文｜王鶴敏

物理學(xué)科深度學(xué)習(xí)的定義是指“在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的物理學(xué)習(xí)主題，全身心參與以生活實(shí)際情境和物理實(shí)驗(yàn)為主的多種探索活動(dòng)及情境互動(dòng)，從形成物理觀念的視角，運(yùn)用物理模型建構(gòu)、推理論證等科學(xué)思維方法，解決真實(shí)問題，體驗(yàn)成功，獲得物理學(xué)科核心知識(shí)，理解物理學(xué)習(xí)過程，形成積極的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、正確的態(tài)度與價(jià)值觀，在物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面獲得全面發(fā)展”。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的有效策略之一就是將物理核心知識(shí)融入問題串中，以問題串為載體，實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維進(jìn)階。

下面以人教版物理八年級(jí)下冊(cè)第十章第3 節(jié)“物體的浮沉條件及應(yīng)用”為例，給出指向深度學(xué)習(xí)的“問題串”設(shè)計(jì)教學(xué)案例。

一、情境鋪墊

演示實(shí)驗(yàn)：分別把“石塊”“花生”放入水中

問題1：兩者都受到浮力了嗎？依據(jù)是什么？

問題2：兩者浮力大小一樣嗎？哪個(gè)更大？依據(jù)是什么？

（設(shè)計(jì)意圖：以問題為導(dǎo)向來激活學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，回顧前面章節(jié)所學(xué)相關(guān)知識(shí)，為進(jìn)一步綜合應(yīng)用知識(shí)、進(jìn)行思維進(jìn)階做好鋪墊。）

二、概念建構(gòu)

問題1：聯(lián)系生活，把不同物體放入水中，會(huì)出現(xiàn)哪些情況呢？

生：有的沉下去，有的沉不下去，會(huì)浮起來。

師：我們把物體沉下去的這個(gè)過程稱之為“下沉”，物體沉不下去，而是向上浮起來的過程稱之為“上浮”。

問題2：生活中最常見的兩種情況：花生在水中會(huì)上浮，石頭在水中會(huì)下沉。請(qǐng)同學(xué)們發(fā)揚(yáng)刨根問底的精神問問自己，為什么花生會(huì)上浮？而石頭卻下沉呢？嘗試從受力的角度思考分析。（學(xué)生回答不出時(shí)，教師引導(dǎo)：花生在水中受到浮力了嗎？那石頭在水中受到浮力了嗎？都受到了浮力，為什么一個(gè)上浮一個(gè)下沉呢？）

生：花生受到的浮力比自身重力大，所以向上運(yùn)動(dòng)；石頭受到的浮力比自身重力小，所以向下運(yùn)動(dòng)。

（設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活思考物理問題，培養(yǎng)學(xué)生探尋科學(xué)本質(zhì)的學(xué)科素養(yǎng)，建立學(xué)生運(yùn)用受力分析方法解決物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理模型。）

問題3：不同物體放入水中，只可能存在這兩種情況嗎？有沒有第三種情況存在呢？

生：也有可能受到的浮力和重力剛好相等，靜止在那。

師：當(dāng)浸沒在水中的物體受到的浮力和重力相等，保持靜止時(shí)，我們把這種情況稱之為“懸浮”。

教師演示：裝水的氣球，放入滴有酒精的水中，剛好處于懸浮。

（設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生合理推理，得出物體在水中的三種情況，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維。合理推理后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使學(xué)生了解科學(xué)探究的方法。）

學(xué)生畫圖：教師引導(dǎo)學(xué)生打開課本第57 頁，畫出圖10.3-1 三個(gè)小方塊的受力分析圖。

總結(jié)歸納：作圖后，請(qǐng)學(xué)生再次根據(jù)作圖情況，歸納總結(jié)三種受力情況，強(qiáng)調(diào)受力情況決定物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，建構(gòu)上浮、懸浮、下沉三種狀態(tài)與受力情況之間的關(guān)系模型。

三、問題探究

挑戰(zhàn)性任務(wù)：你能讓沉入水底的塑料小魚瓶浮起來嗎？

學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)探究：

桌面器材：一包鹽；一根攪拌棒；一個(gè)裝有水的燒杯，且底部沉有一個(gè)塑料小魚（即小魚形狀的壽司醬油瓶，里面裝有濃鹽水，沉入水底。特別說明：要準(zhǔn)備兩種“小魚”：一種是裝滿濃鹽水的胖小魚，一種是裝了半瓶鹽水，但擠出了扁魚里面所有的空氣）。

學(xué)生分享本組方案，教師設(shè)計(jì)如下“問題串”：

方案1.我們組的方案是把小魚瓶里的水倒掉。

師：把瓶里的水倒掉，是想改變小魚的什么物理量呢？

生：小魚的重力。

師：小魚的重力滿足什么條件可上??？

生：重力小于浮力可上浮。

方案2.我們組的方案是向燒杯里的水中加鹽。

師：加鹽的目的是什么？

生：改變液體的密度。

師：液體密度改變，意味著小魚的哪個(gè)物理量會(huì)改變呢？（手指黑板的受力分析圖，引導(dǎo)大家思考）

生：浮力變了。

師：浮力變得怎么了？

生：浮力變大了。

師：非常好！浮力變大，而小魚自身重力沒有變化，最終我們使小魚所受浮力大于重力，所以上浮了，很棒的方案！

除了以上兩種方案，還有別的方案嗎？（有一定難度，恰當(dāng)引導(dǎo)）

方案3.打開瓶蓋使空氣進(jìn)去，扁的魚肚鼓起來。

引導(dǎo)過程：

師：是什么決定物體的浮沉狀態(tài)？

生：物體所受重力和浮力的大小關(guān)系。

師：我們剛剛方案1 把小魚瓶里的水倒掉，是改變了什么？

生：小魚所受重力。

師：我們剛剛方案2 向燒杯里的水加鹽，最終改變了什么？

生：小魚所受浮力。

師：我們進(jìn)一步思考，改變浮力只能通過密度來改變嗎？除了ρ液影響浮力，還有什么會(huì)影響浮力呢？

生：V排。

師：細(xì)心的同學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)，每組桌面上的兩條魚不太一樣，其中有一條魚肚子扁扁的，這條魚你還能想到別的辦法讓他浮起來嗎？

生：打開蓋子，讓空氣進(jìn)去，使魚肚子鼓起來，增大V排。

（設(shè)計(jì)意圖：通過師生引導(dǎo)式對(duì)話，以“問題串”的形式使學(xué)生將不同操作方法逐一歸納出浮沉的物理本質(zhì)，即改變物體的浮力或自身重力，從而使小魚浮起來。）

四、應(yīng)用實(shí)踐

問題1：假如燒杯里的水多到汪洋大海，燒杯里的魚是一條特制的大魚，你有辦法使這條大魚可以受我們控制，自由的上浮、下沉嗎？這條特制的大魚其實(shí)就是潛水艇。

“我是小小設(shè)計(jì)師”——設(shè)計(jì)一艘潛水艇

“問題串”設(shè)計(jì)如下：

師：吸水、排水的方法就像塑料擠出小魚肚子里的水。除了這種方法，你們還想到其他方法了嗎？

生：加鹽。

師：大家覺得這種方案怎樣？

生：不可行，那得加多少鹽?。?/p>

師：還有辦法嗎？

生：改變體積。

師：大家評(píng)價(jià)一下這個(gè)方案怎么樣？

（提示：潛水艇通常要在深海作業(yè)，所以潛水艇的材料會(huì)有特殊要求，你們知道嗎？）

生：抗壓能力強(qiáng)，堅(jiān)硬！

師：所以改變潛水艇的形狀容易嗎？

生：不容易。

教師演示：潛水艇模型

（設(shè)計(jì)意圖：驅(qū)動(dòng)學(xué)生尋找解決問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。）

視頻播放：蛟龍?zhí)枬撍?/p>

師：大家留意到蛟龍?zhí)柨傇O(shè)計(jì)師是誰嗎？

生：徐芑南。

師：請(qǐng)大家銘記這位老人，六十多歲接到潛艇立項(xiàng)任務(wù)，義不容辭，整整花了十年的時(shí)間，終于使中國載人潛艇在海下7062 米試海成功。這就是我們中國的科學(xué)家，歷史與使命，責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。

（設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生經(jīng)歷“設(shè)計(jì)潛艇—觀察潛艇模型—觀看蛟龍?zhí)枴?，使學(xué)生理解物理知識(shí)從理論設(shè)計(jì)到模型制作，最后到生產(chǎn)應(yīng)用的過程，知道物理對(duì)于社會(huì)發(fā)展的價(jià)值所在，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)責(zé)任感。）

五、遷移創(chuàng)新

問題1：我們研究的小魚或潛水艇，都是在液體里，那么，物體除了在液體中會(huì)受到浮力，其他地方會(huì)受到浮力嗎？師：大家坐在這里，有受到浮力嗎？

生：有！

師：為什么大家沒有浮起來呢？

生：因?yàn)槿颂亓耍?/p>

師：對(duì)，因?yàn)槿怂苤亓h(yuǎn)遠(yuǎn)大于所受浮力，所以浮不起來，沉入了大氣層的底部，也就是地面。

問題2：大家試想一下，假如在空氣的海洋中也有一條大魚（圖片：飛艇），你們可以想辦法讓它浮起來嗎？（對(duì)比沉入水底的小魚進(jìn)行思考）

學(xué)生先思考，后小組討論，最后班級(jí)分享：

要減小飛艇的重力，可以排出飛艇里面的空氣，但是排出空氣，同時(shí)飛艇就會(huì)癟下來，浮力也就變小了，還是無法上浮。

增大空氣的密度，不現(xiàn)實(shí)。

增大排開的體積，同時(shí)就會(huì)增加飛艇重力，也不可行。

（設(shè)計(jì)意圖：將人類對(duì)浮力的應(yīng)用從液體擴(kuò)展到大氣，以解決實(shí)際問題“如何使飛艇升空”引出新的認(rèn)知沖突，當(dāng)用所學(xué)方法無法解決新問題時(shí)，可以嘗試回歸問題本質(zhì)，找到新的解決方法，即通過理論分析找出密度關(guān)系，以此培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。）

“問題串”設(shè)計(jì)如下：

師：把解決小魚上浮的方法用到飛艇上升，似乎進(jìn)入了死胡同，怎么辦呢？遇到這種情況我們還是回到問題的本質(zhì)：受力情況決定物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，比較F浮與G物。

分析：

師：因?yàn)轱w艇浸沒在大氣層中，所以V排=V物，又因?yàn)間 相同，所以，決定F浮與G物大小關(guān)系的因素是什么呢？

生：由ρ空與ρ物的大小決定。

師：因此，物體是上浮還是下沉的最終決定性因素是什么呢？

生：ρ空與ρ物的大小。

教師帶領(lǐng)學(xué)生一起歸納三種浮沉狀態(tài)的密度大小關(guān)系。

師：請(qǐng)大家繼續(xù)思考飛艇上升的問題，現(xiàn)在你們找到了解決問題的辦法了嗎？

生：飛艇里面充入比空氣密度小的氣體，飛艇就能上升了。

師：密度比空氣小的氣體有什么呢？

生：氫氣、氦氣。

師：還有嗎？空氣可以嗎？

生：不行，因?yàn)榭諝饷芏群惋w艇外面空氣密度一樣，不能升起來。

師：空氣在什么情況下，密度會(huì)發(fā)生變化呢？動(dòng)腦筋想一想。

生：熱脹冷縮。

師：空氣受熱會(huì)膨脹，遇冷會(huì)收縮。所以熱空氣的密度會(huì)變——

生：變小。

趣味實(shí)驗(yàn)：電吹風(fēng)吹泡泡

師：你們留意過平時(shí)吹的肥皂泡泡么，吹出后往哪里飛？假設(shè)當(dāng)時(shí)是無風(fēng)環(huán)境。

生：向下。

師：如果不用嘴巴吹，改用電吹風(fēng)吹熱風(fēng)呢？泡泡會(huì)向哪里飛呢？我們一起來看看吧。請(qǐng)同學(xué)們邊觀察邊思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的物理原理。

生：電吹風(fēng)吹的是熱風(fēng)，即泡泡里面是熱空氣，熱空氣密度小于外面的空氣，所以泡泡向上升。

（設(shè)計(jì)意圖：通過一個(gè)趣味“吹泡泡”游戲，讓學(xué)生對(duì)比觀察到常溫空氣和熱空氣的泡泡，浮沉情況果然不同，以此培養(yǎng)學(xué)生從理論分析到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的物理學(xué)科思維。）

本節(jié)課以“深度學(xué)習(xí)走向核心素養(yǎng)”為理念，實(shí)施過程中，物理核心知識(shí)通過“問題串”形式遞進(jìn)式推進(jìn)，使學(xué)生在思考與解決問題的過程中，從對(duì)核心知識(shí)的淺顯理解走向內(nèi)化核心知識(shí)承載的物理學(xué)科思維，提升學(xué)生解決綜合實(shí)際問題的能力，更有利于培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科的關(guān)鍵能力和必備品格。