物理探究教学的设计原则与内涵把握--基于浮力教学的实施与评析_浮力论文

物理探究教学的设计原则及内涵把握——基于《浮力》教学的实施与点评分析，本文主要内容关键词为：浮力论文,内涵论文,物理论文,原则论文,点评论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      不久前，笔者设计并主讲了一堂《浮力》课，现将课例及点评整理如下，供同行探讨。

      一、教学实施的指导思想：构建以“探究行为”为核心学习行为的物理课堂

      笔者在教学设计上，依据课标，基于教材和学生实际确定了学习目标，依托四组探究活动，达成相关学习任务，流程如图1。

      活动一：基于现象，了解浮力的产生及方向。

      播放视频：“辽宁号”巡航海上，“死海”畅游。

      演示：空气中的氢气球和水中的乒乓球。

      讨论：生活中的浮力现象。说明浸在液体或气体中的物体会受到浮力，浮力的方向是竖直向上的。

      活动二：实验探究，知道在水中下沉的物体也受到浮力，并且知道如何用弹簧测力计测量浮力。

      问1：与乒乓球相连的铝块，它在水中是下沉的，在水中下沉的物体是否受到水的浮力呢？请结合生活经验做出猜想。

      实验引导：取一铝块挂在弹簧测力计下，用手向上托一下，弹簧测力计示数减少；如果在水中它受到浮力，浸入水中后弹簧测力计的示数也会减少。

      问2：能否测出铝块所受的浮力大小呢？

      引导学生作出受力分析图，分析得出：浮力的大小可以用弹簧测力计测量：

。

      活动三：探究影响浮力大小的因素，知道浮力大小与“排开液体的体积”和“液体密度有关”。

      问1：浮力大小可能同哪些因素有关呢？请根据生活经验并结合实验提出猜想。

      利用实验增强体验：在容器中倒上水，向下压乒乓球，说出手上的感觉，注意看水面的变化。

      猜想：浮力大小可能与物体“排开的液体体积”、“液体的密度”、“在液体中的深度”等因素有关。

      教师补充说明“浸没深度”与“浸入深度”的区别。

      问2：如何设计实验验证猜想？

      提供“弹簧测力计、废旧电池（圆柱体）、盛有水、酒精的容器”。学生在教师引导下利用控制变量法，设计探究方案，按照图示步骤（下页图2）操作并记录数据。获得结论：物体所受浮力的大小与它排开液体的体积、液体的密度有关，与物体浸没在液体中的深度无关。

      活动4：了解阿基米德原理，知道公式和验证方案。

      学生阅读教材相关内容，相互交流，知道阿基米德原理：浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于被排开的液体所受的重力。知道计算公式：

及各量单位。

      

      

      按照本节课后“WWW”中的问题1组织探究：在一只塑料袋中装入大半袋水，用弹簧测力计测出盛水的塑料袋所受的重力大小。再将塑料袋浸入水中，观察浸入过程中弹簧测力计示数的变化并思考能得到什么结论？

      学生实验探究，另请两位学生上台演示并做分析，教师点评。

      现象1：塑料袋在浸入水中过程中弹簧测力计示数逐渐减小。

      小结1：塑料袋所受的浮力与排开的水的体积有关，

越大，则

越大。

      现象2：当塑料袋中的水面与容器中的水面相平时，弹簧测力计的示数为零。

      

      二、专家点评1：以探究为核心的课堂教学设计

      首先，让我们解读一下课程标准的要求。修订后的课程标准与修订前比较的变化：

      1.“通过实验，认识浮力”，而非“通过实验探究”。说明不强调一定要通过探究来建立浮力的概念。

      2.“探究浮力大小与哪些因素有关”，而非“经历探究浮力大小的过程”。说明要求探究影响浮力大小的因素，而非阿基米德原理的结论，但要求“知道阿基米德原理”。它反映修订的指导思想更关注探究的本质特征，关注探究学习与接受学习有机结合，防止提出过高的探究要求，从而提高探究学习的有效性。

      其次，分析一下教材。教材把课程标准的要求转化为具体的教学任务和教学策略，其结构是十分清晰的（图3）。

      

      许老师在对课标要求和对教材分析的基础上，根据自己学生的情况设计了教学过程，把简约的教材结构转换为学生的学习行为。如下方面反映了教师对教材的再创造过程：①通过水中乒乓球的实验，使学生认识了浮力的方向；②在探究下沉的物体是否受到浮力时，用“手托重物”的实验帮助学生思考验证猜想的思路；③在验证下沉的物体受到浮力结论后，提供了测量浮力大小的一种方法，为后续探究做好准备；④用“手压乒乓球”的实验为学生的合理猜想提供感性认识，并界定了“浸没深度”与“浸入深度”两个不同的概念，为探究影响浮力大小的因素铺平了道路；⑤在学习阿基米德原理之后，把“WWW”中的简易验证实验置于课堂中完成，既起到验证阿基米德原理的作用，又起到评价反馈的作用。

      关于这节浮力课可以在哪些方面改进，以及在不同的条件下可以有哪些不同的设计方案的看法：

      1.教师的指导模式显得有些单调，基本上是小步距或填充式的问答。表面上看起来很流畅，但留给学生整体思考和完整表达的机会不多，课堂的预设性较强而生成性不足。其原因是担心不能很好地控制课堂和完成教学任务，我们并不是要把课堂开放到漫无边际的地步，但在对学生很有价值的地方，要不吝啬时间和精力。

      例如，下沉的物体是否受到浮力以及如何验证的问题。上浮的物体一定受到浮力，这是毫无疑问的，而下沉的物体未必受到浮力，这是常人的思维，因为视重减轻的经验太少了，下沉现象常常掩盖了浮力小于重力的实质。教师关注的问题首先是受不受到浮力，关注点应是认为不受浮力的学生，而不要急于肯定受到浮力，也不要急于提出验证受到浮力的方法。哪怕有个别学生认为不受到浮力，或是不能肯定是否受到浮力，猜想的可能就有两种。有时，为了让学生的错误猜想暴露出来，不妨用一个具体的例子，如把泡沫块放入水中，泡沫块是否受到浮力？把石块放入水中，石块是否受到浮力？然后再讨论用什么方法验证水中石块是否受到浮力，不要急于用手托重物提示学生，这样给学生思维、表达的机会就多了。

      另外，探究影响浮力大小的因素，猜想可能有哪些，结论又是如何得出的？这也是本节课对学生领悟探究本质有价值的环节。如果教师铺垫的过多或过早，就会使学生的智力冲突显现不出来。假如请学生用手将乒乓球压入水中，体验一下手的感觉，再联系生活的经验，讨论浮力的大小可能与哪些因素有关，而在这里不要过早地介绍排开水的概念、浸入深度和浸没深度的概念，学生提出的猜想就可能会丰富一些。把这些猜想列出，可不给予评价，再让学生进行实验，根据实验获得的信息，评价各种猜想，得出结论。这样课堂的生成性会更多一些，更贴近学生真实的探究过程。

      2.如何用不超出课标要求的方法解决“超出课标要求”的问题？

      测量下沉物体的浮力，属于同一直线上受三个力物体平衡的问题，而初中物理课程标准只规定了二力平衡条件，没有要求知道合力及受两个力以上的力的平衡问题，怎么来解决浮力的测量问题？

      可以看出许老师在浮力探究以前已经补充学习了有关三力平衡问题的知识。实际上，从经验出发，在二力平衡知识的基础上完全可以解决这类问题。

      为什么要用手托的实验来类比，就是利用学生已有的经验，没有用手托时，拉力与重力平衡，弹簧测力计的读数等于重力大小，手托重物时测力计读数减小，减小的值等于托力大小，这是不难理解的。当把装水的塑料袋放入水中后弹簧测力计读数减小，表明装水的塑料袋受到浮力；当弹簧测力计读数为零时，表明绳的拉力不存在，装水塑料袋只受到两个力，装水塑料袋的重力等于水对它的浮力。可见不一定非要从数学公式出发来讨论问题，利用经验及已有的知识来讨论该问题，还可能有助于领会物理思想。

      3.教学是创造性的工作，方案没有最好的，只有合适的，尤其是探究教学。

      如在阿基米德原理提出以后，可以不用“WWW”中的实验来验证，而是让学生测量一下前面“探究影响浮力大小因素”实验中的圆柱体的体积，算出排开水的重力，并与实验中测得的浮力进行比较。就“浮力大小”与浸没深度的关系，泰州一个老师做过这样一个实验，即把一个长方形物块，竖直浸没水中，再水平浸没水中，比较物块受到的浮力，可见浸没深度不同，但浮力大小相同。

      再有“关于阿基米德原理”的探究，如果学生的思维水平较高，可以在前一实验基础上提出猜想，再行验证。也可以在得到浮力的大小与排开液体的体积、液体的密度有关的结论后，引导学生进一步猜想，浮力的大小可能等于某一个物理量，这个物理量可能是什么？浮力大小与排开液体的体积有关、与排开液体的密度有关，是否意味着与“排开液体的质量”、“排开液体的重力”有关，当然这只是猜想，必须验证，然后再介绍阿基米德的发现和阿基米德原理。

      三、专家点评2：探究要体现探究的本质内涵

      《浮力》是一节利用实验归纳总结物理规律的典型课例，许老师围绕四组探究活动设计课堂教学，教学思路清晰、知识结构梳理明确、抓住了本质；许老师创设的教学情境形象生动，带领学生开展的物理实验，器材简单、方便操作，让学生在动手过程中探究归纳概念与规律，有不少亮点。许老师还注重师、生间的交流，启发学生思考、提出问题，教学目标达成率较高。

      “什么是浮力”属于“概念探究”，许老师对认知情景做了精彩补充；“浮力的测量”属于“策略探究”，许老师的巧妙一托避免了矢量运算的复杂性；“探究影响浮力大小的因素”属于“规律探究”，许老师采用了“在水中压乒乓球”的“定性体验”和“提起水中的薄膜袋”的“定量探究”相结合的方式。许老师在教学设计中有这样一段话：通过探究消除学生日常生活中可能存在的对浮力认识的一些不科学的前概念，体会和感悟实验方法对物理学习的重要性，培养学生探究物理规律的能力和追求物理本质的探求精神。刘炳昇老师也认为：探究是一种多侧面、多形式的活动，无论采取何种形式，关键是要体现科学探究的思想和基本特征。实际上我们现在的教学，往往是教师把问题嚼得细而碎，逐步铺垫，让学生不用深层次思考就能得出结果，教师根据得到的结果，再把教学引向下一阶段。这是喂养方法，不利于学生良好思维习惯和批判精神的形成，而这种“良好的思维习惯和批判精神”可能就是探究活动的本质内涵。

      1.以“问题”暴露学生认知的前概念错误，激起学生思维冲突，引起学生深层次思考。

      只有引起学生自身的思维冲突，让他们感到惊异，才能让新的思维结构带来成功，才可能被接受。例如针对前概念错误：“只有上浮的物体才受浮力，下沉的物体是不受浮力的”，某版本教材提了三组问题：①下沉的物体是否受到浮力？你有什么经验支持你的猜想？②给你一个弹簧测力计和一杯水。你能通过实验判断浸入水中的石块或金属块是否受到浮力吗？③试一试，你观察到什么现象？这些现象能说明什么问题？

      2.创设能使学生发现问题的情景，从而让学生围绕问题进行探究。

      “影响浮力大小的因素的猜想”是本课的难点，也是关键点，是培养学生探究思维的好抓手，教师不可操之过急。我们可以将总问题化解为可操作的逐步深入的可探究问题，让学生在探究中获得有价值的猜想。例如：

      总问题：浮力的大小可能与哪些因素有关？你是根据什么经验提出猜想的？

      问题1：将同样大小的一个木球和一个铁球浸入水中后释放，木球与铁球将怎样运动？说明了什么？

      有人说：将同样大小的一个木球和一个铁球浸入水中后释放，木球上浮，铁球下沉，说明木球受的浮力大，铁球受的浮力小。你赞成这种说法吗？你有什么经验支持你的看法？你能否把这个说法转化为物理问题？例如浮力的大小可能与有________关。

      问题2：一块橡皮放在水中是沉还是浮？如果把橡皮切碎，拿一块仍然放在水中，是沉还是浮？为什么？

      有人说，大块橡皮重所以就沉下去，而橡皮切成小块变轻了，所以就会浮起来。你赞成这种说法吗？你有什么经验支持或反对这种说法？你能否把这个说法转化为物理问题？例如浮力的大小可能与________有关。

      问题3：浮力大小与物体浸在水中的深度是否有关？

      人在海边（河边）从浅水区走向深水区，到一定深度时人就漂起来了。所以浮力大小与物体浸在水中的深度有关？你有什么经验支持或反对这种说法？你能否把这个说法转化为物理问题？例如浮力的大小可能与________有关。

      问题4：浮力大小与液体的种类是否有关？

      沉在水中的鸡蛋放在浓盐水中，会浮起来。所以浮力大小与液体的种类有关？你有什么经验支持或反对这种说法？你能否把这个说法转化为物理问题？例如浮力的大小可能与________有关。

      说实话，学生除非事先看过书或其他资料，否则想到浮力大小与

有关是非常困难的，而这正是本节的难点所在！如果学生能提出浮力大小与

有关，正中下怀，追问来源，顺势而行；如果不能，教师可以做必要的实验引导，采用定性体验的方式，例如压水中的乒乓球。

      3.及时地给学生实验技能指导，使他们能顺利地进行实验探究。

      实验操作是遵循一定规范的，这种规范只有在实践中进行指导才可能养成。包括控制变量法的思想，包括读数、记录和分析等，但是要注意的是教师只是在关键点上引领，不能变成包办代替，例如学生的实验步骤可能不如你设想的完备，表述也没有你想得完整，但是要相信他们在探究中会逐步明晰。

      为适应不同学生的需求，建议在初中物理教学中为理论探究设一席之地。例如阿基米德原理的理论证明，这里不仅有物理模型的构建，同时又有压强和压力的有关知识及浮力产生原因的分析，可以很好地培养学生的物理思维。反思自己的授课，聆听两位专家的点评，笔者对探究教学也有了更进一步的思考：

      探究教学作为一种教学组织方式，首先要考虑的应是准确解读课程标准的要求，在分析教材和学生学情的基础上，把课程标准的要求转化为具体的教学任务和教学策略，即把教材结构转换为学生的学习行为。其次，在学生学习行为设计上，着眼于“探究行为”，注重体现学生“思维”的发展，从认知心理学的角度而言，“行为”是“思维”的体现，“行为”又可以促进“思维”的创新，“行为”与“思维创新”要紧密结合，结合的纽带就是“有价值的问题”和“思维可视化”方式的研究，思维可视化的手段可以是实验或具体实例，也可以是创设物理模型的理论论证，实验必须是现象明确，理论论证则要求注意思维的条理性和物理模型的典型性。最后，要注意渗透“理解性学习”的理念，探究教学和物理研究本身都强调理解，注意围绕物理核心概念和规律，思考前概念误区，采用合适的认知手段促进学生理解。教学策略上要以实验为基础、以思维为中心、以行为为主线、以变式为手段，重视学生自身的思维冲突和深入思考，在概念或规律的重新建构中养成良好的思维习惯。

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