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[!--downpath--]摘要：本文以如何解決密度計刻度不均勻引起的測量誤差為驅(qū)動問題，圍繞物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、物質(zhì)的運動與相互作用、工程設(shè)計三個核心概念設(shè)計項目研究活動。和具體化。 通過提供思維支架，引導(dǎo)學(xué)生運用原有知識和能力解決實際問題，設(shè)計制作統(tǒng)一尺度的組合密度計密度計的刻度特點，提高學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)造、評價等高階思維能力。
關(guān)鍵詞：項目：驅(qū)動問題：方案設(shè)計：評估
《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《新課標(biāo)》）明確，科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任四個方面。 其中，探究實踐素養(yǎng)是指理解和探索。 在獲取科學(xué)知識、解決科學(xué)問題、應(yīng)用技術(shù)和工程實踐過程中形成的自然的科學(xué)探究能力、技術(shù)工程實踐能力和自主學(xué)習(xí)能力。 新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)以探究和實踐為主的多元化學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生主動參與、動手動腦、主動體驗、體會科學(xué)探究和技術(shù)與工程實踐的過程； 重視師生互動、生生互動，引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識和方法進(jìn)行總結(jié)、反思應(yīng)用和遷移，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)。 同時，新課程標(biāo)準(zhǔn)提出以核心能力確定教學(xué)目標(biāo)，圍繞核心理念組織教學(xué)內(nèi)容，以學(xué)生為主體進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，開展以探究和實踐為主要方式的教學(xué)活動。 要加強(qiáng)以探究和實踐活動為重點。 研究引導(dǎo)，整合啟發(fā)式、探究式、互動式、體驗式、項目式等多種教學(xué)方式的基本要求，設(shè)計并實施基于思維的探究和實踐的教學(xué)建議，促進(jìn)學(xué)生深入學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)。 本文以“如何制作刻度均勻的密度計”為例進(jìn)行分析。
1. 問題分析和澄清項目活動
項目活動的開展需要教師結(jié)合實際情況提出駕駛問題，通過駕駛問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。 常見的駕駛問題根據(jù)來源可分為四類：社會問題、學(xué)校課程、教師專業(yè)知識和學(xué)生生活。 ; 按導(dǎo)向可分為兩類：產(chǎn)品導(dǎo)向和哲學(xué)或爭議導(dǎo)向。 本項目活動“如何制作統(tǒng)一刻度的密度計”的驅(qū)動問題來自學(xué)校課程，是一個產(chǎn)品導(dǎo)向的問題。 主要學(xué)習(xí)目標(biāo)是探究為什么密度計會出現(xiàn)刻度不均勻的現(xiàn)象，并且可以應(yīng)用不同的科學(xué)原理如密度、質(zhì)量測量、力測量、阿基米德原理以及浮沉條件、杠桿平衡條件、并提出“制作統(tǒng)一的刻度”“密度計可以減少刻度不均勻帶來的測量誤差”等不同的解決方案和評價標(biāo)準(zhǔn)，并在此過程中運用遷移、逆向等創(chuàng)新思維和關(guān)聯(lián)方法思維改造、局部改造、儀器改造； 熟練掌握新儀器標(biāo)尺校準(zhǔn)、量程測定、標(biāo)定等基本生產(chǎn)流程； 感知工程與技術(shù)的創(chuàng)新是建立在原有的認(rèn)知基礎(chǔ)上，掌握的技術(shù)是基于原理應(yīng)用、設(shè)計、具體化、改進(jìn)的過程； 學(xué)生需要通過小組合作與分工，與其他成員的溝通與交流，協(xié)同完成上述目標(biāo)。
由于項目涉及的科學(xué)原理較多，在實施過程中，教師可以按照問題分析、程序設(shè)計、模型制作、測試改進(jìn)、產(chǎn)品發(fā)布、溝通反思等流程，將項目分成若干個小項目。 . 明確定義每個小項目的要點。 然后分段實現(xiàn)核心任務(wù)（如圖1所示）
為了有效促進(jìn)學(xué)生開展項目研究，教師需要為學(xué)生提供一定的學(xué)習(xí)支持，如為學(xué)生提供相應(yīng)的表格或提出問題鏈，為學(xué)生混亂的思維搭建清晰的思維路徑，協(xié)助學(xué)生分析問題。并解決駕駛問題。 問題。 例如，解構(gòu)本項目“如何制作尺度不均勻的密度計”中的驅(qū)動問題，教師可以提供部分問題鏈，讓學(xué)生沿著問題鏈繼續(xù)思考，探索問題的解決方案。
2 激活舊知識并設(shè)計解決方案
由于開展項目活動時給出的驅(qū)動性問題通常有產(chǎn)生多種解決方案的可能性，因此學(xué)生需要根據(jù)自己原有的知識和能力建設(shè)來分析問題并找到問題的解決方案。 討論的開放性問題很容易導(dǎo)致課堂教學(xué)出現(xiàn)耗時、低效的問題。 因此，教師在討論問題之前需要提供一定的活動組織策略支持，如組織好小組，明確小組內(nèi)成員的任務(wù)和分工，確定小組活動慣例等； 活動引導(dǎo)策略：例如，小組討論時，采用疊加法，小組成員基于一個主要假設(shè)，采用“是的，并且”等句子結(jié)構(gòu)來完成小組的整個想法； 或向?qū)W生提供以下表格，協(xié)助學(xué)生分析問題（見表1），學(xué)生回顧自己的舊知識，闡明其背后的科學(xué)原理，并提出問題的初步解決方案。
3 提供腳手架，促進(jìn)方案完善
由于本項目涉及的知識點跨度為三年，不僅要求學(xué)生有扎實的理論基礎(chǔ)，還要求學(xué)生有較強(qiáng)的知識遷移能力，能夠從不同角度、具體思路分析問題。 思維傳遞路徑整合了不同的知識。 這就需要教師給予學(xué)生一定的思維支架，培養(yǎng)學(xué)生的聯(lián)想和遷移能力，為方案的不斷完善奠定基礎(chǔ)。
在組織學(xué)生討論儀器制作的過程中，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生觀察密度計是漂浮在液體中使用的（如圖3所示）。 被測液體在儀器外部，通過逆向思維即可判斷該裝置。 將待測液體放入測量儀內(nèi)部進(jìn)行改造使用，引導(dǎo)學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)可以制作成通用的浮力秤（如圖4所示）。 隨后，分析浮力秤可以測量物質(zhì)的重力。 是否也可以改造成測量液體密度的儀器呢？ 如何將其改造成密度計來測量液體的密度呢？ 該密度計刻度所標(biāo)出的實際數(shù)量比例是多少？ 這個儀器的秤是如何校準(zhǔn)和校準(zhǔn)的？ 問題。
進(jìn)一步分析浮力尺度后，會發(fā)現(xiàn)容器可以進(jìn)行部分修改。 移除容器底部并用橡膠膜覆蓋。 通過橡膠膜的變形，表現(xiàn)出橡膠膜內(nèi)外液體壓力相等的特性。 制作測量儀器，通過比較內(nèi)外液柱的高度來測量液體的密度（如圖5）； 通過分析還可以發(fā)現(xiàn)，該裝置不能像使用彈簧測力計一樣先校準(zhǔn)0刻度來制作浮力標(biāo)尺。 和 1 個刻度，然后將分鐘刻度均等標(biāo)記，以確定刻度值的位置。 相反，需要通過兩個已知的液體密度來校準(zhǔn)相應(yīng)的刻度。 例如，先用水校準(zhǔn)1刻度，然后用酒精校準(zhǔn)0.8刻度。 然后將兩條刻度線之間的距離分成兩等份，確定0.9刻度的高度，然后對其余刻度進(jìn)行等距校準(zhǔn)。
進(jìn)一步推理，當(dāng)利用等壓原理設(shè)計裝置時，液體可以放置在內(nèi)部和外部。 容器中可以同時放入兩種液體嗎？ 分析可以構(gòu)造如圖6所示的裝置來測量密度。 這個設(shè)備比較什么？ 測量液體的密度？ 這種儀器可以使用哪兩種液體來測量密度？ 進(jìn)一步推理分析，液體產(chǎn)生向下的壓力是由于重力的作用。 如果液體受到向上的拉力，是不是也會發(fā)生一定的變化呢？ 這樣，就可以構(gòu)造出如圖7所示的測量裝置，通過比較液體兩側(cè)的高度來測量液體的密度。
4.探索實踐、制作模型、迭代改進(jìn)
從不同原理的分析，作者發(fā)現(xiàn)常見的測量儀器如托盤天平、彈簧測力計、桿秤等都可以將待測液體的密度轉(zhuǎn)換成可測量的液柱高度或被測液體的力和力。以某種方式成為液體。 變形的關(guān)系，從而實現(xiàn)量具刻度的均勻性。 當(dāng)選擇不同的熟悉儀器組裝新的測量儀器時，應(yīng)考慮儀器制造過程的基本步驟，特別是新制造的儀器的量程是否受到原儀器的影響，如果測量范圍受到限制，則新制造的儀器的測量范圍會受到影響。新儀器需要根據(jù)原測量儀器的測量范圍進(jìn)行估算。 同時，按照一定原理制作的儀器也需要進(jìn)行校準(zhǔn)。 應(yīng)使用已知密度的濃鹽水或酒精校準(zhǔn)天平，以確定所需的范圍。 所生產(chǎn)的儀器刻度的均勻性。 教師需要提醒學(xué)生在測量液體密度的過程中使用滴管輔助準(zhǔn)確吸取液體，以規(guī)范學(xué)生的實驗操作。 為了更準(zhǔn)確地測量液體的密度，需要多次測量。 測量取平均值的方法提高了測量的準(zhǔn)確性。 同時，在實際生產(chǎn)過程中，學(xué)生也會遇到實際生產(chǎn)中水容器表面刻度的防水性、刻度校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性、校準(zhǔn)液的密度等問題。 溫度影響引起的誤差問題、浮動裝置的穩(wěn)定性控制、新裝置的實驗誤差分析以及新裝置精度的提高等問題。 例如，制作壓力秤時如何保證設(shè)備在垂直方向的穩(wěn)定升降？ 指標(biāo)顯示？ 制作浮力秤時，如何讓浮子在水中不傾斜，穩(wěn)定上浮下沉？ 與密度計相比，用壓力計制成的測量儀器的精度是提高還是降低？ 為什么？ 什么樣的液體連接器適合制作測量工具？ 天平的主要功能是確保兩種液體的質(zhì)量一致。 那么在使用天平作為測量儀器時，是否可以有其他的測量步驟，比如控制待測液體的體積相同呢？ 是否能夠達(dá)到測量目的？ 托盤天平可以用更方便的測量儀器電子天平代替嗎？ 新制作的測量儀器“1量”的校準(zhǔn)對測量的準(zhǔn)確性有何影響？ 在測量范圍內(nèi)，如何改進(jìn)更有效地減少實驗誤差的發(fā)生？ 通過學(xué)生的動手實踐，可以具體化多樣化的解決方案，并通過測試檢驗儀器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。 這樣可以實現(xiàn)手腦結(jié)合，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決實際問題的能力。 ，培養(yǎng)學(xué)生勞動實踐技能，提高學(xué)生的動手能力和辯證思維能力。
5、交易所評價、產(chǎn)品發(fā)布及活動反思
項目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在解決實際情境問題中的知識運用、能力發(fā)展和態(tài)度運用，鼓勵學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中加強(qiáng)合作與溝通、評價與反思。 這就需要教師設(shè)計展示型任務(wù)。 教師在項目階段結(jié)束時，組織學(xué)生召開產(chǎn)品發(fā)布會，制作PPT或產(chǎn)品制作說明及使用步驟說明、實物等，與學(xué)生分享小組的學(xué)習(xí)和實踐成果。促進(jìn)不同小組之間的溝通和評價，使學(xué)生形成反思習(xí)慣和團(tuán)隊意識，培養(yǎng)學(xué)生科技說明文的寫作能力以及表達(dá)和溝通能力。 在組織分享過程中，教師應(yīng)根據(jù)項目任務(wù)組織學(xué)生討論設(shè)計評價內(nèi)容和指標(biāo)，并在活動過程的不同階段使用。 做好項目評價量表（見表2），有意識地引導(dǎo)不同群體進(jìn)行相互評價和自我反思，從活動過程中自我參與的主動性、儀器制作的科學(xué)性、儀器制作的科學(xué)性和規(guī)范性等方面引導(dǎo)學(xué)生。技術(shù)解釋性寫作和產(chǎn)品質(zhì)量。 進(jìn)一步完善迭代等方面的反思（如圖8所示），培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力，使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)和反思習(xí)慣。
6、分階段實施，提高活動成效
本文設(shè)計的項目活動流程是基于九年級通過復(fù)習(xí)“溫故知新”的學(xué)習(xí)目標(biāo)。 它從大單元角度開發(fā)，進(jìn)行一體化的項目式探究實踐。 內(nèi)容涉及生產(chǎn)工藝和測量工具的設(shè)計。 原理、工具設(shè)計與具體化、受力分析、彈簧測力計、杠桿、天平等測量儀器的規(guī)范使用、數(shù)據(jù)分析與處理、溝通與協(xié)作、功能關(guān)系與尺度密度關(guān)系分析、科技說明文寫作寫作等方面的科學(xué)知識。 作者在設(shè)計時充分考慮了學(xué)生原有的認(rèn)知水平和能力，結(jié)合實際創(chuàng)設(shè)了驅(qū)動題，引導(dǎo)學(xué)生使用熟悉的測量工具設(shè)計制作出符合要求的密度計。 根據(jù)實際教學(xué)進(jìn)度，教師可將項目內(nèi)容的實施分為三個階段，整合校內(nèi)外活動時間，以4至6個課時的計劃開展活動。 第一階段：問題解決與方案設(shè)計，約2至3課時的課堂活動，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下和小組活動中完善裝置設(shè)計的原理分析、制作規(guī)劃、使用步驟說明等問題，完成思維探索環(huán)節(jié)，實現(xiàn)知識的應(yīng)用，明確儀器制作的一般常規(guī)步驟，為模型的制作做好準(zhǔn)備。 奠定基礎(chǔ)； 第二階段：模型制作和測試改進(jìn)，約1至2課時的課外活動，可安排在周末或短假期，讓學(xué)生在家獨立或小組完成產(chǎn)品制作、測試和改進(jìn)工作，增強(qiáng)學(xué)生的能力' 動手能力； 第三階段：產(chǎn)品發(fā)布與交流反思密度計的刻度特點，校內(nèi)活動1學(xué)時，可安排在科技節(jié)或課堂上。 通過比較不同群體之間發(fā)布的產(chǎn)品差異，可以進(jìn)一步明確儀器生產(chǎn)過程中的校準(zhǔn)環(huán)節(jié)和平衡范圍。 與最小刻度值的關(guān)系、估算刀具測量范圍等生產(chǎn)步驟的必要性，并結(jié)合產(chǎn)品現(xiàn)有的優(yōu)缺點，從操作方便性、產(chǎn)品穩(wěn)定性、測量等方面提出有益的建議準(zhǔn)確性等。為有時間進(jìn)一步迭代改進(jìn)產(chǎn)品的同學(xué)提供進(jìn)一步優(yōu)化迭代產(chǎn)品的計劃。
