初中物理“物體的浮與沉”實驗教學(xué)設(shè)計創(chuàng)新

新課標提倡教師在物理教學(xué)中以實驗教學(xué)的形式將理論與實踐相結(jié)合，為學(xué)生提供實驗操作的機會，加強學(xué)生對物理知識的理解和記憶。鑒于此，筆者對初中物理“物體的浮與沉”實驗教學(xué)設(shè)計進行了分析，教學(xué)過程以實驗操作為主，層層深入，引導(dǎo)學(xué)生理解和判斷物體的沉浮情況，發(fā)現(xiàn)、分析物體沉浮過程中存在的問題，進一步了解浮力和重力對物體沉浮的影響，設(shè)計如何改變物體沉浮的實驗，讓學(xué)生感受到物理實驗過程的邏輯性和嚴謹性。

一、教材分析

在初中物理教學(xué)中，“物體的浮與沉”是一個重要的主題，不僅涉及物理學(xué)的基本原理，還與學(xué)生的日常生活緊密相關(guān)。通過對物體在液體中受力的分析，學(xué)生可以深入地理解重力和浮力的相互作用。

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師可能更多地側(cè)重于理論講解，而缺乏足夠的實驗操作和數(shù)據(jù)驗證，這可能會影響學(xué)生對知識點的理解和掌握。為了提高教學(xué)效果，教師可以設(shè)計一些創(chuàng)新的實驗教學(xué)方案，利用現(xiàn)代化的教學(xué)工具和設(shè)備，如計算機模擬、傳感器等，增強實驗的直觀性和準確性。

同時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作的方式，進行實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)收集，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力和科學(xué)探究精神。

此外，教師還可以結(jié)合實際生活中的例子，如船只的浮沉、熱氣球的升空等，讓學(xué)生將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性和實用性。

創(chuàng)新的教學(xué)設(shè)計，不僅可以幫助學(xué)生更好地理解物體浮沉的原理，還能激發(fā)學(xué)生的探究興趣，培養(yǎng)他們的科學(xué)素養(yǎng)和實踐能力。這種教學(xué)方式更符合新課程標準的要求，有助于學(xué)生形成科學(xué)的世界觀和方法論。

二、實驗器材準備與實驗?zāi)繕舜_立

在確立實驗?zāi)繕藭r，教師不僅要考慮學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律，還要根據(jù)學(xué)生的個體化差異制訂不同層次的實驗?zāi)繕耍畲笙薅鹊貪M足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

教師從知識的講解轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶒灲虒W(xué)，整個教學(xué)過程以探究為主，同時也改變了教學(xué)理念和方法，根據(jù)學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況開展具有針對性、探究性的實驗教學(xué)，確保教學(xué)過程能給學(xué)生帶來良好的學(xué)習(xí)體驗，促進學(xué)生的成長與進步。

物體上浮或下沉是初中物理“物體的浮與沉”的核心內(nèi)容，而且具備一定的探究性，在實驗教學(xué)中，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生使用不同的方法對物體的沉浮進行探究，認識、了解物體的浮力和重力對其浮沉效果的影響，并把力與運動相關(guān)的知識融入其中，總結(jié)物體的沉浮條件。

在開課前，教師向?qū)W生拋出問題：物體的下沉和上浮會受到自身重力的影響嗎？很多學(xué)生認為，在水中容易下沉的都是重力較大的物體，物體的重力越輕，越容易上浮。由此可以看出，學(xué)生對物體的浮與沉存在錯誤的認知。正確理解物體浮與沉的概念是本課的教學(xué)難點之一，教師應(yīng)通過實驗教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生觀察物體浮與沉的現(xiàn)象，對物體的沉浮狀態(tài)進行正確的理解和分析。

（一）實驗器材

實驗器材的選擇對于激發(fā)學(xué)生的探究興趣和實驗效果至關(guān)重要。除了透明水槽、木塊、鐵塊等基礎(chǔ)器材，教師還可以鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意，利用日常生活中的物品，如塑料瓶、小玻璃瓶、橡皮泥等，進行實驗。這些物品不僅易于獲取，還能夠讓學(xué)生更加直觀地觀察和理解物體的浮沉現(xiàn)象。

在實驗過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考如何通過改變物體的形狀、密度或體積影響其在水中的浮沉狀態(tài)。例如，通過將橡皮泥捏成不同的形狀，或者在塑料瓶中加入不同量的水，學(xué)生可以觀察到物體浮力的變化。此外，教師還可以引入一些變量控制的概念，讓學(xué)生在實驗中注意控制其他因素，如水溫、水槽的大小等，以確保實驗結(jié)果的準確性。

（二）實驗教學(xué)目標

1.圖1為第一個實驗教學(xué)目標，在實驗教學(xué)中讓學(xué)生了解浸沒在液體中的物體的運動和靜止狀態(tài)。

2.掌握輪船、潛水艇在水中的浮沉原理，發(fā)現(xiàn)生活中存在的浮沉知識。

3.當物體浸沒在液體中時，其重力和浮力的大小會直接影響其浮沉效果，如圖2所示。

4.學(xué)生在自主探究過程中了解到在什么樣的條件下才能使物體出現(xiàn)沉浮，以及在日常生活和生產(chǎn)中存在哪些沉浮現(xiàn)象。

三、教學(xué)重難點

教學(xué)重點：幫助學(xué)生深入理解物體沉浮的條件，并能夠根據(jù)這些條件設(shè)計實驗，通過改變物體的形狀、密度或體積等屬性，改變物體沉浮的狀態(tài)。這不僅要求學(xué)生掌握浮力和重力的基本原理，還要求他們具備一定的實驗設(shè)計能力和創(chuàng)新思維。

教學(xué)難點：如何引導(dǎo)學(xué)生通過實驗操作，對物體的沉浮條件進行深入的分析和總結(jié)，這需要學(xué)生具備較強的觀察力和分析能力，能夠從實驗現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，歸納出物體沉浮的一般規(guī)律。同時，教師也需要設(shè)計合理的實驗流程和問題引導(dǎo)，幫助學(xué)生逐步建立科學(xué)的思維方式。

四、教學(xué)過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

教材以鐵塊、輪船、潛水艇為主，設(shè)置疑問，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師可以在實驗教學(xué)的過程中改變教學(xué)方法，首先讓學(xué)生學(xué)習(xí)、了解鐵塊、輪船的沉浮情況，觀察輪船正常行駛及破損后的沉浮情況，對這兩種情況作比較，使學(xué)生自主探究物體不同的沉浮狀態(tài)。同時，教師可以利用多媒體把輪船、潛水艇在海上的運行狀態(tài)以視頻或圖片的形式播放出來，讓學(xué)生進行觀察和分析，圖3為潛水艇在海面上的運行狀態(tài)。

教師提出問題：同學(xué)們，通過視頻，我們可以看到潛水艇既能沉入海底，也能漂浮在海面上，其中的原因是什么呢？大家探討一下吧！

隨著教師的提問，學(xué)生以小組的形式進入討論環(huán)節(jié)，并結(jié)合視頻總結(jié)出答案。

生：通過觀察視頻，我們發(fā)現(xiàn)潛水艇潛入海底時，大量的海水被注入水艙中，潛水艇的重量明顯增加，其重力大于浮力，使?jié)撍鲁痢?/p>

師：很好！你們觀察得非常仔細，而且分析得很正確。

師：潛水艇為什么會浮出海面呢？這個小組代表來回答一下！

生：與下沉的原理相反，當潛水艇需要上浮時，會把水艙中的海水排出來，使自身重量小于浮力，從而上浮到水面。

師：非常好！物體重力和浮力的大小會直接影響其浮沉效果。如果浮力大于重力，物體會上?。环粗?，浮力小于重力，物體會下沉。

師：同學(xué)們思考一下，如果物體的浮力和重力相持平，那么物體會處于什么樣的狀態(tài)呢？

師：在接下來的環(huán)節(jié)中，我們通過實驗來探究。

（設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)情境，引入新課，讓學(xué)生對物體的沉浮有一定的認識和了解，能夠與知識產(chǎn)生共鳴，在教師的逐步引導(dǎo)下提高學(xué)生的主動學(xué)習(xí)意識。）

（二）演示實驗，提出中心問題

師：同學(xué)們，剛才我們通過觀看視頻了解到潛水艇上浮和下沉的原理。接下來，我們選擇體積相同的小木塊和小鐵塊進行實驗，觀察物體浸沒在水中的運動狀態(tài)。

教師向?qū)W生演示實驗的操作方法和步驟，要求學(xué)生仔細觀察。演示結(jié)束后把兩種物體發(fā)放到各小組進行實驗操作，并仔細觀察各小組的實驗情況。

師：大家分別對木塊和鐵塊進行“上浮”“下沉”及“漂浮”實驗，記錄實驗過程，總結(jié)實驗結(jié)果。

學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進入實驗，教師在班級中巡視，如果學(xué)生遇到困難，及時進行指導(dǎo)和幫助，使其順利完成實驗操作。

師：好，同學(xué)們都做完實驗了嗎？

生：做完了。

師：通過實驗，你們發(fā)現(xiàn)了什么？

生1：鐵塊的浮力小于重力，很容易下沉。

生2：老師，木塊的浮力和重力相等的時候會漂浮在水面上。

師：木塊以靜止的狀態(tài)漂浮在水面上，根據(jù)木塊的受力情況可以判斷出浮力等于重力。

師：哪些因素會影響到物體的沉浮情況呢？大家根據(jù)剛才的實驗現(xiàn)象進行思考。

生：在實驗中我們發(fā)現(xiàn)，物體的重量、體積以及液體的密度會對物體的沉浮產(chǎn)生影響。

師：回答得非常好，物體的沉浮不僅取決于其自身的體積和重量，和液體的密度也存在直接關(guān)系。

教師對各小組的發(fā)現(xiàn)進行點評與總結(jié)，詳細講解關(guān)于“物體浮沉的條件”的知識點。

（設(shè)計意圖：小組實驗有助于學(xué)生之間的溝通和交流，對實驗過程和實驗結(jié)果的分析更加清晰和準確，在獲取知識的同時，煥發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)思維，幫助學(xué)生突破知識重難點，對知識的理解更加透徹。）

（三）歸納總結(jié)，構(gòu)建新知

通過實驗驗證和一些基礎(chǔ)推斷，學(xué)生很容易地概括出圖4的規(guī)律。在日常生活中很難見到物體在水中的懸浮狀態(tài)，而且找到密度與水相匹配的固體也相當困難。針對這一問題，教師可以將充滿水的塑料袋放入水中，通過讓學(xué)生親身體驗，進一步幫助學(xué)生理解漂浮的本質(zhì)，并強調(diào)這是上浮過程中的最終狀態(tài)。

（四）實驗鋪墊，完善新知

物體在水中的運動情況的實驗主要依賴學(xué)生的猜測，因此，教師可以在此基礎(chǔ)上對學(xué)生進行引導(dǎo)，對之前物體沉浮規(guī)律的猜測進行總結(jié)，準備此環(huán)節(jié)物體沉浮的實驗操作。實驗就是對理論知識的一種驗證，在實驗中我們觀察到，水的密度明顯低于空玻璃瓶和口部朝向上方的鐵瓶蓋中的物質(zhì)密度，但依然會漂浮在水面上，如果把鐵瓶蓋完全浸入水中會下沉到水底，不會出現(xiàn)上浮，不符合物體沉浮的規(guī)律，從而再次引出，究竟是什么原因決定了物體在水中的沉浮。

在實驗探究過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過相互比較，尋找物體在特定情況下的一個共性，即空心現(xiàn)象，并進一步詢問這種空心會帶來什么影響，以此來激發(fā)學(xué)生對浮力和力以及運動相關(guān)知識的思考。通過一系列的鋪墊，學(xué)生很容易領(lǐng)悟到，物體在液體中的重力和浮力是影響物體沉浮效果的主要因素，進一步對物體的沉浮條件進行歸納和總結(jié)，圖5為物體的沉浮條件。在進行實驗操作時，緊密圍繞這一課程的核心議題，在教師的逐步引導(dǎo)下促使學(xué)生積極參與到實驗教學(xué)中，促進教與學(xué)的雙向提升。

（五）嘗試應(yīng)用，驗證新知

各小組學(xué)生在實驗操作中對物體的沉浮條件有了一定的了解，并可以充分利用沉浮條件改變不同物體的沉浮狀態(tài)，如小玻璃瓶、橡皮泥、雞蛋等。實驗結(jié)束后，學(xué)生之間可以進行深入的探討，對改變物體沉浮狀態(tài)的實驗原理進行總結(jié)，如圖6。在雞蛋上浮于鹽中的實驗中，教師指導(dǎo)學(xué)生把鹽分多次加入水，同時要控制好鹽量，充分攪拌直到完全融于水中，這樣就可以觀察到雞蛋不同的變化過程：下沉—懸浮—漂浮，讓學(xué)生認識到雞蛋在鹽水中不僅會出現(xiàn)下沉和漂浮，還會出現(xiàn)懸浮。

（六）答疑解惑，融會貫通

學(xué)生在順利完成前五個環(huán)節(jié)的實驗教學(xué)后，仍然會有一個疑惑，那就是經(jīng)過努力總結(jié)出的密度法可能不正確？對于這個問題，教師可以引導(dǎo)學(xué)生詳細了解浮沉條件的公式，并讓學(xué)生深入探索其內(nèi)在原理。一旦學(xué)生掌握了實物學(xué)的原理，密度法將成為一個適用的方法，而在判斷物體沉浮的過程中，密度法不僅簡便，還具有較高的適用范圍。本節(jié)課的知識，引導(dǎo)學(xué)生理解和解釋新課設(shè)置的各種疑問，并說出生活中物體沉浮條件的應(yīng)用案例。如果學(xué)生能夠把所學(xué)知識運用到實際中，也就意味著學(xué)生已經(jīng)消化和吸收了知識。

五、課堂教學(xué)簡評

物體上浮與下沉中的兩個動態(tài)過程是本節(jié)課實驗探究活動的主要目的，通過科學(xué)的探究方式，學(xué)習(xí)并掌握物體下沉和上浮的條件，兩項探索行為均揭示了科學(xué)探索的步驟。在實驗過程中，教師應(yīng)當引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析實驗現(xiàn)象，以此提高實驗效果，最后對實驗結(jié)論進行歸納和總結(jié)，掌握保持物體沉浮穩(wěn)定的方法。本節(jié)課培養(yǎng)了學(xué)生動手操作的能力，其實驗技能和技巧也明顯提升，通過小組合作實驗積累經(jīng)驗，直到個人能夠獨立完成實驗任務(wù)，促進學(xué)生共同進步與成長。教師為學(xué)生提供充足的實驗用具，讓每位學(xué)生都有機會參與其中，利用理論指導(dǎo)實踐，通過實踐驗證理論，理論與實踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)物理的興趣，對物體沉浮知識的理解和體會更加深刻。

六、教學(xué)思考

在日常生活中存在很多物體沉浮現(xiàn)象，但學(xué)生對這一現(xiàn)象的理解過于模糊，物體沉浮知識的掌握度不高。因此，這節(jié)課的主要教學(xué)目標是幫助學(xué)生全面、深入地學(xué)習(xí)和掌握物體的沉浮現(xiàn)象。這就意味著教師要秉持現(xiàn)代化教育理念，開展以學(xué)生為核心的實驗課堂。

首先，教師可以通過引入日常生活中的浮沉現(xiàn)象，如船只的漂浮、熱氣球的升空等，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲。接著，教師可以設(shè)計一系列的實驗活動，讓學(xué)生親自動手操作，通過改變物體的形狀、密度或體積，觀察物體在水中的浮沉變化，從而加深對浮力和重力相互作用的理解。此外，教師還可以利用多媒體教學(xué)資源，如視頻、動畫等，展示物體沉浮的物理過程，幫助學(xué)生形成直觀的認識。

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)當注重培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力和創(chuàng)新能力，鼓勵學(xué)生提出自己的見解和假設(shè)，并在實驗中進行驗證。通過這樣的教學(xué)設(shè)計，學(xué)生不僅能夠掌握物體沉浮的基本知識，還能夠?qū)W會如何運用科學(xué)的方法去探索和解決問題，為他們的終身學(xué)習(xí)和成長打下堅實的基礎(chǔ)。

（作者單位：甘肅省蘭州市第二十二中學(xué)）

編輯：溫雪蓮