物理教學與學具制作有機結合淺析

佟秀娟

[摘 要]將物理教學與學具制作融合，可使物理知識教學與制作學具相結合。不同于以往的物理學具制作，這是用學具制作支撐整個課堂教學，是提升探究能力，將物理教與學整合的最佳方式。

[關鍵詞]初中物理;學具制作;教學相長

物理教學是以觀察和實驗為基礎的一門學科，對培養中學生科學素養起著至關重要的作用，如何將教學與實驗有機結合，讓實驗教學大放異彩，是值得教師深思的問題。以往的物理實驗課學生往往是閱讀說明書，機械操作完成既定的實驗過程，得出教材提供的結論，學生只能是被動地操作器材，對提高探究能力作用微乎其微。而將物理教學與學具制作融為一體，學生帶著問題制作學具的優點顯而易見，在這種學具制作過程中會產生很多問題，讓學生帶著問題探究，能激發他們的探究意識，有利于提高物理教學效果。

一、學具制作讓“教”有的放矢

《浮沉條件及其應用》這節知識是八年級物理教學的難點，以往的教學是為學生演示不同物體在水中上浮、懸浮、下沉，進行受力分析得出物體的浮沉條件，然后在解題應用時，一部分學生記不清浮沉條件，一部分學生忘記判斷狀態就亂用公式。為了更好地讓學生理解浮沉條件，我讓學生在體驗中不斷制作能實現浮沉的器材。學生準備的器材有：礦泉水瓶（500ml帶蓋空瓶）、口服液小瓶（帶軟蓋空瓶）、鹽（500g）。教師準備的器材有：燒杯（1000ml）、足夠量的水。

情境導入：空小瓶漂浮在水面上。提出問題：將浸沒水中小瓶松手后，最終能在水中哪些位置停留呢？學生兩人一組動手實踐。有向小瓶中加水改變小瓶重力的，也有向小瓶中加鹽改變小瓶重力的，蓋好瓶蓋的小瓶浸沒水中，松手后有的直接沉入水底，有的能夠浮出水面，最終漂在水面上。接下來學生就想讓小瓶浸沒水中松手后在水中停留，既不露出水面，又不碰容器底。這可難住了大部分學生，他們反復改變小瓶中物體的質量，不斷嘗試、認真交流、逐步改進。當讓學生總結這一實踐活動的收獲時，學生們搶著發言，效果很好。

學生一：我們小組是通過改變裝入小瓶中水的多少來改變小瓶的重力，帶蓋空小瓶浸沒水中松手后會向上運動，最終靜止在水面上;將裝滿水的小瓶蓋好瓶蓋，浸沒水中松手后，小瓶會向下運動，最終停留在燒杯底部。我們并沒有實現小瓶在水中停留，相信時間足夠，我們一定能調整好小瓶的重力。

學生二：我們小組是改變裝入小瓶中鹽的多少來改變小瓶的重力，多次改變小瓶重力后，小瓶實現了在水中不同位置停留。但我們認為這樣效率太低，如果器材足夠的情況下，我們可以用量筒測出小瓶體積，計算出浮力。再用天平測出不斷加減鹽后小瓶的重力，或者用注射器不斷給小瓶注水、抽水也可以提高效率。

學生將所描述的幾種狀態進行歸類和受力分析，小瓶向上運動過程叫上浮，是非平衡態，只受重力和浮力作用，因此上浮的物體浮力大于重力;小瓶靜止在水面上叫漂浮是平衡態，依據二力平衡知識可知漂浮的物體浮力等于重力;小瓶向下運動過程叫下沉是非平衡態，浮力小于重力;最終沉在燒杯底部靜止是平衡態，小瓶還多受到一個支持力，受力平衡，浮力加支持力等于重力。若小瓶在水中停留，則浮力剛好等于重力叫懸浮。

同一個小瓶重力不變上浮后漂浮，分析兩次浮力不同的原因，小瓶上浮過程排開液體體積等于物體體積（V排=V物），漂浮在水面上時排開液體體積等于物體體積（V排

二、學具制作讓“學”成果可見

前面我們是向小瓶中加減液體水或固體鹽來改變小瓶重力，或改變液體的密度來改變小瓶浮力，可不可以人為控制小瓶吸水、排水？實現上浮、懸浮、下沉呢？

學生進行多種嘗試。有的將小瓶開口朝上放入裝有水的礦泉水中，小瓶漂浮，蓋好礦泉水瓶蓋，用力擠壓礦泉水瓶身;也有將小瓶裝入部分水后，開口朝下放入裝水的礦泉水瓶中的。

學生三：我們成功制成了人為控制吸水或排水的小瓶，實現上浮、懸浮、下沉，我們的設計思路是通過擠壓礦泉水瓶，讓礦泉水瓶中氣體壓強大于小瓶內氣體壓強，水就會在氣體壓強作用下壓入小瓶，改變小瓶的重力。可以通過控制擠壓小瓶的力度，實現小瓶的上浮、下沉、懸浮。開始，我們是把小瓶開口朝上放進礦泉水瓶中，擠壓瓶身后，小瓶沉入水底無法再上升。考慮氣體密度小，若倒置小瓶放入水中則氣體會在小瓶上方封存，這樣嘗試并改變著小瓶和礦泉水瓶中的水量。當我們讓小瓶中水占小瓶容積二分之一，礦泉水瓶中水占礦泉水瓶容積三分之二時效果最好，不用太大的力擠壓礦泉水瓶身，就能改變小瓶重力。要想小瓶裝水后開口朝下，水又不流出，可將礦泉水瓶傾斜近似于水平時快速放入，大氣壓的作用讓小瓶中的水不再流出。

學生四： 潛水艇就是通過改變自身重力來實現上浮、懸浮、下沉的，我們新做的學具就叫“潛水艇模型”好了。當用力擠壓礦泉水瓶瓶身時，礦泉水內氣體壓強變大，水被壓入小瓶中，小瓶重力變大，重力大于浮力下沉;松手后，礦泉水瓶內氣體壓強變小。小瓶中壓縮的氣體將水排出一部分，小瓶重力小于浮力上浮;掌握好擠壓礦泉水瓶瓶身的力度，我們就能順利實現懸浮，也就是小瓶重力剛好等于浮力。對于潛艇我們要了解到它有很多個水柜，當潛艇下潛時向水柜中注水，使潛艇重力大于浮力，當潛艇上浮時利用壓縮空氣的方法將水柜中水排出一部分，潛艇重力小于浮力而上浮。當水柜里的水量保持不變時，潛水艇在水下某一深處是處于懸浮狀態而不是沉底。

這樣制作學具的過程中學生通過實踐發現問題，盡可能多地調動了學生的知識儲備。如利用前面學習的“阿基米德原理” F浮=ρ液gV排，改變液體密度，或改變物體排開液體的體積來改變浮力;“大氣壓強”的知識，瓶內氣體壓強與體積的關系;“二力平衡”的知識，平衡態受力分析、非平衡態受力分析，運動和力的關系等，幾乎融合了八年級下學期物理前四章的知識。在不斷改進設計方案，解決問題的同時，潛移默化地提升了學生實驗探究的能力。

三、學具制作讓教學相長

為了讓教學與學具制作相輔相成，就要求教師課前多思、多研究、大量查閱資料，盡可能多地做出預備方案，教師的動手能力、探究能力都將得到大幅度提升。教師的能力提高會促進學生能力的提高，學生在教師引領下制作學具，通過不斷地思考、提問、交流、調整方案，探究能力也將不斷提高，學生的能力提升必然也要求教師有更高的教學能力。改變以教定學的方式，換成以學定教，教師要調整好自己的狀態，同時關注學生的學習狀態，以達到教學相長的目的。

在制作“潛水艇模型”時，有一組學生出現了這樣的問題：小瓶之前還能在用力捏礦泉水瓶身時實現自由浮沉，玩了幾次后小瓶沉入水底再也無法上浮。學生問為什么，于是我讓學生場景再現，看他做了什么才導致這樣的結果。他一個動作（礦泉水瓶正立、倒置反復兩次）就讓我明白為什么會有小瓶沉底不再起浮的現象，我讓同學們跟著討論分析原因。認真觀察的同學也發現了問題后，快速要求發表見解：他不應將礦泉水瓶倒置，因為礦泉水瓶倒置后，小瓶由原來的開口朝下變成開口朝上，瓶內原有的氣體密度小于水，會向上運動，所以我們在這個過程中會看到有氣泡產生，就是小瓶中的氣體從瓶中跑出， 小瓶中的氣體越來越少，水不斷進入小瓶，最后小瓶中氣體排盡，小瓶的重力大于所受浮力，只能沉入水底，因此再也無法通過擠壓礦泉水瓶瓶身實現上浮了。

在教學中我和學生一起帶著問題制作學具，從實際問題入手，在解決問題中不斷調整方案，物理知識在學生的主動探究中獲得，物理課的“教”不再是難懂的理論知識，而是在不斷調試的學具制作中“悟”出的真理，在提高學生學習物理興趣的同時，更能提高學生的探究能力，動手實踐操作能力。學生利用身邊常見物品來自制學具能讓學生體驗物理來源于生活又應用于生活的特點，從而關注生活中物理知識的應用，探究意識逐步提升。

參考文獻：

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[2]王思華.初中物理教學中學生有效性學習的探討[J].新課程（中學） ，2016（03） ：119.

（責任編輯 武之華）