李寶銀

（南通市海安縣紫石中學(xué)，江蘇 南通 226600）

“弱”教材探究的教學(xué)設(shè)計與評析
——例談“浮力”的教學(xué)

李寶銀

（南通市海安縣紫石中學(xué)，江蘇 南通 226600）

一、“弱”教材探究的主要觀點

“弱”教材探究，就是學(xué)生在沒有教材暗示和引領(lǐng)的前提下，進(jìn)行探究學(xué)習(xí)活動，給學(xué)生真正的探究體驗，從而發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。學(xué)生在探究學(xué)習(xí)前，不需要對教材中的內(nèi)容有比較具體的了解，在系統(tǒng)的認(rèn)識、探究學(xué)習(xí)中，也不允許學(xué)生從教材中讀取信息。

對于“弱”教材的探究，需要教師精心創(chuàng)設(shè)有利于探究學(xué)習(xí)的情境，把握時機進(jìn)行適度、適時的引導(dǎo)、點撥，保證探究學(xué)習(xí)活動的暢通。否則，學(xué)生的探究學(xué)習(xí)活動就會漫無目標(biāo)，不著邊際，當(dāng)然也就不能達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的要求。

二、教材內(nèi)容的分析

蘇科版八年級物理第十章第四節(jié)《浮力》的主要內(nèi)容：一是浮力的概念；二是影響浮力大小的因素；三是阿基米德原理。其中每個內(nèi)容都可以進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，但其探究類型應(yīng)是不同的，探究方法也有區(qū)別。

浮力的概念是因果探究?？蓮谋姸嗟奈锢硎聦嵒?qū)嶒炛?，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因——液體或氣體對浸在其中的物體有向上的托力，從而建立起浮力的概念。

影響浮力大小的因素是因素探究。可運用控制變量的思想，在猜想、假設(shè)的基礎(chǔ)上，通過具體的實驗來研究浮力與哪些因素有關(guān)，及這些因素如何影響著浮力的大小。

阿基米德原理是規(guī)律探究。在明確目標(biāo)的前提下，可通過實驗得到大量的數(shù)據(jù)，并從這些數(shù)據(jù)中找出浮力與物體所排開的液體重量之間的數(shù)量關(guān)系。

從學(xué)生的水平考慮，有充分的問題情境和教師的適當(dāng)點撥，拋開教材的探究學(xué)習(xí)活動是可以有序地進(jìn)行的。

顯然，推崇“弱”教材探究學(xué)習(xí)《浮力》，有好的教學(xué)效果——真正實現(xiàn)“過程”和“結(jié)果”雙贏，又為“弱”教材探究的實施，提供較為詳盡的案例。

三、教學(xué)設(shè)計與評析

（一）課前預(yù)補感知基礎(chǔ)

實驗1：用細(xì)線拴住一個石塊，提在手上將其慢慢地浸入水中，體驗細(xì)線對手拉力的變化情況。

實驗2：將生雞蛋放進(jìn)盛有清水的杯中，逐漸向水中加鹽并攪動，觀察雞蛋的浮沉情況。當(dāng)雞蛋浮在濃鹽水中，逐漸向濃鹽水中加入清水，觀察雞蛋的浮沉情況。

實驗3：將空純水瓶慢慢按進(jìn)水中，感受瓶子對手壓力的變化。按住水中的空瓶，放手后會觀察到什么現(xiàn)象？

評析：通過幾個實驗引導(dǎo)學(xué)生體驗浮力的存在，豐富了學(xué)生對浮力的感性認(rèn)識，從而有效地鋪墊課內(nèi)探究的進(jìn)程。

（二）課內(nèi)力求達(dá)成共識

1.建立浮力概念

師：①組織學(xué)生匯報、交流，課前幾個小實驗的體驗和現(xiàn)象。②指出上述實驗現(xiàn)象都是物體受浮力作用的結(jié)果。③要求學(xué)生思考分析下列幾種說法，改正其中錯誤的選項，并簡述理由。

A.浮在液面上的物體受浮力作用

B.液體中上浮的物體受浮力作用

C.液體中下沉的物體不受浮力作用

D.液體對其中物體的浮力方向向上

生：選項C中說法是錯誤的。液體中下沉的物體也會受到浮力的作用。理由：掛在彈簧測力計上的石塊，浸入水中后，彈簧測力計的示數(shù)變小，表明它受到了浮力作用。

師：有人認(rèn)為只有浸在液體中的物體受浮力作用，這種見解正確嗎？請舉例說明。

生：這種見解不正確。氫氣球離開手后，會飄向空中，說明空氣中的物體也受到了浮力作用。

師：（投影）一個物體掛在彈簧測力計上，彈簧測力計的示數(shù)為9N，物體浸入水中彈簧測力計的示數(shù)變?yōu)?N，這時物體所受的浮力是多少？說明其計算方法。

生：3N；浮力等于物體的重與物體浸在水中時彈簧測力計的示數(shù)之差。

師：浮力用F浮表示，物體浸在水中時的彈簧測力計的示數(shù)用F示表示，則有F浮=G-F示。

根據(jù)教學(xué)進(jìn)程，逐步寫出以下板書。

板書：1.浸在液體或氣體里的物體受到向上的浮力

2.稱重法測浮力：F浮=G-F示

評析：有了課前幾個小實驗的基礎(chǔ)，加上學(xué)生已有的知識與經(jīng)驗，對浮力不陌生，只需要一組問題幫助學(xué)生進(jìn)行梳理，不在浮力概念上兜圈，以期有更多的時間進(jìn)行后續(xù)的探究活動。由于學(xué)生往往認(rèn)為下沉的物體不受浮力的作用，需要教師在教學(xué)此處時創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生有效解決對該問題的錯誤認(rèn)識。

2.探究影響浮力大小的因素

師：（投影）浮力的大小可能與哪些因素有關(guān)？請大家根據(jù)課前的實驗體驗和現(xiàn)象，或生活經(jīng)驗，提出自己的猜想，并簡單說明你猜想的理由或依據(jù)。

生：與液體的密度有關(guān)（附板書）。在清水內(nèi)加鹽后所改變的是液體的密度，若液體密度改變，則會引起浮力大小的改變。

生：與浸在液體中的體積有關(guān)。當(dāng)進(jìn)入水中的空瓶體積越大，則感受到瓶子對手的壓力就越大。

師：（提示）“浸在液體中體積”在物理學(xué)中被稱為“排開液體的體積”（附板書）。

評析：探究教學(xué)的重心在于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，故而不在從“浸在液體中體積”到“排開液體的體積”過渡上浪費時間。

生：與物體處在液體中的深度有關(guān)（附板書）。將空瓶往液體中按下去越深，感受到瓶子對手的壓力就越大。

生：與接觸液體面積有關(guān)。鋼鐵做成輪船后，增加了和水的接觸面積，所受的浮力變大。

師：（點撥）將船變成鐵板，接觸面積不是更大嗎？能浮在水面上嗎？浮力的大小到底和什么因素有關(guān)？

生：應(yīng)該猜想和排開液體體積有關(guān)，做成船后排開液體的體積變大。

生：與溫度有關(guān)。溫度越高，浮力越大（附板書）。湯圓剛下鍋時，沉在鍋底，溫度升高后，浮在水面上。

評析：學(xué)生根據(jù)具體情境進(jìn)行猜想，有益于探究教學(xué)的進(jìn)程。根據(jù)生活經(jīng)驗進(jìn)行猜想，可以開拓學(xué)生的思維，往往有意外的生成，成就課堂的精彩。上述兩種猜想的有機配合是課堂教學(xué)的重要策略。另外，對于那些表述不準(zhǔn)的猜想，通過誘導(dǎo)、引領(lǐng)就可能轉(zhuǎn)化為教學(xué)中所期望的猜想，教師就不要輕易放棄。

師：（投影）請設(shè)計一個實驗，探究浮力與排開液體的體積、物體所在的深度、液體的密度之間的關(guān)系。

①實驗中應(yīng)該控制什么因素？如何改變其變量？需要哪些器材？

②用什么方法比較或測量物體所受浮力的大?。?/p>

③實驗中觀察到什么現(xiàn)象？獲得什么結(jié)論？

評析：離開教材，學(xué)生的探究活動容易步入歧途或束手無策，需要用幾道指向明確的思考題引領(lǐng)學(xué)生的探究進(jìn)程。

學(xué)生分組討論，就其中一個猜想設(shè)計實驗方案，嘗試方案的可行性，直到結(jié)論的生成。

師：組織學(xué)生匯報交流“探究浮力和排開液體體積的關(guān)系”的實驗方案、現(xiàn)象和結(jié)論。

生：（方案1）將一個物體掛在彈簧測力計上，測量出物體的重量。然后將其浸沒在水中，讀出彈簧測力計的示數(shù)，根據(jù)兩次的示數(shù)之差計算浮力的大小。換用不同體積的物體重復(fù)實驗兩次，所觀察現(xiàn)象是，物體的體積越大，其所受的浮力就越大。（結(jié)論）在同種液體中，物體所排開液體的體積越大，其所受的浮力就越大。

生：（方案2）將一個物體掛在彈簧測力計上，將物體逐漸浸入到水中，觀察比較彈簧測力計的示數(shù)得出結(jié)論。（現(xiàn)象）物體浸在液體中的體積越大，彈簧測力計的示數(shù)就越大。

生：這種方法不行，沒有控制深度相同。

生：這種方法可行，我們在實驗中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，浮力的大小和深度無關(guān)，也就不用控制物體在液體中的深度。

師：（點撥）在驗證了浮力和深度無關(guān)的前提下，可以用第二種方法驗證浮力和排開液體體積的關(guān)系。

評析：不同見解的碰撞是亮點，這種亮點得益于沒有教材的束縛。沒有教材引領(lǐng)的自主探究，學(xué)生會體驗到“真”探究的樂趣和成功，也會品嘗“真”探究的艱辛和失敗，在“成功”和“失敗”并存的境界中，渴望成功的內(nèi)驅(qū)力，容易引發(fā)創(chuàng)新思維的火花，成就課堂的精彩。

師：在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，逐步板書。

板書：3.影響浮力大小的因素

（1）排開液體的體積越大，液體的密度越大，物體所受的浮力越大

（2）浮力和物體所在的深度無關(guān)

評析：在有幾個小組獲得成功時，教師及時組織、開展全班交流，通過“生”教“生”、“組”幫“組”，來實現(xiàn)全體學(xué)生同步發(fā)展，提升全班交流的價值。也許有老師認(rèn)為，應(yīng)該在每個小組都成功后，進(jìn)行全班交流。其實不然，讓成功的學(xué)生在等待中渡過，是獎“劣”罰“優(yōu)”的典型表現(xiàn)，對優(yōu)秀學(xué)生不公平，應(yīng)該摒棄。

3.總結(jié)阿基米德原理

師：（投影）浸入液體中的物體所受到的浮力只跟液體的密度和物體排開液體的體積有關(guān)，液體的密度越大，排開液體的體積越大，物體所受的浮力越大.請你根據(jù)這種特性預(yù)測，浮力與物體排開液體的什么量相關(guān)，和這個量之間可能有什么關(guān)系？

生：浮力與排開液體的重力有關(guān)，浮力大小可能等于排開液體的重力。

生：浮力與排開液體的質(zhì)量有關(guān)，排開液體的質(zhì)量越大，浮力越大。

師：質(zhì)量和重力是相關(guān)的兩個量，只要研究浮力跟其中一個量之間的關(guān)系.浮力與排開液體的重力是否相等，可以通過怎樣的實驗進(jìn)行驗證。

評析：阿基米德原理是本節(jié)的重點，由浮力的大小跟液體的密度和排開液體的體積有關(guān)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷一個思索、推理，提出假設(shè)“浮力等于排開液體重力”，這樣的引導(dǎo)才符合認(rèn)知過程。

師：（1）（投影）探究“浮力的大小和排開液體重力”的關(guān)系：

①測量哪兩個物理量？如何測量這兩個物理量？用什么器材測量？

②為了避免實驗的偶然性，你準(zhǔn)備怎樣改變實驗條件進(jìn)行多次實驗？

③記錄實驗數(shù)據(jù)的表格。

評析：在實驗設(shè)計過程中，需要用思考題引導(dǎo)學(xué)生以假設(shè)為基礎(chǔ)，明確實驗的目的，并對實驗材料、方法手段的可行性加以斟酌，促進(jìn)“假設(shè)”和“猜想”不斷成熟。

生：學(xué)生分組討論。

師：（投影）圖2中的C、D，提示“用溢水法獲取排開液體的方法”。

評析：由于沒有教材的依托，學(xué)生自主設(shè)計“獲得排開液體”的方法難度大，不提示學(xué)生會因此而卡殼，過早提示又會影響學(xué)生探究思路的形成，故而在分組活動片刻之后拋出，以保證后續(xù)的探究學(xué)習(xí)活動順利進(jìn)行。

生：在提示的基礎(chǔ)上分組完善實驗方案、設(shè)計數(shù)據(jù)表格。

師：在全班交流實驗方案和數(shù)據(jù)表格的基礎(chǔ)上展示（投影）實驗方案（如圖）和數(shù)據(jù)表格。

G 物/N G 桶/N G′物/N G′桶/N F 浮/N G 排/N 3.1 0.3 1.9 1.5 1.2 1.22.8 0.3 1.7 1.4 1.1 1.13.5 0.3 2.1 1.7 1.4 1.4

生：進(jìn)行實驗每個小組收集一組數(shù)據(jù)。

師：（1）組織學(xué)生匯報實驗數(shù)據(jù)，完成表格。

（2）比較每次實驗中物體所受的浮力大小和排開液體的重力大小，可以得出什么結(jié)論。

生：浸在液體中物體所受浮力大小等于物體排開液體所受的重力。

評析：受時間因素制約，每個小組通過實驗收集一組數(shù)據(jù)，幾個小組的數(shù)據(jù)產(chǎn)生多次實驗的效果，讓學(xué)生體驗到合作探究的魅力，從而逐步生成合作的意識。

師：這就是著名的阿基米德原理，并逐步推導(dǎo)形成公式F浮=G排=m排g=ρ液gV排。

構(gòu)成板書：

4.阿基米德原理：浸在液體中物體所受浮力大小等于物體排開液體所受的重力

F浮=G排=m排g=ρ液gV排

4.課后深化探究成果

鞏固性練習(xí)題（略）。讓學(xué)生帶著問題閱讀教材內(nèi)容，彌補“弱”教材探究的漏洞。讓學(xué)生通過針對性練習(xí)，鞏固“弱”教材探究的成果。

探究性活動。觀察煮湯圓的過程，思考“湯圓剛下鍋時，沉在鍋底，溫度升高后，浮在面上”的奧妙。

評析：探究影響浮力大小因素時，學(xué)生認(rèn)為液體的溫度影響浮力大小是一個不能運用實驗論證的猜想。運用實驗室的燒杯、酒精燈等器材，可以完成實驗，但受彈簧測力計規(guī)格的制約，學(xué)生不容易發(fā)現(xiàn)彈簧測力計示數(shù)的微小變化，自然會認(rèn)為浮力和液體溫度無關(guān)。事實上，隨著溫度的升高，液體的密度變小，物體所受的浮力應(yīng)該變小。這樣的猜想，如果不放棄，耗時，又會留下錯誤的認(rèn)識。但對學(xué)生提出的有效猜想，又不能置之不理，那樣會傷害學(xué)生，對此教師需要有智慧地落實。

[1]李寶銀.物理“弱”教材探究教學(xué)的研究[J].中學(xué)物理教與學(xué)，2010（8）.

[2]王峰霞等.科學(xué)探究中指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想的教學(xué)策略[J].教學(xué)月刊·中學(xué)版，2010（1）.

*課題：江蘇省立項課題“新課程背景下初中物理實驗教學(xué)有效性的研究”的成果之一。課題編號：S-Y2009/0042

張華偉）