理清长度测量教学的脉络,突破“估读”难点

理清长度测量教学的脉络，突破“估读”难点
发表时间：2020-07-31T07:06:24.927Z 来源：《教育学》2020年8月总第222期作者：李洪杰
[导读] 在远古很长一段历史时期的生产生活中，无论中外都处处离不开测量。

昆明第十九中学云南昆明650000
摘要：《长度的测量》作为沪科版教科书开篇的第二节，在学生学习了动与静之后展开，是学习2011版课标中大标题“物质和运动”下属“运动”的基础，是知识准备性、衔接性的章节内容。

本文从长度的本质入手，循序渐进，提供了一种清晰的视角供同行交流和参考。

关键词：脉络本质估读
一、沿寻历史，渗透物理思想，凸显长度本质
1.长度单位史话。

在远古很长一段历史时期的生产生活中，无论中外都处处离不开测量。

人们开展最原始的测量活动其实往往借助于自己的感官和身体的一部分，或者利用身边容易获得的物品来进行。

中国古代常见的长度单位有“寻、仞、寸、扶、咫、尺、丈、跬、步、常、几、轨、里、毫、厘”等。

黍：长度取黍的中等子粒，一个纵黍为一分，一百黍为一尺。

《核舟记》一文中有：“舟首尾八分有奇，高可二黍许。

”扶：四指并拢的宽度为“1扶”，古代有“1指为寸，1扶4寸”的说法。

最早有记载的人为标准物来自古埃及。

三千多年前，埃及人用质地坚硬的花岗岩制作了一根长度标准物(Cubit)，而这个长度标准是法老的小臂拐肘到中指间的距离，因此又叫腕尺。

古希腊人崇尚人体美，公元前6世纪他们便找来美男子库里修斯，以他双手伸开时两手中指尖的距离为长度标准，称一浔。

然而，不同国家、不同地区、不同的人如果只是一直沿用这种原始的方法来进行测量，不可避免地就会带来混乱和冲突，不利于交流和贸易的发展、经济的繁荣。

公元九世纪，英皇亨利一世在位时，组织大臣们讨论一码究竟应该为多长。

大臣们为此争论不休，各说各的理。

亨利一世急了，他没想到这么简单的问题，大臣们居然可以闹得不可开交。

他一拍大腿，说道：全都不许闹，一码就是我鼻尖到食指尖的距离。

于是，码的标准便伴随着亨利一世的怒气诞生了。

2.明确长度单位的规定性：米的规定。

鉴于以上现实的问题和矛盾，要想准确、科学地测出物体的长度，就离不开统一的规定：长度的单位(测量长度所必需的参照标准)。

1889年的第一届国际计量大会确定“米原器”为国际长度基准，它规定1米就是米原器在0摄氏度时两端的两条刻线间的距离。

米原器的精度可以达到0.1微米，也就是千万分之一米，可以说够精确的了。

可是在1960年召开的第11届国际计量大会上，各国代表一致通过决议，废除了米原器，理由是它既不方便也不准确。

1960年，第十一届国际计量大会上，决议废除1889年以来所沿用的国际米尺原型，把同位素氪86气体放电时产生的一种橙色光谱波长的1650763.73倍作为1米。

这种光尺精确度很高，误差只有十亿分之二。

基于光速的不变性和激光良好的单色性等因素，1983年第17届国际计量大会将“米”定义为“光在真空中1/299792458s的时间间隔内行程的长度”，这是米的第三次定义。

因为光速在真空是永远不变的，因而基准米就更加精确了。

精确度可以达到0.001微米，大约相当于一根头发直径的十万分之一。

长度单位经过了漫长的岁月，才最终演变为我们现在所熟悉的单位。

在单位统一之前我想，当使用不同的长度单位标准的人交流时肯定会有很多困难。

俗话说“没有规矩不成方圆”，在现在这个越来越小的世界中，统一通用的单位显得尤为重要，但是还有一些地区和人们使用一些不是很常用的单位，不过在不同的人与人的交流中，还是要将彼此的单位统一。

包容个性，但又大体统一。

3.长度测量的本质：比较。

长度测量作为一种基本且重要的科学方法，其本质是待测物体与标准进行比较的过程。

如何让学生理解和体会，最终会测量和读数，需要创设生活场景，让学生实际参与，最终才能“开悟”，深刻理解“估读到最小分度值的下一位”这句话的具体含义。

本环节，在认识到1米的参考标准的基础上，教师先在教室墙壁上用米尺取好两段1米的长度，并做好标记。

请一位同学上台站到讲台上靠近墙壁测量自己的身高，让台下同学观察回答，比如1.5米、1.6米、1.7米，大家各抒己见，有所争论。

最终，大家一致认为该同学的身高一定超过1米了，因为该同学的头顶在1米刻度线的上方(即总的身长超过1米刻度线)。

争论的焦点在于1米之外的零点几米，不同的同学说出了不同的结果。

在讨论的基础上，教师顺势引入，总结：测量作为一种基本且重要的科学方法，本质就是待测物体与标准物体进行比较的过程。

那么,长度测量就是被测物体与标准长度进行比较的过程,被测物体的长度就是单位长度的若干倍或者若干分之一。

本例中，测量标准为1米，我们把被测同学的身高分为两段分别与1米的参照标准进行比较，最终测出同学的身高并记录下来。

4.正确估读。

首先要明确所用刻度尺最小分度值的含义：刻度尺上最小的每1格所代表的长度(刻度尺上能直接测出的最小长度，即刻度尺上显示的最小标度)。

例如上例中实际上就是先在墙壁上画了一把刻度尺，它的最小分度值为1米。

该同学的身高为OC=OA+AB，其中OA段是可以直接从墙面刻度尺上准确读取出来的，称为精确值，OA=1m。

而AB段只能估计着读出个大约的值，叫做估读值。

接下来的关键是如何估计，
估计也是需要选取参照的比较标准的。

很显然，选AC这段长度作为参照标准最好，因为AB是AC的一部分，且AC=1m(AC长是墙面刻度尺的最小分度值)。

其次，提问学生：你是如何估计出AB段的长度？即便学生不能马上说清楚，也要多鼓励，调动学生讨论。

最终，大家肯定能达成统一的认识：估计AB大约占了AC的几分之几，则AB的长大约就是1米的几分之几(注意：尽管没画出来，但学生头脑中想把AC长平均分成几等分都是可以的，比如10等分、5等分、3等分。

如果估计出的几分之几是无穷小数，无法除尽，则四舍五入，只取到零点几米。

一般10等分是最方便的)。

二、实践长度测量，真正突破“估读”难点
有了上面的基础，鉴于长度测量的实践性，现在再让学生来实际测量物理教科书的长度，除了涉及到刻度尺的正确使用、操作步骤以外，最重要的就是最小分度值为1mm的刻度尺的读数方法。

在这一阶段，读数已经不再是多难的问题，关键是让学生理解采用不同最小分度值的刻度尺测量，测量结果不同(“估读到最小分度值下一位的具体含义”)，并正确记录测量结果。

然后，进一步引入误差的概念、分类、减小误差的具体方法，循序渐进，水到渠成。

这样的教学，才能让学生对长度测量从本质上有清晰、完整、正确的理解和掌握。

图1
测量值=精确值+估读值+单位=2.7cm+×1mm=2.7cm+0.08cm=2.78cm
图2
测量值=精确值+估读值+单位=3.2cm+×1mm=3.20cm
测量值=精确值+估读值+单位=3.0cm+×1mm=3.00cm
用刻度尺A所测木块长，测量值A=2.20cm。

用刻度尺B所测同一木块长，测量值B=2.2cm或2.3cm。

紧接着，进一步拓展到测量教室、黑板的长，教学楼的高，再到特殊法(累积法)测量铁丝、硬币、乒乓球的直径，结合比例尺测量地图上两点的距离间等，让学生深刻体会测量活动与生活紧密联系。

通过实践，让学生明白使用不同最小分度值的刻度尺测量同一物体的长，测量结果可以不相同。

测量结果的不同往往是由估读值的不同所造成的，不能随便加“0”或减“0”。

同时最小分度值不同的刻度尺，精确度也就不同，最小分度值越小，精确度越高，测量值越精确。

显然，A刻度尺更精确，测量值A精确度更高。

紧接着引入误差的概念：测量值和真实值之间的偏差，叫误差。

叙述产生误差的原因(比如个人估读的不同)，以及减小误差的方法。

让学生明白，误差不可避免，只能采用多次测量取平均值、改进测量方法和选取更优良的工具等方法不断减小误差。

再简述误差与错误的区别。

在物理教学中，仅着眼物理知识的呈现是肤浅的，教学应当体现出物理教学的层次。

长度测量的整个教学过程从知识出发并不止于知识，而是通过逻辑紧扣的三个环节逐层展开，体现着从物理知识到物理方法、从物理方法到物理思想的教学层次。

这样充满层次感的教学，既展现了物理教学的丰富内涵，也使教学的效果得以深入。

真正的物理教学，并非学生学习物理概念和原理那么简单，而是能在此基础上将所学知识自主地应用。

因此，促进物理知识与实践相结合是实现真正意义上物理教学的重要一步。

在传授物理知识的同时，重视长度测量的实践性，为学生提供了应用知识的平台；同时通过物理学史的介绍，使学生既理解了测量误差的内涵，又培养了严谨的科学态度，从而完成了真正意义上的物理教学。

参考文献
[1]百度文库《长度单位的演化历史》。

[2]百度图片《测量身高》。

[3]邢红军《初中物理高端备课——长度测量》，第4页2 、3段。