巧建模型突破浮力教學難點

徐若芹 徐兵田

摘 要：對初中生來說，物理模型的構建應從學生常見的現象或可觀察、可操作的器材出發，結合基礎知識的運用逐步形成.通過密度計構建的漂浮模型，能夠幫助學生領悟漂浮現象背后的規律，進一步發現解決較復雜問題的思想方法，在逐步深入的問題解決過程中，讓學生感受到學科學習的樂趣，提高學生的學科素養.

關鍵詞：物理模型;浮力;物理學科素養

在中學物理學習過程中，構建合適的物理模型，可以把復雜的問題簡化，幫助學生對相關問題進行歸納總結，從而形成基于理解的學習內容，更好地促進學生展開學科深度學習，有利于提升學生的學科素養.

浮力知識是初中物理綜合性較強的內容，特別是浮沉問題中的“漂浮”現象，有時會牽涉多個力的分析，對學生解決問題的能力要求較高，是浮力教學的重點.義務教育物理課程標準中也明確指出：要運用物體的浮沉條件說明生產、生活中的一些現象[1].教學中發現，學生形成學習困惑的原因，除了知識掌握的熟練程度不夠之外，主要是對知識背后的規律、思想方法沒有很好的領悟，運用所學知識時，停留在簡單的“就題論題”機械思維中.實際上，教材關于物體浮沉條件的應用部分，為浮力及相關知識的綜合應用提供了一種儀器——密度計[2]，借助它的原理及使用情況，可以據此構建重要的物理模型并逐步將知識拓展并引向深入.當然，這一過程需要教師在教學中進行有效的示范和引導.

1 利用熟悉的原型構建物理模型，完成基礎知識的歸納提升

對初中生來說，物理模型的構建應從學生常見的現象或可觀察、可操作的器材出發，結合基礎知識的運用逐步形成.密度計的教學過程，在展示密度計的實物及使用過程之后，要引導學生思考并討論核心問題：密度計是怎樣測出液體密度的？學生利用阿基米德原理及漂浮時的平衡狀態，易得：F浮=G排=ρ液V排g及F浮=G物，顯然，同一個密度計因重力不變，其在不同液體中所受浮力都與自身重力相同保持不變，即在不同液體中，ρ液、V排、g三者的乘積相同，當密度計浸入液體體積（V排）越大，液體密度越小，反之則越大.這里要與學生一起展開詳細的分析，旨在從直觀的實物具象過渡到代表普遍存在的漂浮現象模型.因此，要提醒學生明確“漂浮”這一類現象的背后的規律，讓密度計不僅僅是教材中呈現的一種儀器，更是解決漂浮問題的物理模型，這樣就放大了學生的知識背景，歸納了學生的所學，但知識的重心仍然是源于教材、需要掌握的基礎知識.

向學生強調密度計可看作解決漂浮問題的模型，實際上是一種顯性的科學方法教育，其著眼于學生科學素養的形成，植根于方法教育的確定，落腳于學生科學方法的掌握，在實踐上是可行的科學方法教育方式[3].

在本題中，由于兩物體在水中的位置發生變換，從形式上非常容易干擾學生的思路.但通過分析，很快就可以形成基于“密度計模型”的思考方向：兩物體無論如何顛倒，它們在水中始終處于漂浮狀態，其浮力與排開液體的體積沒有改變，容器中液體的深度保持不變，問題就迎刃而解了.

例4 如圖4所示，在底面積為S的圓柱形水槽底部有一個金屬球，圓柱型的燒杯漂浮在水面上，此時燒杯底受到水的壓力為F1.若把金屬球從水中撈出放在燒杯里使其底部保持水平漂浮在水中，此時燒杯底受到水的壓力為F2，水的密度為ρ水.當金屬球撈起放入燒杯后，求燒杯排開水的體積變化.

該題所創設的情景中，金屬球從沉在杯底到放入燒杯，將不同物體的下沉、飄浮綜合在一起，學生分析時受次要信息影響，考慮多較為復雜，形成思維阻塞.教師在引導學生分析這類問題時，應讓學生嘗試透過現象看到問題的實質：燒杯在球放入的前后，都處于漂浮狀態，其浮力大小分別等于其自身的重力.當球放入燒杯時，此時浮力與總重力（燒杯與球重力之和）相同，放球前后兩次浮力的變化，正是燒杯排開水的體積變化原因.根據浮力是由液體的壓力差引起，通過兩次杯底受到的壓力情況容易求出浮力的變化，相應的體積變化就可以解決.

當然，物理模型的構建以及學生基于此解決問題，教師要避免將偏難、偏怪的繁雜題型投放給學生，學生因長時間解決困難，效果只會適得其反，從而打擊了學生的物理學習興趣.教師需要結合學生的學科基礎、知識儲備等情況來開展教學，要小步子、慢節奏，讓學生感悟到學習物理、鉆研問題的成功樂趣，這也是在物理課堂上讓核心素養落地的重要一步.

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[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]義務教育物理課程標準實驗教科書編寫組.八年級物理[M].上海：上海科學技術出版社，2012： 179.

[3]邢紅軍.初中物理科學方法教育[M].北京：中國科學技術出版社，2015.

[4]黃永順.加強習題教學研究，培養學生物理思維[J].物理教學，2018，40（02）：53-56.

（收稿日期：2020-01-02）