基于活動情境的“浮力”教學探討

(江蘇省南京市東山外國語學校，江蘇 南京 211100)

建構主義教學理論認為：教學要為學生創設理想的學習情境,激發學生的推理、分析、鑒別等高級的思維活動,同時給學生提供豐富的信息資源、處理信息的工具以及適當的幫助和支持,促進他們自主建構意義以及解決問題。本文以“浮力”一節教學為例,探索基于活動情境的物理教學。

1 感知浮力,引入浮力課題

教師用泡泡機吹出一些泡泡,學生觀察泡泡的運動情況,發現泡泡下落直至破裂,教師模擬《是真的嗎》電視場景,發問：泡泡能懸在空中,是真的嗎？教師將提前隱藏好的充滿未知無色無味氣體的盒子拿出來,用泡泡機向內充泡泡,學生觀察到一個個晶瑩剔透的小泡泡在盒子上方歡快跳躍,如圖1所示,很是震撼。學生很自然地聯想到和小學科學學過的浮力知識有關,教師順利進入新課的教學。

圖1

教學感悟：課題引入是整個教學的有機組成部分,是教學環節的第一錘。好的課題引入可以先聲奪人,給整堂課打下一個良好的基礎。孩子們看到泡泡懸在空中跳躍時，不約而同的驚呼聲將課堂的學習氣氛充分調動起來,極大地激發了學生學習新知識的熱情。

2 體驗浮力,構建浮力概念

教師向學生提出問題1：生活中你在哪些場景中見過或者體驗過浮力的存在？學生根據自己的生活經驗和經歷,舉出與浮力相關的事例：輪船漂在大海上,熱氣球浮在空中,運動員在水中游泳,人能漂浮在死海上讀書看報等等,學生從諸如此類的事例中提煉出浮力的施力物體——液體和氣體。

教師組織學生開展活動1：慢慢將塑料瓶按入水中,體驗一下,你的手有什么感覺？學生將塑料瓶壓入水中,感覺到水對瓶子有一個向上的托力,阻礙瓶子進入水中,這個力就是瓶子受到的浮力。

教師課前將三個乒乓球分別用細線系在鐵塊上,將鐵塊粘在上方開口的長方形容器底部,往容器中注水,直至沒過乒乓球,如圖2所示,學生根據繩子的方向判斷出浮力的方向——豎直向上,與重力的方向相反,在此基礎上教師追問：浮力方向是否始終豎直向上？學生將驗證重力方向始終是豎直向下的方法進行了遷移,將容器適當傾斜,如圖3所示,繼續觀察懸繩的方向。

圖2

圖3

教學感悟：建構主義認為：教學不是知識由教師向學生的單向傳遞,而是學生自主構建知識的過程。教師組織學生開展舉例、壓瓶子、探究浮力方向的活動,讓學生自己總結出浮力的特點,自主構建浮力的概念。在此環節中,面對新信息、新概念和新命題,每個學生都以原有的知識經驗為基礎構建自己的理解,并且在探究浮力方向這一環節,學生的遷移能力也得到了充分的培養。

3 思維碰撞,學會測量浮力

教師課前準備好幾種水果：蘋果、橙子、圣女果、西紅柿、芒果,并依次讓學生猜想這些水果丟入水中后的浮沉狀態,教師逐一進行驗證(如圖4)。學生發現有的水果漂浮,有的水果沉底,漂浮的水果受到浮力作用是顯而易見的,教師順勢提出問題2：下沉的物體是否受到浮力的作用呢？如果受,你能否設計一個實驗來驗證你的猜想呢？學生分小組討論設計實驗方案：在空氣中用彈簧測力計測出裝有配重的礦泉水瓶所受重力G,接著將瓶子完全浸沒在水中時,讀出此時測力計的拉力F拉,比較F拉和G的大小。學生在探究活動中發現F拉始終小于G,說明下沉的物體受到浮力作用。在此基礎上,教師繼續引導學生思考能否測出浮力的大小,學生容易得到F浮=G-F拉(如圖5)。

圖4

圖5

教學感悟：探究下沉的物體是否受到浮力是本節課的教學重點,教師通過讓學生猜想常見水果的浮沉狀態，進而引入問題2,在這一活動中,學生的猜想與實驗結果基本不相符,學生潛意識中的觀點被否定,與學生的思維產生了強烈的碰撞,激發了他們的探究熱情,學生會產生疑惑：水果的浮與沉到底由什么因素決定？這又為下一節課做了適當的鋪墊。通過探究,使學生認識到浸在液體中的物體,都會受到浮力的作用。該活動還使學生了解用彈簧測力計測量浮力的方法,為繼續探究做準備。另外，在利用測力計判斷下沉的物體是否受浮力的探究活動中,教師還可以直接用手托起測力計下面的重物,觀察測力計的示數變化,與水下的情況進行類比。

4 再探浮力,總結浮力的影響因素

在探究活動2中,每個小組測出來的浮力大小不盡相同,教師給出問題3：你覺得影響浮力大小的因素有哪些？首先讓學生根據已有知識和生活經驗提出猜想,學生通常會提出浮力的大小可能與物體的密度、液體的密度、物體的形狀、物體在液體中的深度、物體的體積、液體的體積等因素有關。

圖6

學生猜想了這么多的影響因素,如果按照控制變量法的思想對諸多要素進行逐一探究,時間上是不允許的,教師可再安排一個學生活動3：用彈簧測力計拉著物體,使其逐漸浸入液體,直至完全浸沒,并繼續下移一段距離,觀察測力計示數的變化和深度的關系(如圖6)。

根據實驗學生不難發現：浸沒前，浮力隨浸入深度的增大加而增大；浸沒后浮力不變，與深度無關。通過這個實驗,學生發現浮力大小與深度的關系并不直接和簡明,教師可引導學生進一步思考，尋找直接影響浮力大小的因素，經過足夠的討論，還是有學生能得出結論：浮力與物體排開液體的體積直接相關。

為了探究浮力大小與物體的密度是否有關，可選擇兩個完全相同的口香糖盒子,里面裝不同質量的配重,按以下步驟進行探究：(1) 用彈簧測力計分別測出各自所受的重力；(2) 分別將它們浸沒在水中,讀出彈簧測力計的示數；(3) 分別計算它們受到的浮力。

探究浮力的大小與物體的形狀是否有關時，按以下步驟進行探究：(1) 將一塊橡皮泥掛在彈簧測力計上浸沒于水中,讀出彈簧測力計的示數；(2) 改變此橡皮泥的形狀,仍將橡皮泥浸沒于水中,再次讀出彈簧測力計的示數；(3) 比較兩次示數。

對于浮力是否與液體的體積和物體的體積等因素是否有關,如時間允許，教師可在課堂上演示或者讓學生課后繼續探究。教師組織學生利用提供的器材和控制變量法，重點開展學生活動4：探究影響浮力大小與排開液體體積和液體密度的關系,通過小組合作,將實驗數據記錄在表格中，進而得出結論。

教學感悟：事實上,浮力大小與物體排開液體的體積和液體密度這兩個因素有關。對于“排開液體體積”這一因素,學生很難想到,即使有些學生課前預習知道有這個影響因素,也不太能真正理解它的含義。因此教師安排了活動3,通過實驗,學生排除了深度這個無關量,得出排開液體體積這個有關變量,通過直觀的實驗現象不但可以分析得出這一因素,還可以幫助學生更好地理解這一“陌生”因素。在活動4的基礎上,教師可直接給出阿基米德原理(F浮=G排),再通過數學方法推導出浮力與液體密度和排開液體體積的關系式,由公式進一步理解學生由實驗所得到的結論，與阿基米德原理進行對照。

5 “泡泡”揭秘,浮力知識得以應用

學習完浮力的相關知識以后,教師帶領學生再次回到引入課題時的小實驗,并且告知學生透明容器里的氣體是密度約為空氣密度6倍的六氟化硫氣體,拋出問題4：你能用我們今天所學的知識解釋泡泡懸在空中這個實驗現象嗎?

教學感悟：最后一個環節是前面幾個環節的理解和運用,讓學生在解決問題4的過程中,加深對剛學的新知識的鞏固和理解,同時提高學生運用物理知識解決問題的能力。

在基于活動情境的教學中,教學不再是傳遞客觀而確定的現成知識,而是通過教師創設的一些活動情景,激活學生原有的相關知識經驗,促進知識經驗的生長,實現知識的重新組織、轉換和改造。

[1] 羅國忠.浮力難學難教的問題例析[J].中學物理教學參考,2015,(1)．

[2] 梁建,葉志兵,張杰,朱翠芹.基于科學探究體驗 發展學生核心素養[J].物理教師,2017,(1)．

[3] 朱龍祥.物理教學思維方式[M]．北京：首都師范大學出版社,2000．