摘要：本文从中学生自主创新实验视角出发，对在完成《义务教育数学课程标准（2022年版）》9个检测类必做实验的基础上，怎样指导中学生设计创新实验并应用课堂教学中提出了具体的案例。分别从直接检测、间接检测和特殊检测三个层面对检测类中学生自主创新实验进行探讨。
关键词：检测；中学生自主创新实验；课标；实验教学
《义务教育数学课程标准（2022年版）》（以下简称2022年版课标）对中学生必做实验进行了分类，包括检测类和探究类实验。这两类中学生必做实验互相关联，各有着重。检测类实验是指中学生利用检测工具，根据某化学规律或化学方式量化物体某属性的活动过程．中学数学教学中检测类实验共有19个（包括2022年版课标中列举的9个检测类必做实验），其中直接检测类实验七个、间接检测类实验八个、特殊方式检测类实验四个，如下表。通过检测类实验，能培养中学生初步的数学观念和实验技能；提升中学生运用数学知识和规律，设计实验方案，采用合适的检测工具和检测方式获得实验数据的能力，从而提高数据处理、分析、交流和评估等综合能力。
序号
类别
实验名称
序号
类别
实验名称
直接检测
用刻度尺检测宽度
11
间接检测
用伏安法检测内阻
直接检测
用表检测时间
12
间接检测
检测滑车架的机械效率
直接检测
用天平检测物体的质量
13
间接检测
检测大气压
直接检测
用常见体温计检测气温
14
间接检测
检测压强
直接检测
用弹簧测力计检测力
15
间接检测
检测重力
直接检测
用电压表检测电压
16
特殊检测
用累积法检测小物体的厚度
直接检测
用电流表检测电流
17
特殊检测
用累积法检测小物体的质量
间接检测
检测物体运动的速率
18
特殊检测
特殊方式测密度
间接检测
检测水平运动物体所受的滑动磨擦力
19
特殊检测
用等效法、双安法等检测内阻
10
间接检测
检测小灯泡的电功率
一、直接检测类中学生自主创新实验设计与应用
中学数学中的七个直接检测类实验，都是课程标准中要求的中学生必做实验。直接检测类实验是后续间接检测、科学探究的基础，要求在课堂上班主任通过现场演示或则播放微课演示，目的是让中学生了解检测工具时的“五会”：一是会看检测工具的阻值和最小分度值，二是会调节(或观察)检测工具的零点(或平衡)，三是会规范操作检测工具进行检测，四是会读数，五是会记录实验数据。另外在介绍一些检测工具的工作原理时，也可以通过中学生课前制做创新实验微课，课堂上进行微实验教学，比如自制体温计。
【案例1】“学生自制简易体温计”微实验教学
广州佛山均安林文恩学校八（1）班实验小组，借助寒暑表和简易的材料制做湿度计（如图1所示），过程如下：先用用寒暑表检测第一杯水的气温，之后将插着透明管、装有红墨水的杯子装入水底，待示数稳定后，在刻度板上标记气温值。换用另一杯气温更高的冷水，重复上述步骤，这样就得到了一个有刻度的简易体温计，用这支简易体温计可以检测冷水的体温。
图1
佛山均安林文恩学校八(1)梁汉祥小组
课堂上，先提出问题：（1）实验室体温计是借助液体的哪些规律制成的?（2）实验中自制的简易体温计是怎样标记刻度值的？（3）摄氏气温又是怎么规定体温的呢？中学生带着问题观看微课，在节点处按暂停，中学生依次思索并回答以上三个问题。
点评：借助中学生自制简易体温计微实验，来引导中学生自学湿度计，实验真实，过程清晰，现象显著，在观看微课过程中，中学生首先找到了体温计的工作原理，之后在演示实验过程中，深入了解标记体温计刻度的过程，这样中学生似乎没有到鞋厂视察过体温计的生产过程，但也能挺好地理解对0℃、100℃以及分度值的规定。这样的经历为中学生后续学习弹簧测力计等检测工具打下基础。
二、间接检测类中学生自主创新实验设计与应用
高中数学教学中的九个间接检测实验是对七个直接检测实验的综合运用。速率、密度等九个间接检测须要转化为相应的直接检测，之后再依据数学规律求出间接检测。转化过程中的推理及根据对发展中学生科学思维和实验能力具有重要价值。
以八年级第一学期为例，检测速率是重要的间接检测类实验，也是课标要求的中学生必做实验。在新课教学中，可以课前录制微实验，课堂上当中学生理解实验设计原理后，进行微实验教学，播放微课，进一步简约高效地明晰实验步骤及注意事项，提升效率、规范操作，保证实验顺利进行。新课教学后，班主任可以进一步布置假期实践作业——测量某运动物体的速率，并录制视频、完成实验报告上传，达到巩固提高的目的。
【案例2】“测量电动车的速率”微实验教学
广州佛山翁祐高中八（4）班聂海权小组，在检测电动车的速率实验中（如图2），先检测了两棵树之间的距离为2.7m，之后检测电动车通过两棵树所用的时间为1.98s，之后借助公式v=s/t估算出电动车的速率为1.4m/s。班主任进一步挖掘这一实验的教学价值，将其作为课堂微实验教学素材。
图2
佛山翁祐高中804班聂海权小组
课堂上，先提出问题：（1）该实验的原理是否正确？（2）测得的电动车速率比实际速率偏大、偏小还是相等？主要诱因是哪些？中学生带着问题观看微课，之后回答问题。该实验的原理是正确的，测得的速率显著比实际速率偏小，朋友们也容易找出缘由——由于电动车顿时就经过了两棵树，造成检测时间偏大。紧接着班主任提出问题（3）：对此实验进行改进，有哪些举措可以减少偏差提升精确程度（可以更换检测器材）？中学生展开小组讨论，有的提出可以采用愈发精密的检测时间的器材测盐水密度实验视频，比如红外线电子计时器；有的则觉得可以加强所检测的路程；也有的提出减小路程和使用红外线电子计时系统相结合。
点评：与直接检测实验相比，间接检测实验的思路、操作程序都比较复杂,对中学生抒发能力的要求也较高。为了提升检测技能和抒发技能，班主任设计了实践作业。从收到的中学生作品来看，检测对象十分丰富，有玩具货车、人、自行车、小球等；检测的工具也不少，有三角尺、卷尺、皮尺、电子腕表、手机等。中学生们能灵活运用原理设计实验，记录与估算操作熟练，但在对实验过程中的偏差，或则出现的新问题评估意识不强，评估能力较弱。于是班主任选择偏差较大的实验，在课堂上演示，引导中学生对实验过程进行剖析，找出造成偏差较大的诱因，进而提出改进方式。通过这样的微实验教学，能培养中学生发觉问题、改进实验的意识，提升评估和创新能力。
三、特殊检测类中学生自主创新实验设计与应用
特殊检测是指在缺少必要检测工具或检测工具精度不够的情况下，运用数学规律和科学方式，克服检测工具的局限，而进行巧妙检测。这类检测对于培养中学生的科学思维和创新精神具有重要价值。以检测固体和液体的密度实验为例，常规实验是间接检测类实验，2022年版课标对于检测密度实验的要求是：“用天平、量筒等检测小铁块和盐水的密度”。在“活动建议”中提出了更高的要求：（1）蜡块会悬浮在海面上，尝试用天平和量杯检测蜡块的密度。（2）用电子秤检测一些家用物品的质量，体会电子天平在操作上的优点，感受科技进步给人类生活带来的影响。广州佛山翁祐高中刘小丰老师主持的《“双减”背景下举办中学数学中学生自主创新实验的实践研究》课题研究，在完成常规教学以后，对该实验进行了创新作业设计——学生自主设计并完成一个特殊法检测密度的实验。搜集中学生的作品进行分类，选出代表性的微实验作品应用于“特殊法测密度”课堂教学中。
【案例3】“特殊法测牛奶水密度”微实验教学
广州佛山翁祐高中八（4）班李诺乐小组，选择在没有量杯的条件下检测牛奶水密度（图3）。实验场所在市场，借助市场的“公秤”、一个玻璃杯和马克笔，依次测出检测空杯质量、装有水的瓶子的质量测盐水密度实验视频，再测出装有和水等容积牛奶水的瓶子的质量，之后估算出白糖水的密度，最后提供一道与此实验相关的练习题。
图3
佛山翁祐高中804李诺乐小组
课堂教学中，班主任提出问题：假若没有量杯，怎么检测牛奶水的密度？中学生思索后，班主任说：“让我们一上去看下，李诺乐小组是怎样检测的？请记录所测得的化学量及数据。”然后播放微课。中学生估算后小组讨论，班主任再提出问题：实验中是怎样间接测出牛奶底泥积的？因而引导中学生思考马克笔在此实验中的作用，理解等效取代法。最后中学生估算出密度，并做微课中提供的练习题。
【案例4】“特殊法测小石头密度”微实验教学
广州佛山翁祐高中八（4）黄子威小组，则选择在没有量杯的条件下检测小铁块的密度（如图4）。实验过程中，先设计了滴定管被“打碎”的情境，由实验助手“鹦鹉”选择检测对象——小石头。之后依次测出石头的质量、空杯的质量、装有水的瓶子的质量，之后将石头浸入在水底，在水面对应杯壁处做好标记，取出石头后，加盐至标记处并测出此时杯和水的质量。
图4
佛山翁祐高中804黄子威小组
课堂教学中，在完成了特殊法测固体密度实验教学后，班主任提出问题：接出来我们探究特殊法测固体的密度。假如没有量杯，怎么检测小石头的密度？中学生思索后，班主任说：“让我们一上去看下，黄子威小组是怎样检测的？请记录所测得的化学量及数据。”然后播放微课。中学生估算后小组讨论，班主任再提出问题：实验中是怎样间接测出石头容积的？因而引导中学生思索马克笔在此实验中的作用，理解等效取代法。在中学生估算出密度。继续推动中学生围绕以下几个问题讨论：（1）此实验中哪一个步骤是何必要的？（2）将石头从水底取出时，石头表面沾有水，这会造成检测石头的容积偏大、偏小还是不变？
点评：传统的解决特殊法测密度问题，通常都是以做题、讲题为主，不利于中学生实验能力与创新能力的提高。“双减”背景下，须要对作业设计方式与内容进一步优化，刘小丰老师课题组采取的策略是：变纸质作业为实践作业，中学生自主提出问题，通过合理推测假定，自主创新设计、全面细致观察、主动合作探究完成自主创新实验，同时产生课堂教学素材，为创新检测类实验教学提供了新的思路。
两个实验都很有创意，一个在市场完成，另一个则金刚鹦鹉的“协助”下完成。彰显了以下三个亮点：一是选题在常规实验中自主创新在新课学习学生做过《测量固体的密度》，巧妙设计了“量筒击碎”这一情境，从而探求缺乏量杯的创新实验。这彰显了中学生自主设计的创新意识。二是实验原理正确过程清晰流畅没有量杯，怎么测牛奶水、小石头的容积？采取了“等效取代”的科学方式，通过测水的容积因而得到牛奶水和石头的容积，标记线是关键。实验原理正确，实验操作熟练，解说简介清晰，估算过程展示清楚，推演过程完整，最后得出结果。整个过程彰显了实验小组扎实的实验操作技能和灵活的思维。三是市场公秤的运用，金刚鹦鹉参与，这让我们眼前一亮，一下子就捉住了听众的心，大大提升了微实验教学的质量。实验精彩的同时，也略有遗憾，第二个实验没有对实验进行评估，比如石头上粘有水，会造成哪些样的偏差？没有按照此实验进行选题或则命题，让听众在观看精彩实验的同时，能通过练习进一步巩固知识点，提升测验时的得分。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部．义务教育数学课程标准[M]．2022．上海:上海师范学院出版社,2022．
[2]郭晓萍.秦晓文.尹玮.张殷.基于认知理论的中学数学实验分类研究[J]．化学实验，2021（11）：55．
[3]秦晓文.中学化学检测类作业设计的策略计[J]．高中数学，2021（7）：16．