的物質的進一步地深入的探討， 是后續(xù)課程的基礎， 例如初中物理課程中要學 習的液體內(nèi)部的壓強、浮力、熱學（對流、熱的傳播）等知識的基礎。如：如果 學生對于質量、密度這幾個概念不清楚，那就無法掌握浮力、壓強等知識，更談 不上正確應用。用天平測量物體的質量、用天平和量筒測量物體的密度 屬于物理學的基本測量， 是要求學生掌握的基本實驗技能。交叉學科的知識基礎： 冷鋒 、暖鋒

3、（二）學習密度知識對于現(xiàn)實生活的重要作用密度及其測量所涉及的科學內(nèi)容，多數(shù)與日常生活和自然現(xiàn)象聯(lián)系緊密， 與工農(nóng) 業(yè)、制造業(yè)相聯(lián)系。因此學習密度和密度的測量是了解物質的屬性、 認識物質的 必經(jīng)過程，是應用物質的不同屬性解決實際問題、 造福社會的前提，是物理學習 的基礎?？茖W認識物理常數(shù)表對現(xiàn)代工業(yè)社會的重要作用密度表是學生科學地學習物理常數(shù)表的開始。 學習密度表的重要意義不僅是讓學 生讀懂密度表、會查密度表，更重要的是密度表在現(xiàn)代生活中意義深遠。（三）對發(fā)展物理思維能力的作用初步形成對“比值類”概念的認識密度概念之所以重要首先是因為：初中學生在接觸密度概念之前，可以說還沒有 真正地接觸過定義嚴

4、謹?shù)奈锢砀拍睢Ｋ麄儗ξ锢砀拍畹男纬杉敖⑦^程和方法還 一無所知，對實驗在物理學發(fā)展的重要作用也缺乏必要的認識。通過本概念的學習，不僅可以正確認識和理解密度概念，更為重要的是讓學生在 這一過程中了解物理學一般概念的建立方法和過程， 體驗知識發(fā)現(xiàn)、建立的過程， 并最終將方法轉化為學生的能力。為今后學習類似“比值反映物質的性質類型的概念”，例如壓強、電阻、比熱等一系列物理概念的學習打下基礎。二、密度及測量的應用密度作為物質的一個重要屬性，在科學研究和生產(chǎn)生活中有著廣泛的應用。密度測量不但重要而且用途廣泛， 可以說，幾乎涉及到國民經(jīng)濟的每個部門。 國 際上科技先進國家，對于密度測量研究及其應用都頗為重

5、視。 因為它不僅應用于 國家經(jīng)濟的諸領域，而且涉及國際間的科技交流與合作， 是顯示一個國家現(xiàn)代計 量水平的重要方面。（一）在科學發(fā)展過程中，密度扮演著重要的作用。利用密度測量發(fā)現(xiàn)新物質一氮（通過計算未知氣體的密度發(fā)現(xiàn)的）?？茖W史介紹：氬是目前最早發(fā)現(xiàn)的稀有氣體，它的發(fā)現(xiàn)就歸功于科學家對自然界的不懈探尋， 和對密度的精確測量。（二）在工農(nóng)業(yè)中的應用密度的測量在生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的檢測、 控制和質量分析等諸環(huán)節(jié)， 以及科研上是 基本參數(shù)之一。 在進出商品檢驗項目中， 檢驗密度數(shù)據(jù)同樣是必備技術指標， 以 此判定商品是否合乎要求。1農(nóng)業(yè)密度在農(nóng)業(yè)上可以用來判斷土壤的肥力和選種。一般來說土壤密度越小，越肥

6、沃；密度較大，則較貧瘠。在農(nóng)業(yè)上除應用密度來判斷土壤的肥力外， 播種前選種也用到密度。 把要選的種 子放在水里， 飽滿健壯的種子由于密度大而沉到水底， 癟殼和雜草種由于密度小 而浮在水面。2.工業(yè)和制造業(yè)工業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)密度來判斷質量優(yōu)劣。例如有的淀粉制造廠以土豆為原料，土豆含淀粉量的多少直接影響淀粉的產(chǎn)量。 輕工釀造行業(yè)中，對酒精（含工業(yè)和食用）和各種飲用酒（包括白酒、黃酒、果 酒、葡萄酒和啤酒等） 的酒精濃度或密度的測量是鑒別產(chǎn)品質量的重要指標， 必 須嚴格控制與檢測。在制糖、奶制品行業(yè)中，密度直接關系到生產(chǎn)過程及出廠的產(chǎn)品質量。 建筑材料如玻璃、磚、瓦、陶瓷，也可利用密度法監(jiān)控質量，確定材

7、質的表觀密 度和孔隙率等。在石油工業(yè)中，密度是石油及其產(chǎn)品的最簡單常用的物理指標。在鑄造廠的生產(chǎn)中也用到密度， 工廠在鑄造金屬物體前， 需要估計熔化多少金屬 注入型砂的模子里比較合適， 這時就需要根據(jù)模子的容積和金屬的密度， 計算出 需熔化的金屬量，以避免造成浪費。可以預料， 在即將進入21世紀時，對密度測量及其應用， 將會提出更多更高的 要求。第二部分 “密度 測量物質的密度”的教學策略、重、難點分析重點分析 ：密度概念。密度知識比較抽象，依據(jù)“課程標準”要求， 它不僅是初中物理教學的重點之一， 在教材中承上啟下， 是進一步學習必備的基礎性、 前提性知識， 而且它在一個生 產(chǎn)、生活中應用十分

8、廣泛。從知識、方法和能力三個層面看：（1）密度知識與學生的生活實際和生產(chǎn)實際聯(lián)系緊密。（2）密度概念的建立過程，體現(xiàn)了物理學中定義物理概念的一個重要方法。（3）密度公式的使用，對學生的分析能力是一個訓練。（4）密度的測量是建立在密度概念建立的基礎上。密度和密度測量之間存在 密切的聯(lián)系。其中起決定作用的是密度的定義。 只要搞清了密度的概念， 那么密 度的計算公式、單位等等就迎刃而解了。因此怎樣講清密度概念是教學的關鍵。 難點分析：難點是利用“比值”定義密度概念，理解“密度是物質本身一種性質”。 密度的概念比較抽象，又是學生在物理課中第一次學到表征物質特性的物理量，學習時 往往感到難以理解。 因此

9、“密度”一節(jié)也是初中物理教學中的一個難點。具體分析： 由于初二學生邏輯思維正處于發(fā)展初期， 分析和處理實驗數(shù)據(jù)能力較 弱，利用比值法定義密度比較抽象，盡管學生經(jīng)歷過“應用比值定義速度概 念”，但把數(shù)學中“比例”應用于密度， 理解“同種物質質量跟體積的比值是一 個定值的含義”仍有些困難。策略：通過類比和知識的遷移， 讓學生回顧利用比值定義速度的方法來建立密度 的概念。、教學策略概念教學綜述：一般來講， 一個物理概念的形成需要將它的定義、 物理意義、 內(nèi)涵和外延建構起 來才基本形成。 由于學生年齡的限制， 物理概念的表達要符合當時學生的認知水 平，隨著教學層次的提高對概念的理解也會逐漸深化。 例如

10、對于質量的認識初中 學生就不可能去深入講慣性質量、引力質量的含義。從科學史上看，一個物理概念的形成一般是以感覺、知覺、表象為基礎，通過分 析、綜合、抽象、概括等思維活動，經(jīng)歷從個別到一般、從具體到抽象、從知識 應用到對物理現(xiàn)象和過程的本質的認識這樣一個過程。 學生通過學習掌握物理概 念的過程也是參照這樣一個過程， 但抽象的過程更加凝練， 省去了中間一波三折 的過程，因此在物理概念教學中也必然要經(jīng)歷從感性認識-理性抽象-理性應 用這樣一個思維過程。因此在認識密度概念的時候就需要充實給學生豐富的感性認識與經(jīng)驗。 即通過日 常的活動感知或觀察實驗等一系列的實踐活動， 或者根據(jù)已有的經(jīng)驗事實， 獲得

11、研究物理問題的感性材料， 這是形成概念的基礎。 比如密度是表示物質特性的物 理量，為什么要引入這樣一個物理量， 在現(xiàn)實生活中引入密度后會有什么樣的作 用，關于這點在初中生的頭腦中可能有些模糊的認識， 也可能是完全空白的， 因 此提供必要的材料與情景， 引導學生去思考“沒有密度概念時， 要區(qū)分不同的物 質有什么困難”就是必要的。 問題清晰了之后，就是如何引入、怎么表達的過程， 應該是建立在學生對這樣一個大問題具體地、 深入思考地基礎上， 觀察、 探 究過程，即簡短的、濃縮的探索過程，讓學生從中悟到什么。在學生有所感、有 所悟的時候適時的引出“密度”。最初建立的密度概念本身可能是片面的， 因為學生

12、接觸到的經(jīng)驗事實或者實驗過 程只是個案， 如何幫助學生建構起一個完整的、 立體的密度概念， 需要經(jīng)過一個 對密度內(nèi)涵的探討過程， 也可以在應用中逐漸地深入了解密度的意義。 因此在設 計密度概念教學的過程中至少應該包括以下幾個環(huán)節(jié)：觀察與實驗、抽象思維、 概念的定義、闡明概念的意義、在應用中鞏固概念。一）密度概念突破策略： 通過組織好實驗探究建立密度的概念是本節(jié)的關鍵點。 充分利用學生 感性認識，通過實驗探究，小組討論的方法，借助“比值”定義密度概念。難點就在于學生能理解物質的特性可以用比值來表示。1感性認識觀察與實驗這是形成概念的起點， 是從個別到一般的思維過程。 可選擇一些學生生活經(jīng)驗中 與

13、形成概念有密切關系的物理現(xiàn)象加以描述， 設計一些簡單而又能說明問題的實 驗和一些典型的實驗進行演示， 也可以讓學生動手做一些實驗， 還可以運用幻燈、 電影、電視、 計算機等手段去展示一些相關的物理現(xiàn)象和實驗。 這一階段所要達 到的目的，是為形成概念積累一些必要的感性認識。策略：創(chuàng)設教學情境，凸顯物質的特性 【情境一】教師做一個有趣的實驗： 將一個黃色的乒乓球和一個玻璃球全部埋入裝有米的大 燒杯中，搖晃燒杯一段時間，乒乓球從米中“跑”出來。看到這個現(xiàn)象，同學們 十分驚奇： 乒乓球為什么能“跑”出來， 而玻璃球為什么不能“跑”出來？激發(fā) 學生的興趣?！厩榫扯课覀冭b別物質，有很多時候，僅靠氣味、顏

14、色、軟硬、形狀等特性1.水與酒精，問：區(qū)別的方法是什么？2.鹽與砂糖，問：區(qū)別的方法是什么？3.粉筆與橡皮泥，問：區(qū)別的方法是什么？4.銅塊與鋁塊，問：區(qū)別的方法是什么？案例1.小實驗 將五種不同的液體依一定順序倒入塑料杯中，觀察會出現(xiàn)什么現(xiàn)象。2.故事引入（阿基米德的故事）提出問題：如果你是阿基米德，你有什么好的辦法？ 案例評析： “質量和體積間的關系是學生不容易想到的， 通過一個實驗和一個科 學故事點出本課的主題?！笨梢韵冉柚粋€現(xiàn)象有趣的實驗，吸引學生注意力， 同時學生的生活經(jīng)驗可能會引出密度或者“質量”、“比重”等表達不夠規(guī)范、 但已隱含“密度”概念的想法。緊接著再講一個學生應該熟知的

15、小科學故事， 既是對上一個觀察問題的深入， 同 時更是將學生頭腦中模糊的“密度”概念進一步過渡到質量和體積的關系上。如果學生知道結果， 可以借勢追問， 引出質量和體積的關系問題。 學生如果不知 道，可以激發(fā)學生興趣，主動思考探尋原因。2抽象與定義 這是由感性認識進入理性認識的階段， 即從具體到抽象的思維過程。 教師引導學 生將獲得的感性認識，進行分析、綜合、抽象，摒棄現(xiàn)象和過程中那些表面的、 偶然的、次要的等非本質的東西， 突出反映現(xiàn)象和過程的本質的屬性， 并將已經(jīng) 獲得的關于反映現(xiàn)象和過程的本質屬性用簡明而準確的語言形式和數(shù)學公式表 述的階段。（定義概念）密度是指某種物質單位體積內(nèi)的質量，

16、體現(xiàn)了物質內(nèi)部質量分布的疏密程度,是 反映物質特性的一個物理量。傳統(tǒng)概念教學中的問題：我們通常注重概念的嚴密性和概念的傳承與記憶，教 法、學法和問題如下：教法：說教為主，輔以實驗。以物理學科為本位，非常注重對概念的內(nèi)涵和外延 的講解，其中包括概念的定義是什么、 物理量的定義式是什么、 決定它的條件是 什么、其物理意義是什么、單位是什么等，在學習“密度”的概念以后，讓學生 用公式反復計算。對概念的實際應用和概念之間的聯(lián)系卻考慮得相對較少。學法：記憶為主。 缺乏形成概念的直觀材料和客觀事實的積累， 只記憶一些空洞 的詞句，不能很好地認識概念的本質。問題：缺乏對概念本質的認識與理解。 會使學生誤認為

17、概念是人主觀臆造出來的， 不是事物和本質屬性的反映，難以真正理解。新課程下具體教學策略建議：案例：（一）同種物質的質量和體積的關系1.提出問題：（1）同是黃金，10g和50g有什么區(qū)別？有什么相同？（2）如果一塊質量相同的黃金和銅，它們可能什么不同？（3）如果給你提供的少量黃金，你能鑒別質量較大的王冠的真假嗎？2.實驗探究（1）研究問題：相同物質，它的質量和體積是一種什么關系？（2）設計實驗（學生討論）：實驗器材、實驗步驟、如何分析數(shù)據(jù)等。（3）分組實驗過程（分別測量橡皮泥、水等物質）3.結果討論展示各組實驗數(shù)據(jù)表，請學生觀察并說明數(shù)據(jù)反映的規(guī)律。提問：通過觀察，你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律。說明：通過對

18、收集的數(shù)據(jù)進行描點做出圖象， 是分析與論證的一種直觀、 有效的 方法。結合速度圖像：m/v=定值（二）不同種物質的質量與體積投影：展示在同一坐標系中蠟和橡皮泥圖像。問題：區(qū)分兩條圖線， 哪條圖像表示蠟的質量和體積的關系， 哪條圖像表示橡皮 泥的質量和體積的關系？案例評析：密度概念是建立在比較兩類不同事實的基礎上，第一類：同一種物質， 質量與體積的比值是定值， 不因體積或質量的改變而改變； 第二類：不同種物質,質量與體積的比值不同， 即體積相等的不同物質的質量不 相等（或者質量相等的不同物質的體積不等） ，而質量與體積的比值等于單位體 積的質量。本案例通過人人參與的探究實驗， 經(jīng)過思維加工， 才

19、能讓每個學生都能真正實現(xiàn) 由感性到理性認識的飛越，信服地認識到“不同物質單位體積內(nèi)的質量一般不 同，而同一狀態(tài)下，同種物質單位體積內(nèi)的質量總是相同的”這一特點， 繼而認 識密度的概念。事實上，密度的概念也正是在這樣的實驗事實的基礎上提出來得。 重點關注對數(shù)據(jù)的分析與理解，引導學生深入洞察數(shù)據(jù)背后反映的事物的本質。3應用與拓展豐富、強化概念（1）闡明物理概念的物理意義：給出了定義， 并不等于學生已經(jīng)明確物理概念的物理意義。 這是因為在教學過程 中為了形成密度概念而設計的觀察和實驗有相當?shù)木窒扌裕?如不引導學生擴展對 概念的認識的深廣度就有可能造成對概念理解的片面性， 物理概念的物理意義與 物理概

20、念的定義不同， 它是指物理學引入和建立某一物理概念的原因， 即為什么 要揭示某一研究對象的物理屬性，它對物理學本身的發(fā)展或生產(chǎn)實踐有什么意 義。如密度概念的物理意義是，引入密度是為了區(qū)分、鑒別不同的物質，每種物 質的密度是一定的，它是描述物質本身含量的物理量。2）在應用中鞏固、強化概念 鞏固概念不單是指記憶概念的定義， 單純的記憶是沒有意義的， 應當引導學生將 概念用于分析物理現(xiàn)象和解決物理問題的過程中。密度的測量 測量物質的密度有各種各樣的方法，但大體分為兩大方面，即： 一是利用密度基本原理公式的直接測量法。二是利用密度量與某些物理量關系的間接測量法。密度的應用會運用適當?shù)膶嶒炂鞑臏y固體、液

21、體的密度； 會判斷物體是空心還是實心，求空心部分的體積； 裝載和運送問題。注意聯(lián)系實際：例如：在鑄造廠的生產(chǎn)中也用到密度， 工廠在鑄造金屬物體前， 需要估計熔化多 少金屬注入型砂的模子里比較合適，這時就需要根據(jù)模子的容積和金屬的密度， 計算出需熔化的金屬量，以避免造成浪費。第三部分 學生常見錯誤與問題的分析與解決的策略方法學生在學習密度概念前主要是以物體的“重量”、 “大小”和“外觀”作為密度 大小的判斷。 原因有以下的四項： 主要來自于日常的經(jīng)驗和生活中的觀察， 錯誤 產(chǎn)生于概念混淆和生活中的語言經(jīng)驗。一、以重量、質量代替密度及解決策略1問題及錯誤認識：質量、重量與密度等同2原因：1）來自經(jīng)

22、驗用語學生在學習之前是有一定的社會經(jīng)驗和生活經(jīng)驗的，直觀地觀察與感受，還有一種途徑是通過語言描述。比如在生活中我們經(jīng)常會把質量和重量混淆， 我們經(jīng)常會說這人體重很重， 一般 情況下如果我們用體重稱稱量的話得到的是質量，但生活中我們可能是用重這樣 一個詞匯來描述，因此學生在通過經(jīng)驗描述的時候通常會把類似相近的概念混 淆，例如質量和重量等同。2）來自個別觀察與感受 學生對世界和事物有個別觀察與感受 通過觀察與感受對很多物理概念是有一定的認識的， 例如密度、 質量、浮力之間 存在關系， 泡沫這些貌似輕盈的東西可以浮在水面上， 而鐵塊這些看起來很笨重 的東西會沉在水下， 生活經(jīng)驗讓他們洞察到“重物沉，

23、 輕物浮”， 將質量或重量 等同為密度。（3）思辨能力不夠嚴謹，沒有形成嚴謹?shù)耐评砹晳T與能力。邏輯推理過程不夠全面。個別觀察到輕物浮、重物沉，就推而廣之，沒有關注到會影響浮力的其它因素。而將密度從質量和重量中剝離出來。3解決策略（1）概念辨析策略可以請學生區(qū)分重量與密度概念的區(qū)別， 因為對學生來說， 問題不在于他們不能 理解密度概念，而在于他們不能把兩個概念區(qū)分開來。物理概念與生活概念相比， 前者精細、后者籠統(tǒng)， 一個生活概念以不同的方式緩 慢地向上發(fā)展， 分化形成不同的科學概念， 如“熱”這一生活概念， 既可指溫度， 又可指內(nèi)能，還可指熱量，如果不對它們進行區(qū)分，就會在溫度、內(nèi)能熱量三者 間

24、產(chǎn)生相似性混淆而導致錯誤認識。2）情境追溯 幫助學生追溯“出現(xiàn)這樣一種想法或認識的場景”，順藤摸瓜幫助學生分析判 斷，比如針對“重物密度大，輕物密度小”的認識，可以設計一個相反的情境， 例如找兩個鐵塊和木塊，木塊質量較大，鐵塊質量較小，請學生測量密度，馬上 就可以否定了前面的認識。、以形狀代替密度原因分析及解決策略1錯誤認識：形狀不同，密度也不同。這些經(jīng)驗的習得可能是通過2原因學生的生活經(jīng)驗讓他積累了一定的認識，例如密度、質量、浮力之間存在關系， 浮在水面上的密度小， 因此當它觀察到像竹竿、 浮板等表面積較大的物體浮在水面上時會反過來判斷密度比實木塊小，形成一種錯誤的認識：密度與形狀有關。3解決策略例證策略：對客觀事物進行全面的考察，以建立反映本質的概括表象。 在實驗研究時盡可能選擇不同形狀（例如扁平、細長、渾圓的各種鐵塊、鐵團、鐵片）的同種物質，通過測量事實讓學生信服地認識到事實與想象不同。三、對密度是物質的一種特征的理解如何理解“密度是物質的一種特性， 不像質量是物體的屬性， 不隨外界的變化 而變化”呢？一要注意建立質量和體積的比例概念。二要注意當外部條件（如 溫度、狀態(tài)、壓強等）改變時，物質的密度將隨之改變。1沒有建立質