關(guān)于“實(shí)驗(yàn)探究浮力的大小”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新

陳藝 楊新宇

(湘鄉(xiāng)市太平中學(xué) 湖南 湘潭 411411) (湘鄉(xiāng)市教育發(fā)展中心 湖南 湘潭 411411)

“實(shí)驗(yàn)探究浮力的大小”是教科版八年級(jí)下冊(cè)第十章第3節(jié)，教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括“實(shí)驗(yàn)探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)”和“實(shí)驗(yàn)探究浮力的大小與排開(kāi)液體的重力的關(guān)系”．這是初中階段力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)，也是重點(diǎn)，教師在進(jìn)行這部分教學(xué)時(shí)，需要克服諸多困難，如器材的搜集與準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)原理的分析、實(shí)驗(yàn)操作的指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)結(jié)論的推導(dǎo)，等等．任何一個(gè)環(huán)節(jié)沒(méi)有處理好，都不能讓學(xué)生理解和掌握浮力的真正內(nèi)涵．

1 教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足之處

在本章前面兩節(jié)知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生已經(jīng)對(duì)浮力的大小、方向、產(chǎn)生原因和基本的“稱(chēng)重法”有了一定的了解，教材原實(shí)驗(yàn)由阿基米德洗澡的故事引入，引導(dǎo)學(xué)生思考浮力的大小可能與深度、物體密度、液體密度、物體體積等有關(guān)，原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖1所示.實(shí)驗(yàn)記錄表格如表1所示.

圖1 實(shí)驗(yàn)探究浮力的大小教材設(shè)計(jì)圖

液體鐵塊鋁塊大鐵塊清水濃鹽水

(1)實(shí)驗(yàn)器材繁雜

基于控制變量法的應(yīng)用，教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)要用到的實(shí)驗(yàn)器材繁多，為了探究是否與物體密度有關(guān)，需要用到鋁塊、鐵塊．又為了探究是否與物體體積有關(guān)，還需要準(zhǔn)備邊長(zhǎng)不同的鐵塊．這里實(shí)驗(yàn)對(duì)象就有3種．為了探究是否與液體密度有關(guān)，就需要用到清水和濃鹽水．再加上彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩、燒杯等等．實(shí)驗(yàn)器材就比較繁雜了，從教師的課前實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備來(lái)說(shuō)，增大了負(fù)擔(dān)而且容易少拿或錯(cuò)拿，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度．

(2)實(shí)驗(yàn)步驟繁多

為了一一探究以上猜想，需要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)步驟有點(diǎn)多，邊長(zhǎng)不同的鐵塊和鋁塊共3塊，都需要先測(cè)量重力，再先后放入兩種不同的液體中，對(duì)比彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)變化，再得出浮力的大小，這里就有6個(gè)步驟．而且操作順序不能出錯(cuò)，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，容易出現(xiàn)反復(fù)和重復(fù)的差錯(cuò)，影響實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)論．

(3)實(shí)驗(yàn)誤差過(guò)大

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，物塊掛在彈簧測(cè)力計(jì)下端在不同的液體中一進(jìn)一出，多次實(shí)驗(yàn)下來(lái)，帶來(lái)的誤差就比較大，表格中一旦有數(shù)據(jù)出錯(cuò)，可能得到相反的結(jié)論．

2 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新

2.1 實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)

自制“浮力大小測(cè)量?jī)x”實(shí)驗(yàn)器材，如圖2所示.

圖2 自制的浮力大小測(cè)量?jī)x

這個(gè)自制的浮力大小測(cè)量?jī)x是采用木頭打造了底座和架子，將兩支完全一樣的彈簧測(cè)力計(jì)固定在豎直方向，放上一個(gè)重錘線，就可以用來(lái)測(cè)量豎直方向的力的大小．底座上放一個(gè)手動(dòng)升降臺(tái)，升降臺(tái)上放一個(gè)溢水杯和方便懸掛的小燒杯，以一個(gè)四等分圓柱體為研究對(duì)象，圓柱體內(nèi)部可以打開(kāi)，可放入不同的填充物質(zhì)．

這樣的實(shí)驗(yàn)器材制作，在以下幾個(gè)方面改進(jìn)，如表2所示.

表2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格的改進(jìn)

由教材原實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格改成如表3所示橫縱向表格，可以從一組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析改進(jìn)為橫向縱向數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，更明了，更簡(jiǎn)潔．

表3 新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)記錄表格

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟的改進(jìn)

改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格，實(shí)驗(yàn)步驟就更簡(jiǎn)便，如下：

(1)組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，兩支彈簧測(cè)力計(jì)均調(diào)零．

(2)用彈簧測(cè)力計(jì)甲測(cè)出圓柱體的重量G0和空小燒杯的重量G，并將數(shù)據(jù)記錄在表格中．

(3)往溢水杯中緩慢地倒入清水，直至剛要溢出．將小燒杯放在溢水口的正下方．

(5)將接有溢出水的小燒杯掛在彈簧測(cè)力計(jì)甲的下方，測(cè)得他們的總重量G1，并記錄在表格中．

(6)繼續(xù)緩慢提升升降臺(tái)，觀察彈簧測(cè)力計(jì)乙的示數(shù)變化，重復(fù)步驟(4)和(5)．

(7)將溢水杯中的清水換成濃鹽水，重復(fù)步驟(3)～(6)．

(8)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．

(9)拆解實(shí)驗(yàn)裝置，將實(shí)驗(yàn)器材平放在桌面上．

2.4 改進(jìn)和創(chuàng)新的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)

2.4.1 實(shí)驗(yàn)誤差的減小

(1)實(shí)驗(yàn)中把手持彈簧測(cè)力計(jì)換成了固定彈簧測(cè)力計(jì)，改用升降臺(tái)使圓柱體浸入液體中，降低了由于手的晃動(dòng)帶來(lái)的讀數(shù)誤差．

(2)將不同體積的鐵塊分別浸入不同密度的液體，改成了用同一個(gè)圓柱體浸入不同等分的體積，且浸入體積成倍增加，降低了由于反復(fù)多次進(jìn)出液體中帶來(lái)的誤差．

(3)一組數(shù)據(jù)對(duì)比分析誤差較大，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表格，可從多個(gè)維度進(jìn)行分析，從定性到定量的跨越，使結(jié)論更具有說(shuō)服力．

2.4.2 實(shí)驗(yàn)后期收獲

根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，還可以得出浮力的大小與排開(kāi)液體重力的關(guān)系，為后面第二課時(shí)的實(shí)驗(yàn)“阿基米德原理實(shí)驗(yàn)”打下了理論與實(shí)踐的雙重鋪墊．

2.4.3 學(xué)生能力的培養(yǎng)

根據(jù)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟，更注重鍛煉學(xué)生的操作能力，每一步操作都需要熟練的手法，同時(shí)還需要注意細(xì)節(jié)．比如彈簧測(cè)力計(jì)的估讀、升降臺(tái)的控制、溢水杯口的等待、彎腰注意圓柱體等分線的浸入等等．還增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理能力．?dāng)?shù)據(jù)表格的處理能夠讓他們自己得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生科學(xué)細(xì)致以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄克季S．

最后，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)也還存在不足之處，比如，溢水杯中溢出的液體不能完全收集到也會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在誤差．圓柱體內(nèi)部填充物質(zhì)的更換是實(shí)驗(yàn)操作的易錯(cuò)環(huán)節(jié)．其次，升降臺(tái)的上升空間有限，不能很好地完成浮力的大小與深度無(wú)關(guān)的探究．

實(shí)驗(yàn)探究浮力的大小，是學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的重難點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行的改進(jìn)，只為了更好的操作和理解，以達(dá)到學(xué)好浮力相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的目的，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程切不可因?yàn)閷?shí)驗(yàn)復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)難、沒(méi)時(shí)間而不做這個(gè)實(shí)驗(yàn)或者組織學(xué)生觀看一下影像資料達(dá)到教學(xué)目的，本次實(shí)驗(yàn)改進(jìn)旨在幫助教師和學(xué)生化解浮力學(xué)習(xí)中存在的困難，并能幫助學(xué)生學(xué)會(huì)探究，愛(ài)上探究，從而養(yǎng)成科學(xué)探究的思維．