基于課程標準的“物體浮沉條件及應用”的教學設計

李素娟，李新鄉

摘 要：以基于課程標準的教學理念為指導，在教學任務分析與學情分析的基礎上，根據“物體浮沉條件及應用”的特點，所設計的初中物理“物體的浮沉條件及應用”一節教學源于課程標準的6條教學目標；根據評價活動設計先于教與學活動設計的理念，圍繞教學目標設計了由8個問題、3個作業題目組成的評價活動；貫徹“目標—評價—教學”一致性的理念，利用問題引導與任務驅動等教學法設計了10項教與學的活動。根據創設情境，突破教學難點的需要，設計與制作了“潛水艇沉浮演示器”與“浮沉子”等教學用具，利用自制的教具所安排的演示實驗，有助于突破教學難點。

關鍵詞：課程標準；物體浮沉條件；教學設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）5-0071-4

實施基于課程標準的教學，在教學設計中要源于課程標準編制學習目標；然后，先于教與學活動設計，設計檢測學習目標是否達到的評價活動；最后，設計教與學的活動。這樣的逆向教學設計，可以使教師帶著問題思考教學，確保學習目標的實現；確保實現標準、教學與評價的一致性。

1 教學任務分析

浮力與現實生活緊密聯系，在生活中應用非常廣泛，研究物體浮沉的條件及應用，對解決生活中的現象和問題具有重要的作用。阿基米德原理是解決浮力問題常用的方法，對浮力應用實例的分析需要以阿基米德原理為基礎，本節課對輪船、潛水艇、氣球（氫氣球、熱氣球等）、飛艇等生活實例的分析，可以培養學生理論指導實踐的意識，使學生深刻地認識到物理學的重要性，激發對科學的興趣。

《義務教育物理課程標準（2011年版）》對該內容的相關要求是“運用物體的浮沉條件說明生產、生活中的一些現象。例如，了解潛水艇浮沉的原理”。其中，“說明”“了解”都是知識與技能維度的要求，鑒于我國近幾年在航海（如：航空母艦）方面的發展，可以激發學生的民族自豪感和自信心，本節課增設了“情感、態度與價值觀”維度的學習目標。

2012年人教版物理教材將本節課內容安排在8年級第10章《浮力》，其中，“物體的浮沉條件及應用”是第10章第3節的內容。它將重力、二力平衡、浮力等知識緊密聯系起來，是對力學知識的綜合運用。同時，其內容是在浮力、阿基米德原理等知識之后，是對物體在液體中受到浮力所作的進一步探究和延伸，是對浮力知識的升華。教材內容由“物體的浮沉條件”和“浮力的應用”兩個板塊組成，包括3個“想想做做”，圖文并茂，符合學生的認知規律和興趣。雖然本節內容與生活實際密切相關，但是研究不同事物浮沉應用的具體方法不同。因此，要求教師要對物體的浮沉問題有全面系統的認識。

綜上所述，物體的浮沉條件是本節課的教學重點。

2 學情分析

在知識能力方面，學生已經學習了重力、受力分析、二力平衡、浮力、阿基米德原理等知識，為物體浮沉條件的學習打下了基礎。同時，在認知方面，學生對日常生活中的浮沉現象有比較豐富的感性認識，也是他們容易產生興趣的原因。但是，學生并沒有形成對這些現象深層次的理論上的正確認識，而是在有所認知的同時形成了一些模糊甚至錯誤的前概念。如：重的物體下沉，輕的物體漂??；大的物體下沉，小的物體漂浮等等，這些前概念對本節課知識的構建造成了干擾，從而形成了教學難點。

3 教學目標

依據基于課程標準的教學理念和上述兩項分析，設計出源于課程標準的學習目標：

①會根據二力平衡條件、力與運動的關系描述物體的浮沉條件。

②了解輪船、潛水艇、氣球和飛艇等物體的浮沉原理。

③能運用物體的浮沉條件說明生產、生活中的一些現象。

④通過觀察物體浮沉的實驗，提高觀察和分析能力。

⑤在對輪船等工作原理的學習過程中，體會浮力應用的社會價值。

⑥在了解我國古代與當代航海方面成就的過程中，增強民族自豪感和自信心。

4 評價設計

為檢測教學目標的達成，設計了“浮沉子”原理分析等2個題目。

（1）通過問題1、2及練習題（1）檢測教學目標①的達成。

（2）通過問題3、8及練習題（1）（2）檢測教學目標②和④的達成。

（3）通過問題5～7檢測教學目標③和⑤的達成。

（4）通過問題4檢測教學目標⑥的達成。

5 教具設計

5.1 潛水艇浮沉演示器

5.1.1 制作方法

第一步，用刀片將廢舊塑料瓶的瓶底整齊切下待用；

第二步，在瓶內放一小塊橡皮泥，并用橡皮膠布固定，作為壓艙物；

第三步，在瓶蓋上分別鉆兩個孔，將一長一短的兩根塑料管裝入，也用橡皮膠布固定；

第四步，用橡皮膠布把剛才切下的瓶底固定在原處。

具體的制作如圖1所示。

5.1.2 操作方法

將“潛水艇”放入水中，水就會從下面的塑料管中流入瓶內，當瓶內的水慢慢增多，“潛水艇”就會慢慢下沉。用嘴從上面的塑料管中慢而均勻地吹氣，潛水艇內的水受到空氣的壓力，就會從下面的管子里排出來，排出的水有一股反作用力，會推動潛水艇慢慢地前進，“潛水艇”就會一邊航行一邊上浮。

5.1.3 設計意圖

潛水艇的工作原理相對比較復雜，學生理解相對困難，通過制作模型，能夠幫助學生更好地理解其工作原理，拉近物理與生活的關系，激發學生的學習興趣。

5.2 浮沉子

5.2.1 制作方法

第一步，把口服液瓶的瓶蓋拿下，用錐子鉆透后拔出錐子；

第二步，將小瓶放入槽中，裝上適量水（并滴入1滴紅墨水），蓋上蓋，讓其倒立在水面上，仔細調整瓶中的水量，直到它接近全部浸沒在水中的程度，插上塑料吸管；

第三步，在飲料瓶中裝水至將滿（留一少許空間），再將調整好的小瓶倒扣放入飲料瓶中，蓋上蓋，如圖2所示。

5.2.2 操作方法

擠壓塑料瓶，小藥瓶下沉，松開手，小藥瓶上浮。

5.2.3 設計意圖

利用身邊的物品進行小實驗，體現從生活走向物理的教學理念，并且“浮沉子”實驗，實驗現象新奇，容易吸引學生的興趣，增加學習的樂趣，而且這個實驗與前面學習的大氣壓強有密切聯系，能幫助學生提高綜合運用知識的能力。

6 教與學的設計活動

6.1 利用趣味實驗創設情境，導入新課

教與學的活動1：教師利用“浮沉子”演示其下沉和上浮，讓學生仔細觀察“浮沉子”的神奇之處并描述觀察到的現象。

現象：瓶內的物體可以按照教師的意愿實現下沉和上浮。

【教學設計說明】教師利用自制的“浮沉子”，演示學生從未見過的新奇有趣的現象，創設引發學生探究興趣的物理情境，激發學生的好奇心和求知欲，培養物理學習的興趣。

6.2 利用實驗轉變前概念，總結物體的浮沉條件

教與學的活動2：教師演示不同物體在液體中的不同狀態，讓學生觀察現象后先獨立思考，后同伴交流，分析它們的受力情況。教師適當點撥，引導學生總結規律。

演示實驗：木塊漂浮，小鐵釘下沉，塑料泡沫塊上浮，雞蛋懸浮。

問題1：是什么改變了物體的運動狀態？

【總結規律】物體的浮沉條件：

漂（懸）浮：F浮=G ；下沉：F浮G。

影響物體浮沉的根本原因是物體所受浮力與重力的大小關系。

【教學設計說明】物理是一門以實驗為基礎的學科，課程標準強調“從生活走向物理”，利用生活中常見的物體做小實驗，在拉近生活與物理關系的同時，轉變學生錯誤的前概念。提出的問題，有助于引導學生在分析力與物體運動關系的過程中，總結物體的浮沉條件。

6.3 利用任務驅動法，探究改變物體浮沉狀態的方法

教與學的活動3：先讓學生分組進行實驗。

學生分組實驗：讓橡皮泥漂浮在水面上。

問題2：根據阿基米德原理，這樣做成功的原因是什么？

教與學的活動4：教師出示“潛水艇浮沉演示器”，簡單介紹演示器的構造后，演示實驗。先讓學生觀察、思考，然后教師引導，分析影響“潛水艇”浮沉的因素。

演示實驗：潛水艇的浮沉。

問題3：潛水艇在上浮與下沉過程中，是通過改變什么因素實現的？

描述并分析現象：把“潛水艇”放入水中時，它是漂浮在水面上的，當水進入“潛水艇”時，它開始下沉，當水排出時，它開始上浮。在上浮與下沉的過程中，只有潛水艇中水的量發生了變化，“潛水艇”是通過改變體內水的量來改變自身受到的重力，進而實現上浮與下沉。

教與學的活動5：播放“潛水艇”工作模擬動畫，對潛水艇的結構及工作原理進行進一步的說明：潛水艇的左右兩側各有一個水倉，底部有一個水閥，頂部有一個氣閥，它可以通過控制水閥和氣閥來進行充水和排水。向水艙充水時，水閥就會打開，潛水艇變重，逐漸潛入水中。當水艙充水后潛水艇重等于同體積的水重時，它可以懸浮在水中。當用壓縮空氣將水艙里的水排出一部分時，潛水艇變輕，從而上浮。實際航行時，在上浮和下潛過程中，潛水艇總要開動推進器加快上浮和下潛的速度。

【總結規律】改變物體浮沉狀態的方法：

（1）物體質量不能改變時，改變所受浮力的大?。ǜ淖兣砰_液體的體積，改變液體的密度）；

（2）物體所受浮力不能改變時，改變自身所受的重力。

【教學設計說明】橡皮泥實驗是教材“想想做做”中，改變物體浮沉狀態的實驗之一，通過學生的分組實驗，既能培養動手能力，又能為學習“改變物體浮沉狀態的方法”提供支持。問題3引導學生分析出改變物體所受浮力是改變浮沉狀態的一種方法；問題4引導學生分析出改變物體自身的質量也是改變浮沉狀態的一種方法，為下面分析其他實際應用作鋪墊。

6.4 學習新科技，增強民族自豪感和自信心

教與學的活動6：利用多媒體展示古代鄭和下西洋及現代中國航空母艦的有關圖片和資料，并進行講解，讓學生認真觀看、學習。

問題4：觀看了這些內容，有什么感受？

【教學設計說明】利用中國古代與當代在“浮力應用”方面的成就，增強學生的民族自豪感與自信心，進行愛國主義教育。

6.5 自主學習，了解常見物品的浮沉原理

教與學的活動7：讓學生自主閱讀“輪船”“氣球和飛艇”兩部分內容，教師提出閱讀的任務要求，留給學生適當的思考、交流時間。

問題5：物體的浮沉在生活中還有哪些應用？具體是怎么實現的？

【教學設計說明】教材中所涉及的這兩部分內容與生活、科技密切相關，通過閱讀讓學生認識到物體浮沉的廣泛應用，了解改變物體浮沉狀態的不同方法，同時讓學生采取不同的學習方式，實現學習方式多樣化。

6.6 課堂練習，內化新知

教與學的活動8：展示懸浮雞蛋的實驗。讓學生根據觀察到的現象，先獨立思考，回答系列問題，后小組交流討論，并將結果反饋給教師。

問題6：如何讓懸浮在鹽水中的雞蛋下沉（或上?。?？

問題7：雞蛋下沉（或上?。┑脑蚴鞘裁?？

教與學的活動9：再次演示“浮沉子”實驗，講解制作流程，引導學生運用本節課所學的物體的浮沉條件。先個人分析“浮沉子”的浮沉原理；后小組合作討論，讓學生代表說明分析結果，其他學生補充。

問題8：“浮沉子”的浮沉原理是什么？

【教學設計說明】針對本節課教學重難點，有計劃、有目的地設計上述練習，目的是檢測物體浮沉條件及應用的掌握情況，內化新知。

6.7 課堂小結，升華提高

教與學的活動10：引導學生先自己思考、總結這節課學到的知識和其他收獲；后小組討論，然后全班交流。

（1） 物體的浮沉條件；

（2） 改變物體浮沉狀態的方法；

（3） 物體浮沉的實際應用實例及原理。

接著教師結合三維教學目標進行點評與歸納總結。

【教學設計說明】教師引導學生從三維學習目標談本節課的收獲和體會，既是對本節課內容的總結升華，又緊扣教學目標，保持課程標準與課堂教學的一致性。

6.8 課外作業，動手動腦

（1）做一個塑料袋熱氣球。

（2）解釋湯圓剛放入鍋中時，便下沉到鍋底，煮熟的湯圓就浮起來，如果把涼的湯圓放入鍋中，又沉到鍋底的原因。

（3）利用多媒體展示“浮筒打撈法”的相關材料，解釋原因。

【教學設計說明】作業內容力爭做到既動手，又動腦；既能與生活實際相聯系，深化對知識的理解，又能激發學生的學習興趣，突出以興趣引導學習的理念。學生通過獨立完成作業，能夠達到對物體浮沉條件及應用的復習鞏固。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]彭前程.義務教育教科書八年級下冊[M].北京：人民教育出版社，2012.

[3]李新鄉，張軍朋.物理教學論（第二版）[M].北京：科學出版社，2009.