創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)器材 提升學(xué)科核心素養(yǎng)
——“浮力”教學(xué)片段與反思

程宏亮 項(xiàng) 婷

(廣東省深圳市坪山區(qū)實(shí)驗(yàn)學(xué)校 518118)

在現(xiàn)階段，比較廣泛認(rèn)同的核心素養(yǎng)(keycompetency)的概念是個(gè)體在信息化、全球化、學(xué)習(xí)型社會，面對復(fù)雜的不確定情境時(shí)，綜合運(yùn)用學(xué)科知識、觀念、方法解決實(shí)際問題所表現(xiàn)出來的關(guān)鍵能力、必備品格與價(jià)值觀念.在這個(gè)概念之下，高中物理學(xué)科的核心素養(yǎng)表述為物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.在初中物理教學(xué)中，我們的教學(xué)指向應(yīng)該跟高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)保持一致.在浮力這一節(jié)的教學(xué)中，有一個(gè)學(xué)習(xí)阿基米德原理的教學(xué)片段，通過實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)，達(dá)到提升學(xué)生核心素養(yǎng)的目的.

在學(xué)習(xí)阿基米德原理教學(xué)片段中，需要用實(shí)驗(yàn)探究浸入液體的物體受到的浮力跟哪些因素有關(guān)，如果要培育學(xué)生科學(xué)探究的精神，在課堂教學(xué)中，應(yīng)該設(shè)計(jì)讓學(xué)生先進(jìn)行猜想，在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生猜想的教學(xué)實(shí)錄如下：

師：同學(xué)們，剛才大家通過探究學(xué)習(xí)知道了什么是浮力，也知道了如何測算浮力的大小，現(xiàn)在我們再次體驗(yàn)一下浮力的作用，看看大家有沒有新的發(fā)現(xiàn).請拿出空礦泉水瓶，放入水槽中，按照要求體驗(yàn)，感受有什么不同？(教師投影具體做法和要求.學(xué)生拿出空礦泉水瓶，將瓶蓋旋緊的礦泉水瓶浸入一半或完全浸沒在水中，體驗(yàn)浮力并相互交流.)

設(shè)計(jì)意圖：訓(xùn)練學(xué)生有依據(jù)的猜想及合理推理的能力.

師：浮力的大小可能與哪些因素有關(guān)？請同學(xué)們根據(jù)剛才的體驗(yàn)提出猜想，并說出猜想的依據(jù).

生：可能與瓶子浸在水里的體積有關(guān)，因?yàn)閯偛艑⑵孔尤拷氡冉胍话胍M(fèi)力.

生：可能與瓶子浸入水中的深度有關(guān).因?yàn)閷⑵孔油聣旱迷缴钤劫M(fèi)力.

生：可能與排開水的體積有關(guān).因?yàn)閷⑵孔油聣焊M(fèi)力，同時(shí)水槽的水面上升了.

生：可能與接觸水的面積有關(guān).因?yàn)閷⑵孔油聣焊M(fèi)力，同時(shí)接觸水的面積更多了.

生：可能與重物的形狀有關(guān)系，圓形的物體受到的浮力可能更大，救生圈都做成圓形的.

師：同學(xué)們的猜想都很好，依據(jù)也很充分，還可能與哪些因素有關(guān)？(教師將學(xué)生回答的因素列在黑板上.)

生：還可能與液體的密度有關(guān)，比如人能夠躺在死海里看書.(教師演示：將雞蛋分別放在水里和鹽水里.)

具體歸納一下，浮力產(chǎn)生的原因與瓶子浸在水里的體積、浸入水中的深度、排開水的體積、接觸水的面積、重物的形狀、液體的密度有關(guān).學(xué)生的猜想涉及到的因素很多，在驗(yàn)證學(xué)生猜想的過程中，從尊重學(xué)生科學(xué)思維的角度出發(fā)，每一個(gè)猜想都必須驗(yàn)證.如果完全按照教材中的實(shí)驗(yàn)方法，存在的不足有：測量中間量過多，一個(gè)因素要測量四個(gè)物理量，不夠直接，實(shí)驗(yàn)結(jié)論被過多的實(shí)驗(yàn)過程掩蓋；手無法保持穩(wěn)定高度，只能探究物體浸沒，浮力不變的情況，不具有普遍性；耗時(shí)過多，不利于演示實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差比較大.這些不足的影響，形成的就是低效課堂.所以，我們要對教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行改進(jìn).

在實(shí)際操作層面，實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)的，改進(jìn)方法和原理如圖所示：

阿基米德原理表述為：“浸在液體中的物體，受到的向上浮力，浮力的大小等于它排開的液體所受的重力”，這個(gè)實(shí)驗(yàn)要測量出兩個(gè)量，一個(gè)是物體受到的浮力，一個(gè)是排開液體的重力.課本通過彈簧測力計(jì)四次測量，通過運(yùn)算才得出浮力和排開液體的重力，再對比這兩個(gè)物理量.改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)更加直接，直接用電子測力計(jì)測出物體受到的浮力，用電子秤直接測量出排開液體受到的重力，直接把得出的兩個(gè)物理量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，得出阿基米德原理.

在改進(jìn)過程中，把現(xiàn)成的溢水杯側(cè)面出水口連接導(dǎo)管，導(dǎo)管向下伸出一段距離，直到溢水杯內(nèi)，用膠把導(dǎo)管和溢水杯側(cè)面出水孔之間的縫隙堵上.把小杯放置于電子臺秤上，用防風(fēng)盒罩住，接住導(dǎo)管排出的水.整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由下向上裝配，溢水杯裝滿水，重物實(shí)驗(yàn)開始時(shí)在溢水杯液面之上，就組裝完畢可以開始實(shí)驗(yàn)了.實(shí)驗(yàn)前強(qiáng)化學(xué)生的兩個(gè)認(rèn)識：1.電子秤歸零后，物體浸入液體后的讀數(shù)就是此時(shí)該物體受到的浮力.2.電子臺秤歸零后，讀數(shù)就是重物排開液體所受的重力.根據(jù)學(xué)生猜想的順序開始實(shí)驗(yàn).

(1)在溢水杯中加入水，調(diào)節(jié)升降臺，使重物慢慢浸入液體中，直到重物完全浸沒，觀察并記錄電子秤和電子臺秤的示數(shù)，通過這個(gè)操作，分析數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：物體受到的浮力與浸在液體的體積有關(guān)，而重物浸入液體的體積就是重物排開液體的體積.還可以得出結(jié)論，物體受到的浮力與接觸水的面積也有關(guān)，而接觸水的面積也可以表達(dá)為重物排開液體的體積.

(2)在溢水杯中加入水，調(diào)節(jié)升降臺，使得物體慢慢浸入液體中，浸沒后繼續(xù)調(diào)節(jié)升降臺，觀察并記錄電子秤和電子臺秤的示數(shù).通過這個(gè)操作，分析數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：物體受到的浮力與浸在液體的深度無關(guān)，與物體排開液體的體積有關(guān).

(3)在溢水杯中加入水，調(diào)節(jié)升降臺，使得不同形狀的同一物體(橡皮泥)慢慢浸沒入液體中，觀察并記錄電子秤和電子臺秤的示數(shù).通過這個(gè)操作，分析數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：物體受到的浮力與物體形狀無關(guān).

(4)在溢水杯中加入酒精，調(diào)節(jié)升降臺，使物體浸沒在酒精中，記錄此時(shí)電子秤和電子臺秤的示數(shù)，通過這個(gè)步驟，可以比較該物體分別在水中和在酒精中的浮力，比較可知，物體受到的浮力與浸入液體的密度有關(guān).

通過實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)解決新問題的同時(shí)，還學(xué)會了對已有的東西有質(zhì)疑批判，培育了學(xué)生的創(chuàng)新精神，極大提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的核心素養(yǎng)，保護(hù)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，進(jìn)而發(fā)展到科學(xué)的責(zé)任和態(tài)度的提升，不斷地去追求科技創(chuàng)新.