例談以課本圖片為素材建構(gòu)物理模型的復(fù)習(xí)課

摘 要：復(fù)習(xí)課承擔(dān)著查漏補(bǔ)缺、織線成網(wǎng)和溫故知新的功能，利用學(xué)生最熟悉的課本圖片中的浮力實(shí)例作為復(fù)習(xí)課內(nèi)容，重新進(jìn)行對(duì)比、分析和整合，從而在目標(biāo)引領(lǐng)下建構(gòu)解決浮力問題的物理模型，并加上適度的練習(xí)來(lái)強(qiáng)化物理模型。

關(guān)鍵詞：課本圖片；物理模型；復(fù)習(xí)課

作者簡(jiǎn)介：蔡呈騰，浙江省溫州市第二外國(guó)語(yǔ)學(xué)校教師。（浙江 溫州 325000）

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0568（2018）07-0069-04

復(fù)習(xí)課是對(duì)新授課教學(xué)不足與欠缺的彌補(bǔ)，有查漏補(bǔ)缺的作用。當(dāng)然，復(fù)習(xí)課的查漏補(bǔ)缺已經(jīng)不能滿足我們對(duì)復(fù)習(xí)課的要求，它還要擔(dān)負(fù)起溫故知新的責(zé)任，從而讓學(xué)過的知識(shí)能織線成網(wǎng)，并發(fā)展學(xué)生分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造的能力。

上一節(jié)如此高要求的復(fù)習(xí)課并非易事。筆者認(rèn)為，上好初中物理復(fù)習(xí)課要做好四個(gè)方面，即目標(biāo)引領(lǐng)、圖片對(duì)比、合理建構(gòu)和適度練習(xí)，簡(jiǎn)言之就是利用學(xué)生熟悉的課本圖片構(gòu)建解決問題的物理模型。本文就以“浮力”復(fù)習(xí)課為例來(lái)說(shuō)明具體操作方法。

一、目標(biāo)引領(lǐng)

從考綱要求、教材內(nèi)容和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展三個(gè)方面，對(duì)浮力的復(fù)習(xí)內(nèi)容作如圖1的分析：

考綱的知識(shí)條目只對(duì)浮力知識(shí)做出考查要求，對(duì)復(fù)習(xí)課來(lái)說(shuō)，只考慮學(xué)生的知識(shí)目標(biāo)達(dá)成是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要充分考慮對(duì)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的需求。從布盧姆的教育目標(biāo)分類學(xué)角度來(lái)看，對(duì)浮力的要求還不只是認(rèn)識(shí)過程中的記憶和理解層次，還應(yīng)該有高階思維在具體項(xiàng)目和情境中的分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造的要求。在復(fù)習(xí)課或考試的層面，知識(shí)層面是有目標(biāo)層次限制的，但能力層面往往就不受限制。

為使教學(xué)目標(biāo)更具可操作性，對(duì)浮力的復(fù)習(xí)課制定了如下的教學(xué)目標(biāo)：①能寫出考試知識(shí)條目要求的浮力的主要知識(shí)內(nèi)容；②通過實(shí)例對(duì)比分析，利用阿基米德原理和物體浮沉條件，構(gòu)建物體受到浮力的物理模型；③能在具體情境中直接運(yùn)用阿基米德原理或公式的變形式進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，從而解決相應(yīng)的問題；④能對(duì)與浮力相關(guān)的具體實(shí)例進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)甚至創(chuàng)造，從而能運(yùn)用阿米德原理及物體浮沉條件。

如上的教學(xué)目標(biāo)制訂，第①條是針對(duì)“查漏補(bǔ)缺”的，第②③條是對(duì)浮力知識(shí)系統(tǒng)化的“織線成網(wǎng)”，而第④條則是“溫故知新”。這樣，其后的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)也都對(duì)應(yīng)這四條教學(xué)目標(biāo)展開。

從主體的角度來(lái)看，一節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)包含教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”，教師的“教”是為學(xué)生的“學(xué)”服務(wù)的，所以學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)成為一節(jié)課設(shè)計(jì)的核心。為此，本復(fù)習(xí)課體現(xiàn)“教學(xué)相長(zhǎng)”的思想，基于如圖2的模式展開的：

圖2中的浮力實(shí)例全部來(lái)自課本中的浮力插圖，結(jié)合這些插圖，通過比較分析，建構(gòu)成解決浮力問題的物理模型。從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度來(lái)看，課堂每個(gè)環(huán)節(jié)以一定的任務(wù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，通過小組合作的形式激發(fā)學(xué)生探索問題的興趣，為更好地建構(gòu)解決浮力的物理模型服務(wù)。基于這樣的認(rèn)識(shí)，本節(jié)課的教學(xué)流程如圖3：

二、圖片對(duì)比

教材是教學(xué)最重要的資源和依據(jù)，在復(fù)習(xí)過程中，不能因?yàn)樾抡n已經(jīng)“使用過”教材而忽視了教材，當(dāng)然也不能對(duì)教材中的素材再次使用一遍。復(fù)習(xí)課要求創(chuàng)造性地利用教材中的各種資源，對(duì)教材呈現(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行新的認(rèn)識(shí)和規(guī)劃。教材中的內(nèi)容非常豐富，而且圖文并茂，其圖片都是經(jīng)過千挑萬(wàn)選的，它們是教材內(nèi)容的重要組織部分，有些起“錦上添花”的作用，有些則起“畫龍點(diǎn)睛”的作用。

“浙教版”初中科學(xué)教材中關(guān)于浮力的內(nèi)容，其中就有如圖4所示的6幅圖：

這些圖體現(xiàn)了浮力知識(shí)結(jié)構(gòu)的整體框架，按照“構(gòu)建解決浮力問題物理模型”的要求，重新對(duì)其進(jìn)行排序和對(duì)比分析，并通過學(xué)生對(duì)問題的討論分析，形成了解決浮力問題的一般物理模型。

三、合理建構(gòu)

學(xué)習(xí)浮力內(nèi)容后，絕大部分學(xué)生在認(rèn)知過程中能達(dá)到記憶、理解和簡(jiǎn)單應(yīng)用阿基米德原理，但在具體情境中的分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造的高階思維的綜合能力應(yīng)用上卻是比較缺乏的。這主要是因?yàn)槿狈Α敖鉀Q浮力問題的物理模型”的構(gòu)建。“解決浮力問題的物理模型”，就是用來(lái)描述“如何做”“如何實(shí)現(xiàn)”浮力問題的物理過程。也就是通過從具體的浮力實(shí)例中，抽象出程序化、模式化的一套解決浮力問題的方式。

為對(duì)浮力知識(shí)的查漏補(bǔ)缺，本節(jié)復(fù)習(xí)課首先設(shè)立了任務(wù)一：請(qǐng)將有關(guān)浮力知識(shí)構(gòu)建一幅較詳細(xì)的思維導(dǎo)圖。

參考：浮力的《考試說(shuō)明》條目。①知道浮力的概念a；②描述阿基米德原理a；③認(rèn)識(shí)物體浮沉條件b；④直接運(yùn)用阿基米德原理或公式的變形進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算b。

思維導(dǎo)圖內(nèi)容能直接體現(xiàn)本節(jié)課的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)學(xué)生是否掌握這些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，同時(shí)也能把浮力知識(shí)系統(tǒng)化，達(dá)到織線成網(wǎng)的作用。其實(shí)構(gòu)建一幅思維導(dǎo)圖，就是一次對(duì)知識(shí)內(nèi)容整體的分析、綜合、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造的過程。當(dāng)然，并非所有的學(xué)生都能把浮力知識(shí)點(diǎn)以思維導(dǎo)圖的形式完整地構(gòu)建出來(lái)，還需要學(xué)生之間討論與交流，以及教師的引領(lǐng)。

從課堂表現(xiàn)來(lái)看，大多數(shù)學(xué)生呈現(xiàn)的思維導(dǎo)圖都是以圖5的形式進(jìn)行構(gòu)建的。顯然，這樣的思維導(dǎo)圖受教師提示的“考試知識(shí)條目”的影響：

所以，在組織學(xué)生對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，需要引導(dǎo)學(xué)生從不同的分類標(biāo)準(zhǔn)、分類方法等角度構(gòu)建思維導(dǎo)圖。在展示學(xué)生思維導(dǎo)圖時(shí)，教師特別要重視展示那些“與眾不同”的思維導(dǎo)圖，并請(qǐng)學(xué)生說(shuō)明這樣制作的原因（如圖6所示）。

顯然，圖6的思維導(dǎo)圖是從力的三要素的角度出發(fā)來(lái)對(duì)浮力知識(shí)進(jìn)行概括的，雖然“浮沉條件”與力的三要素并不是嚴(yán)格的并列關(guān)系，但這種對(duì)浮力本質(zhì)概念特征的全面認(rèn)識(shí)，卻是一般學(xué)生所缺乏的。這樣，就從不同角度對(duì)學(xué)生的浮力知識(shí)進(jìn)行建構(gòu)，很值得提倡。

任務(wù)二：（小組討論）判斷圖4中物體浮力大小是否改變，請(qǐng)說(shuō)明理由。

任務(wù)二是課堂建構(gòu)的核心內(nèi)容，在給每位學(xué)生的課堂任務(wù)單中有表1的內(nèi)容：

大部分學(xué)生學(xué)習(xí)浮力時(shí)，非常熟悉阿基米德原理和浮力的相關(guān)計(jì)算公式，但在分析具體情境下的浮力問題時(shí)往往會(huì)用錯(cuò)公式，甚至對(duì)浮力問題束手無(wú)策，關(guān)鍵就在于沒有建構(gòu)起解決浮力的模型，即對(duì)浮力問題“如何做”缺乏程序化知識(shí)。

對(duì)于浮力問題，首先要明確物體在液體（或氣體）中的狀態(tài)，再判斷物體哪些量是變化的，哪些量是不變的，最后選擇相應(yīng)的公式來(lái)判斷，總結(jié)如圖7所示：

課堂以學(xué)生小組討論的形式完成了表1，并以小組匯報(bào)的形式展示了表2的“物體受到浮力分析”結(jié)果。

分析圖4中的6幅圖，正是基于從具體的浮力情境到解決浮力問題的物理模型建構(gòu)的轉(zhuǎn)化。在學(xué)生匯報(bào)分析的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行如圖8的板書。

四、適度練習(xí)

課堂練習(xí)是對(duì)本節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容的鞏固和提高，也是對(duì)教學(xué)成果的檢測(cè)，應(yīng)緊緊圍繞復(fù)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行練習(xí)。為此，本節(jié)課設(shè)計(jì)了如下3道知識(shí)覆蓋面廣、難度有梯度的練習(xí)。課堂教學(xué)時(shí)，以第1、2兩題為例，利用剛剛構(gòu)建的解決浮力問題的物理模型來(lái)解答。

1. 如圖9所示，兩個(gè)容器中分別盛有甲、乙兩種不同的液體，把體積相同的A、B兩個(gè)實(shí)心小球放入甲液體中，兩球沉底；放入乙液體中，兩球靜止時(shí)的情況如圖乙所示，則下列說(shuō)法不正確的是（ ）。

A. 小球A的質(zhì)量小于小球B的質(zhì)量

B. 甲液體的密度小于乙液體的密度

C. 小球A在甲液體中受到的浮力大于在乙液體中的浮力

D. 在甲液體中容器底對(duì)小球A的支持力小于對(duì)小球B的支持力

解析：本題的思路是通過對(duì)比分析物體在液體中的狀態(tài)，結(jié)合“哪些物理量變化，哪些物理量不變”進(jìn)行分析。乙圖中，A物體處于漂浮狀態(tài)，所以浮力FA與重力GA相等；而B物體處于沉底狀態(tài)，所以浮力FB小于重力GB；而又因?yàn)锳、B在同一液體中，B排開液體的體積大于A，則FB大于FA，所以GA小于GB，即小球A的質(zhì)量小于小球B的質(zhì)量。A在乙液體中漂浮，所以A物體密度小于乙液體；A物體在甲液體中下沉，A物體密度大于甲液體，所以甲液體的密度小于乙液體的密度。A在甲液體中沉底，所以A受到的浮力小于重力；A物體在乙液體中處于漂浮，所以受到的浮力等于重力，故小球A在甲液體中受到的浮力小于在乙液體中的浮力。由于在甲液體中A、B兩球受到浮力相同，A的重力又小于B，所以A受到容器底部的支持力小于B。

2. 一物塊輕輕放入盛滿煤油的大燒杯中，靜止后有160克煤油溢出；將其輕輕放入盛滿水的大燒杯中，靜止后有180克水溢出。已知煤油的密度是0.8×103千克/米3，則物塊在水中靜止時(shí)的狀態(tài)及物塊的密度分別是（ ）。

A.下沉，1.1×103 千克/米3 B.漂浮，0.85×103 千克/米3

C.懸浮，1.0×103 千克/米3 D.漂浮，0.90×103 千克/米3

解析：此題以“分類”討論物的形式先假定物塊在兩種液體中的狀態(tài)，再結(jié)合“變量”和“非變量”排除不可能的情況。物塊若在水中下沉，則其密度大于水的密度，在煤油中也下沉，兩者排開液體體積相同，所以浮力之比即為液體密度之比4﹕5，而不是8﹕9，這樣就排除了選項(xiàng)A。物塊若在水中懸浮，密度與水相同，則在煤油中會(huì)下沉，浮力之比等于液體密度之比4﹕5，而不是8﹕9，選項(xiàng)C排除。若物塊在水和煤油中都漂浮，則浮力都等于重力，兩都浮力相等，不符合要求。這樣物塊只能在水中漂浮，在煤油中下沉，所以根據(jù)阿基米德原理，物塊排開水的質(zhì)量180克即為物塊的質(zhì)量；而在物塊在煤油中下沉（浸沒），所以V物=V排= = = =200厘米3，所以p物= = =0.9克/厘米3=0.9×103千克/米3。

下面這題的設(shè)置，每一道小題層層遞進(jìn)。可作為課外的鞏固和提升，這也是利用浮力知識(shí)進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造能力培養(yǎng)最好的載體。

3. 某同學(xué)學(xué)習(xí)了浮力知識(shí)后，制作了一臺(tái)如圖10所示的浮力秤來(lái)稱量物體的質(zhì)量。

（1）請(qǐng)簡(jiǎn)述該裝置的工作原理。

（2）如何給小筒標(biāo)上刻度。

（3）已知小筒底面積為0.001米2，小筒和秤盤總重為0.6牛，則圖中A處的深度是多少？

（4）若在秤盤上放一物體后，小筒浸入水中的深度h為0.1米，該物體的質(zhì)量為多大？

（5）若想將該浮力秤改為可測(cè)礦石密度的密度秤，如何改進(jìn)？

（6）某同學(xué)對(duì)密度秤進(jìn)行如圖11所示的改進(jìn)：①先將浮力秤放入水中，在小盤內(nèi)加砝碼，使浮力秤下沉到標(biāo)志線與水面齊平，記下盤內(nèi)砝碼m1=125克；②拿掉盤內(nèi)全部砝碼，盤內(nèi)改待測(cè)礦石，這時(shí)標(biāo)志線在水面上方，再在盤內(nèi)添加砝碼，使浮力秤重新下沉到標(biāo)志線與水面齊平，記下盤內(nèi)砝碼m2=25克；③拿掉盤內(nèi)全部砝碼，將待測(cè)礦石放于小籃內(nèi)，再往盤內(nèi)重新放砝碼，使浮力秤再次下沉到標(biāo)志線與水面齊平，記下盤內(nèi)的砝碼m3=45克。

解析：（1）浮力秤的原理就是利用被測(cè)物體放在漂浮于水面的小筒里，小筒與物體受到的浮力等于重力，同時(shí)浮力的大小又與排開水的體積成正比，而排開水的體積又與小筒浸入水中的深度成正比。這樣，小筒浸入水中的深度就可以表示被測(cè)物體的質(zhì)量。

（2）公式推導(dǎo)如下：G0+G物=F浮=ρ水gV排=ρ水gS0h，則G物=ρ水gS0h-G0，m物=ρ水S0h-m0。

從公式可知，被測(cè)物體質(zhì)量m物與小筒浸入水中的深度h是一次函數(shù)關(guān)系，所以刻度是均勻的。

（3）如圖可知，A點(diǎn)是被測(cè)物體質(zhì)量為0時(shí)的刻度，刻度值為0。

h= = =0.06米=6厘米。

（4）當(dāng)h=0.1米時(shí)，m物=ρ水S0h-m0=1.0×103千克/米3×0.001米2×0.1米-0.06千克=0.04千克=40克。

（5）如果將裝置改為密度計(jì)，還需要測(cè)出被測(cè)物體的體積。可以在大筒中加上體積的刻度，將物塊投入水中，測(cè)出液面上升的體積即可。

（6）比較圖a、b可知，被測(cè)物體的質(zhì)量m=100克；比較圖b、c可知，c比b的浮力大了0.2牛，這是由于被測(cè)物體在水中受到的浮力為0.2牛造成的，所以V物=V排= =

=2×10-5米3=20厘米3，ρ= = =5克/厘米3。

綜合上述分析，以課本圖片為素材建構(gòu)物理模型的復(fù)習(xí)課流程可以用如圖12的框架圖來(lái)表示：

責(zé)任編輯 易繼斌