摘   要：以学生熟悉的固体密度测量方法为背景，围绕农业生产中的选种环节，以一组彼此关联、层层深入的问题链为引领，通过问题的“创设—论证—质疑—创新—探究”，深度探讨种子密度的最佳测量方法，让学生在问题解决的过程中完成知识的构建、内化和升华，培养学生的科学思维能力，发展学生核心素养。

关键词：问题链；深度；种子密度

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）9-0016-3

收稿日期：2023-03-14

基金项目：福建省石狮市2022年基础教育教学改革专项课题“‘双减’背景下深度物理课堂提质增效实践研究”（SJGZX2022-83）。

作者简介：修金文（1983-），男，中学高级教师，主要从事物理课堂教学研究。

《义务教育物理课程标准（2022年版）》在课程目标中提出：义务教育课程应让学生经历实验探究过程，学习科学知识和科学探究方法，加强物理与生产生活实际的联系，让学生经历自然、生活到物理的认识过程［1］。在测量固体密度的教学过程中，学生体验了科学探究的全过程，知道了固体密度的测量方法，但学生所用的被测固体都是教师经过严格筛选的——这些待测固体的体积较大、密度较大且不具有吸水性。这种理想化的待测固体往往与生产生活实际相脱节，学生进行实验探究时按部就班，没有深度思考误差来源和实验改进方案，学生的科学思维没有得到良好的培养。

本文以种子密度的测量为例，通过一组彼此关联、层层深入的问题链引领，探讨种子密度的最佳测量方法，让学生在解决问题的过程中，主动对所学知识进行梳理、建构、深化和扩展，培养学生的科学思维能力和创新能力，发展学生核心素养。

1    问题创设：诱发学生科学思维

我国是农业大国，有着悠久的水稻种植历史，优质种子是实现粮食作物增产增收最重要的环节，一般来说颗粒饱满的种子密度较大，适合作为种子播种。

问题1：某研究小组想通过测量稻谷种子密度的方法进行选种，采用如下做法：（1）将适量的稻谷种子放在天平上，测得稻谷种子的总质量为m1；（2）将适量的水倒入量筒中，测得量筒中水的体积为V1；（3）将稻谷种子倒入量筒中，测得水和稻谷种子的总体积为V2。问：种子密度是多少？

学生分析：通过排水法测出待测种子的体积为V=V2-V1；根据密度的计算公式ρ=可知，稻谷种子的密度为ρ==。

问题2：如图1所示，某同学在测稻谷种子密度时发现有一小部分种子漂浮在水面上，造成这种现象的原因是什么？

学生分析：可能是由于虫蛀、生长时长不够等原因造成一小部分稻谷种子颗粒饱满度不够，密度小于水的密度，最终漂浮在水面上。所以，实验前应该预先进行盐水选种，剔除那些颗粒不饱满的种子。

问题3：稻谷种子的表皮是具有吸水性的，上述方法测得的结果是否准确？

学生分析：因为稻谷种子表皮具有吸水性，上述实验中测得水和稻谷种子的总体积V2与真实值相比是偏小的。而稻谷种子的总质量m1和水的體积V1可以准确测量，所以稻谷种子的体积V=V2-V1偏小，根据公式ρ==，测得稻谷种子的密度偏大。

评析：科学思维是具有意识的人脑对科学事物的本质属性、内在规律的间接和概括的反映，是培养学生物理学科核心素养的核心内容。教师在教学过程中以螺旋上升的问题链为引领，通过种子密度测量方法的探讨，有效唤醒学生碎片化的知识储备，诱发学生科学思维，同时从物理学的视角融入对国家认同的培育。

2    问题论证：增强学生的科学推理能力

问题4：待测种子表皮具有吸水性时，如何改进实验方法减少种子体积的测量误差？

学生分析：误差产生的原因是种子表皮会吸水，导致所测得的种子体积偏小，因此只要测出被种子表皮吸收的水的体积即可。具体方案：（1）用天平测量出种子质量m1；（2）用排水法测量出种子体积V1；（3）将种子取出，用纸巾吸去种子表面水分，再次测量出其质量m2；（4）固体吸收水的质量为Δm=m2-m1；（5）由于水的密度已知，种子表皮吸收水的体积为V'==；（6）种子总体积为V=V1+V'=V1+；（7）种子密度为ρ===。

评析：该方法能有效减少种子体积的测量误差，较准确地测出种子密度。学生通过对问题的科学推理和论证，养成良好的思维习惯，做到概念清楚、研究对象明确、思维有逻辑、结论有依据。

3    问题质疑：培养学生的批判性思维能力

问题5：如图2所示，（1）种子浸泡6个小时后，为什么原来漂浮在水面上的种子又重新沉入水底？（2）种子浸泡24小时后，发现吸收足够水分后，种子会膨胀。这时采用问题4中的方法是否准确？

学生分析：（1）由于种子浸泡的时间较长，有部分水渗透到种子内部，导致种子的总重力大于浮力，所以种子又重新沉入水底。（2）种子吸收足够的水分后，由于水分渗透到种子内部，此时再用纸巾已经无法吸出种子内部的水分，若再用问题4中的探究方法所测得的稻谷种子密度是不准确的。因此，采用问题4中的实验方法测量种子密度时应尽可能在较短时间内完成，让种子吸收的水分尽可能被纸巾吸出，且所测的种子密度必须比水大。

评析：植物种子在经过较长时间的浸泡后，水分会渗透到种子内部，造成种子的体积变大，测量结果不准确。学生基于证据大胆质疑，思考更为精确、普适的种子密度测量方法，能有效培养学生的批判性思维能力。

4    问题创新：发展学生的创造性思维能力

问题6：某研究小组想测量芝麻种子的密度，将芝麻种子倒入水中后发现种子全部漂浮在水面上，如何准确测量芝麻种子的密度？

学生分析：要准确测量芝麻种子的密度关键要解决种子漂浮在水面上、种子表皮吸水性的问题。可设计如图3所示的实验装置，具体步骤如下：（1）把适量的芝麻种子放在电子秤上，测出其质量为m1；（2）取下芝麻，把装有适量水的烧杯放在电子秤上，测出水和烧杯的总质量为m2；（3）把铁质窗纱制成的空网栅盒悬挂在烧杯的水面下，此时电子秤的示数为m3；（4）把芝麻种子放入网栅盒后，将网栅盒悬挂在烧杯的水面下，此时电子秤的示数为m4。

当只有网栅盒浸没在水中时，对整个烧杯进行受力分析（图4），烧杯和水受到竖直向下的重力G1（G1=m2g），网栅盒对水的竖直向下的压力F（因为网栅盒对水的压力和水对网栅盒的浮力F是一对相互作用力，所以F=F=ρgV），电子秤对烧杯的竖直向上的支持力F（因为电子秤对烧杯的支持力和烧杯对电子秤的压力是一对相互作用力，所以F=m3g），此时烧杯处于静止状态，可以列出方程F=G1+F，解得V=。

当网栅盒和芝麻种子都浸没在水中时，再对整个烧杯受力分析（图5），烧杯和水受到竖直向下的重力G1，网栅盒和芝麻种子对水的竖直向下的压力F［因为网栅盒和芝麻种子对水的压力与水对网栅盒和芝麻种子的浮力F是一对相互作用力，所以F=F=ρg（V+V）］，电子秤对烧杯的竖直向上的支持力F（F=m4g），因为此时烧杯处于静止状态，所以可以列出方程F=G1+F，解得V=，ρ=，得ρ=。

评析：通过解决种子表皮吸水性问题、密度比水小等核心关键问题，凝练测量种子密度的普适方法，深度有效地提高学生运用综合知识解决复杂实际问题的能力，发展学生的创造性思维。

5    问题探究：发挥实验的育人功能

通过对种子密度测量方法的分析和改进，学生掌握了种子密度的最佳测量方法。教师要准备不同种类的植物种子、电子秤、烧杯、网栅盒、铁架台、细绳等实验器材，让学生以小组为单位，测出不同种类植物种子的密度。实验结束后，教师再提供种子密度表，让学生和自己的实验结果相比对，分析误差产生的原因，提出相应的改进策略。让学生在实验探究中有效地检验思维产物，体验成功的喜悦，发挥实验的育人功能。

6    结束语

教学的根本目的是让学生掌握终身学习所需要的必备品格与关键能力，能独立分析问题、解决问题，具有批判性思维和创新能力。教师在课堂教学中要创设真实的问题情境，并通过一组彼此关联、层层深入的问题链引领，诱发学生的高阶思维，让学生在解决问题的过程中完成知识的建构、内化和升华，让课堂教学有趣味、有效率、有深度、有质量。

参考文献：

［1］廖伯琴.义务教育物理课程标准（2022年版）解读［M］.北京：高等教育出版社，2022.

［2］李树祥.高阶思维能力培养，问什么［J］.物理教学，2022，44（3）：13-16.

［3］沈伟云.基于高阶思维培养的初中物理拓展教学——以电磁继电器为例［J］.物理教师，2022，43（9）：53-55.

［4］林军.在建构概念的深度学习中渗透物理研究方法的教育——以“物質的密度”教学为例［J］.中学物理，2022，40（22）：53-56.

［5］丁琳.问题驱动 引导学生深度学习——以“密度测量复习课”为例［J］.中学物理教学参考，2021，50（36）：38-40.（栏目编辑    赵保钢）