關(guān)于“浮力”在教學(xué)中的反思

湯文興

摘 要： 在一線物理教學(xué)中，作者針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)浮力的各種情況，對(duì)學(xué)習(xí)階段、學(xué)習(xí)心理進(jìn)行分析，結(jié)合個(gè)人教學(xué)體會(huì)，總結(jié)浮力教學(xué)過(guò)程中的四個(gè)基本步驟。

關(guān)鍵詞： 浮力學(xué)習(xí) 學(xué)習(xí)階段 學(xué)習(xí)心理 教學(xué)步驟

“浮力”是流體靜力學(xué)中應(yīng)用性較強(qiáng)的基礎(chǔ)性知識(shí)之一，在初中階段又是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的知識(shí)。它涉及“力”、“密度”、“壓強(qiáng)”等知識(shí)，是上述知識(shí)的延續(xù)。本章內(nèi)容具有幾大特點(diǎn)：一是現(xiàn)象生活化，知識(shí)抽象化。很多關(guān)于“浮力”的現(xiàn)象比如說(shuō)氣球、孔明燈、輪船、“蛟龍?zhí)枴钡?，學(xué)生在生活中都經(jīng)?？吹?，耳熟能詳，但是“浮力的產(chǎn)生原因”、“浮力的影響因素”、“下沉的物體是否受到浮力”都要求學(xué)生具有較強(qiáng)邏輯思考能力和想象力。二是知識(shí)的綜合化，科學(xué)的研究浮力需要把重力、二力平衡、壓力、壓強(qiáng)、密度等諸多知識(shí)綜合起來(lái)，對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)要求較高。

“浮力”既是初中物理學(xué)的重點(diǎn)，又是難點(diǎn)。盡管近些年物理中考考察“浮力”的難度一再降低，但是學(xué)生在學(xué)習(xí)浮力過(guò)程中還是出現(xiàn)了畏難情緒，常常在一些基礎(chǔ)題中出錯(cuò)，甚至產(chǎn)生恐“浮”癥，談“浮”色變。為突破學(xué)生的心理障礙，克服教學(xué)難點(diǎn)，提高教學(xué)質(zhì)量，培育優(yōu)秀的科技新生力量，筆者結(jié)合近年來(lái)一線的物理教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，具體分析產(chǎn)生恐“浮”癥狀的原因及解決上述問(wèn)題的教學(xué)步驟。

一、學(xué)習(xí)階段分析

1.整個(gè)初中階段是學(xué)生思維能力發(fā)展的重要時(shí)期，其抽象邏輯思維逐漸處于優(yōu)勢(shì)地位，但八年級(jí)學(xué)生很大程度上還處于經(jīng)驗(yàn)型思維，他們的邏輯思維需要感性經(jīng)驗(yàn)的直接支持。因此在研究“浮力”時(shí)需要教師設(shè)計(jì)較多實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)具體現(xiàn)象提出關(guān)于“浮力”的具體問(wèn)題，再親歷實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題，得出關(guān)于“浮力”的結(jié)論。

2.八年級(jí)物理有一定的運(yùn)算要求，有些運(yùn)算是數(shù)學(xué)課中新學(xué)的，有的甚至在數(shù)學(xué)課上還沒(méi)有學(xué)過(guò)，就要求在物理上先用了，比如科學(xué)計(jì)數(shù)法，成正比，成反比，對(duì)稱、約分，等等，這些知識(shí)往往增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)物理難度。物理教學(xué)中遇到數(shù)學(xué)問(wèn)題，要耐心講透，充分利用數(shù)學(xué)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科的相輔相成。

二、學(xué)習(xí)心理分析

1.在生活中，很多錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)感受已經(jīng)先入為主，比如認(rèn)為“下沉的物體”不受浮力或所受的浮力小，因此在建立浮力的概念時(shí)，不容易接受正確的浮力概念。

2.學(xué)生還沒(méi)有很好地掌握控制變量法，初學(xué)浮力的影響因素，容易混亂，相當(dāng)一部分學(xué)生產(chǎn)生一系列錯(cuò)誤的模糊認(rèn)識(shí)，如“浮力與物體的密度有關(guān)”、“浮力與物體的形狀有關(guān)”、“與深度有關(guān)”等。

3.在計(jì)算中，由于浮力的公式較多，在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生不依據(jù)具體情境去分析問(wèn)題，而是亂套公式，犯了典型的認(rèn)知性錯(cuò)亂。

4.浮沉條件的應(yīng)用中，要考慮到的物理量較多，如：空心物體、實(shí)心物體，F(xiàn)■和G■或ρ■和ρ■，浸沒(méi)與否等，在初學(xué)浮力的過(guò)程中，學(xué)生心中難以形成一個(gè)和諧統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模式。

三、“浮力”的教學(xué)步驟

鑒于以上分析，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我認(rèn)為“浮力”教學(xué)應(yīng)采取根據(jù)學(xué)生的思維特點(diǎn)和知識(shí)的結(jié)構(gòu)特征相結(jié)合的模式，按下列步驟進(jìn)行教學(xué)。

1.第一步

首先，在學(xué)生已有的“浮力”體驗(yàn)上，巧用實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生將不同的東西放進(jìn)水中感受浮力。教師可以演示熱氣球點(diǎn)火升空等現(xiàn)象，說(shuō)明氣體、液體對(duì)浸在其中的物體都具有浮力。

其次，教師通過(guò)作圖方式，讓學(xué)生利用力學(xué)知識(shí)分析，浮在水面上的物體受力情況，進(jìn)而得出浮力的方向是與重力相反的。

再次，讓學(xué)生在分組完成課本P170圖9-3所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，并將數(shù)據(jù)填入書(shū)中，分析得出結(jié)論，即稱重法F■=G■-F■。P170圖9-4探究空氣浮力的問(wèn)題，因?yàn)楦×Φ挠绊懸蛩剡€沒(méi)有學(xué)到，建議放在阿基米德原理中講解。

從次，利用多媒體展示浮力產(chǎn)生的原因，通過(guò)液體壓強(qiáng)知識(shí)的連接，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主體性，讓學(xué)生分析立方體在水中受到液體壓強(qiáng)的情況。實(shí)踐證明，大多數(shù)學(xué)生能夠從視頻中分析出浮力是由上、下液體壓強(qiáng)不同產(chǎn)生的，教師再協(xié)助歸學(xué)生納出測(cè)浮力的一種方法，壓力差法F■=F■-F■。

最后，隨堂練習(xí)部分。（1）演示一個(gè)蠟塊平整面緊密接觸容器底部時(shí)不會(huì)浮起。分析蠟塊只受到水向下的壓力，沒(méi)有受到水向上的壓力，可以得出浸在液體中的物體不一定受到浮力；（2）及時(shí)完成課本練習(xí)并課堂講評(píng)。

2.第二步

首先，探究浮力大小的影響因素，通過(guò)視頻觀察現(xiàn)象，對(duì)學(xué)生的猜想給予積極評(píng)價(jià)，通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生基本知道浮力的影響因素是液體的密度，排開(kāi)液體的體積（浸入液體中的體積），與深度無(wú)關(guān)。

其次，引入阿基米德原理時(shí)，建議給學(xué)生講述阿基米德在浴室中的故事，達(dá)到對(duì)阿基米德原理的初步認(rèn)識(shí)F■=G■。

再次，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證阿基米德原理。教師在實(shí)驗(yàn)前先介紹實(shí)驗(yàn)步驟和溢水杯的作用，再根據(jù)課本P174圖9-10探究浮力大小進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。在這里，我對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些改動(dòng)，將燒杯套上一個(gè)輕質(zhì)的塑料袋（如下圖所示），這樣稱量排出液體的重力時(shí)，可以忽略塑料袋的自重。在實(shí)驗(yàn)中就可以省去G■=G■-G■，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)步驟，讓學(xué)生更容易得出結(jié)論。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生比較物體受到浮力與排開(kāi)液體的重力的關(guān)系，注意記錄使用不同物體放入液體中的情況（簡(jiǎn)化難度，都使用下沉的物體做實(shí)驗(yàn)），實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行歸納總結(jié)。

最后，在通過(guò)實(shí)驗(yàn)歸納出結(jié)論后，從理論上進(jìn)一步分析。在教學(xué)中，通過(guò)建立理想模型的方法，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用力的合成等知識(shí)進(jìn)行理論分析。著重消除學(xué)生在猜想過(guò)程中的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)并弄清以下物理知識(shí)的關(guān)系，如：（1）浸沒(méi)與部分浸沒(méi)的關(guān)系；（2）排開(kāi)液體的重力與液體的重力的關(guān)系；（3）液體的體積、物體的體積及排開(kāi)液體的體積的關(guān)系；（4）物體受到的浮力與物體形狀、體積和物體的密度之間的關(guān)系等。及時(shí)通過(guò)書(shū)本練習(xí)加深理解。

3.第三步

首先，演示法，展示浮沉現(xiàn)象，讓學(xué)生嘗試改變浮沉狀態(tài)，及時(shí)給予上臺(tái)配合的學(xué)生鼓勵(lì)，引導(dǎo)學(xué)生思考猜想浮沉現(xiàn)象的原因。經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生主要的思想誤區(qū)有：（1）浮力大的上浮，浮力小下沉；（2）重的下沉，輕的上??；（3）金屬一定下沉等，無(wú)論對(duì)錯(cuò)教師都應(yīng)給予猜想者積極評(píng)價(jià)。

其次，初中物理分析浮沉條件的影響因素的角度主要是兩個(gè)，一是浮力F■和重力G■；二是液體密度ρ■和物體密度ρ■。利用合力與二力平衡的知識(shí)結(jié)合力的示意圖可以很清晰地說(shuō)明浮沉因素F■和G■。

再次，利用數(shù)學(xué)方法將F■和G■展開(kāi)，分別推導(dǎo)出：

上浮：F■>G■ ρ■>ρ■（木頭）；

下沉：F■

懸?。篎■=G■ ρ■=ρ■（人）；

漂浮：F■=G■ ρ液>ρ■（木頭）。

如懸浮F■=G■，ρ■v■g=ρ■v■g，因?yàn)関■g=v■g可以約掉，所以懸浮時(shí)ρ■=ρ■，為了加深理解可以舉例人在水中是懸浮的，因?yàn)槿说钠骄芏群退喈?dāng)。特別提醒學(xué)生暫時(shí)不考慮空心的物體。

再次，很多學(xué)生不知道漂浮是怎么回事，不懂區(qū)分懸浮和漂浮，我們可以將漂浮和上浮聯(lián)系起來(lái)，上浮的物體最終到達(dá)漂浮狀態(tài)。

最后，利用好書(shū)本上密度計(jì)、鹽水選種、潛水艇、熱氣球等例子，我們不僅要舉例子，還要將這些例子背后的故事告訴學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和興趣。

4.第四步

對(duì)單元知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)知識(shí)應(yīng)用的思維訓(xùn)練，從而構(gòu)建初中物理浮力知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，讓學(xué)生熟練掌握知識(shí)，具體步驟：（1）總結(jié)浮力的測(cè)量方法：①稱重法：F■=G■-F■；②原理法：F■=G■=m■g=■v■g；③平衡法：F■=G■（漂浮或懸?。?；④壓力差法：F■=F■-F■；（2）利用控制變量法分析浮力知識(shí)，如：①采用控制液體密度而改變排開(kāi)液體的體積來(lái)改變浮力；②浮沉的兩個(gè)角度：F■和G■或ρ■和ρ■；（3）運(yùn)用上述知識(shí)進(jìn)行變式訓(xùn)練，讓學(xué)生形成運(yùn)用物理概念和規(guī)律計(jì)算浮力的能力；（4）及時(shí)批改作業(yè)，評(píng)估學(xué)生對(duì)“浮力”知識(shí)的掌握水平，并及時(shí)講評(píng)；（5）鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)于生活，讓學(xué)生利用課余時(shí)間和父母一起動(dòng)手做些小實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]物理教學(xué)參考書(shū).上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.

[2]物理教學(xué)探討.