“開口浮沉子原理”的任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)

曾蓮娟 林欽

摘 ? 要：將開口浮沉子的制作及其原理探析作為教學(xué)內(nèi)容，將其設(shè)計為適合學(xué)生自主探究的任務(wù)，通過任務(wù)驅(qū)動幫助學(xué)生建構(gòu)物理知識，以培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力。

關(guān)鍵詞：開口浮沉子;任務(wù)驅(qū)動;問題解決能力

開口浮沉子的制作方法簡單，效果明顯，教師常常安排學(xué)生動手制作，或者用于課堂教學(xué)導(dǎo)入激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。但筆者發(fā)現(xiàn)，教師講授浮沉子原理大多將其與潛水艇類比，然而浮沉子的原理與潛水艇原理具有巨大差異，僅僅給予“與潛水艇的原理相同”這一答案，不能滿足學(xué)生的求知欲，解答不了學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的困難，導(dǎo)致學(xué)生對開口浮沉子的原理一知半解，僅僅記住了這個似是而非的答案。新時代，學(xué)生學(xué)習(xí)不再是“記住”知識，在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的年代，知識“唾手可得”，人們可以隨時隨地通過移動設(shè)備獲取海量信息，毫無疑問，我們進(jìn)入了“不缺乏知識”的年代，給學(xué)生灌輸“所謂的知識”將不再滿足社會對人才的需求。早在2011年，《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（下文簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）中明確指出，物理課程應(yīng)注意讓學(xué)生經(jīng)歷實驗探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)知識和科學(xué)探究方法，提高分析問題及解決問題的能力[ 1 ]。因此，面對學(xué)生一知半解的現(xiàn)狀，教師應(yīng)該抓住時機(jī)，創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生自主探究，尋求問題解決方案，方能培養(yǎng)出社會所需的優(yōu)秀人才。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是一種圍繞著教學(xué)任務(wù)展開的“教與學(xué)”互動形式，教學(xué)過程中需要將學(xué)科內(nèi)容以任務(wù)的形式呈現(xiàn)出來，同時保障“小任務(wù)”形態(tài)下學(xué)科知識的顆粒化，引導(dǎo)學(xué)生由易到難、循序漸進(jìn)地開展深度學(xué)習(xí)[ 2 ]。開口浮沉子的原理探析需要建立必要的物理模型，綜合應(yīng)用相關(guān)物理知識，是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，將其設(shè)計為一個個由淺入深的學(xué)習(xí)任務(wù)，能夠有效降低學(xué)生自主探究的難度，激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)交流合作的良好習(xí)慣，使學(xué)生真正成為課堂的主人。

據(jù)此，本文將開口浮沉子的原理探析作為教學(xué)內(nèi)容，將教學(xué)內(nèi)容以任務(wù)的形式呈現(xiàn)，設(shè)計課前任務(wù)、課中任務(wù)和課后任務(wù)引領(lǐng)學(xué)生完成教學(xué)目標(biāo)，以期提高學(xué)生問題解決能力。

1 ?課前任務(wù)

課前任務(wù)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，挑戰(zhàn)學(xué)生的能力，節(jié)約課堂時間，課前任務(wù)的完成情況是課中任務(wù)設(shè)計的依據(jù)，為課中任務(wù)的完成做好鋪墊[ 3 ]。

【任務(wù)】通過上網(wǎng)觀看浮沉子制作視頻，學(xué)習(xí)制作步驟和注意事項;通過上網(wǎng)或查閱書籍學(xué)習(xí)開口浮沉子的原理，并能夠簡要說明。

【設(shè)計意圖】首先，在課前安排學(xué)生學(xué)習(xí)制作浮沉子的步驟和原理，為課中制作做好鋪墊，有效解決課堂時間不足問題。其次，學(xué)生自己查閱資料尋求答案，是問題解決過程中必不可少的環(huán)節(jié)，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、理解信息和利用信息的能力。

2 ?課中任務(wù)

課中任務(wù)設(shè)計直接影響教學(xué)效果，要求設(shè)計的任務(wù)要在學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)，教師根據(jù)具體情況為學(xué)生提供適當(dāng)?shù)膸椭?/p>

【任務(wù)一】給每組同學(xué)分發(fā)滴管、圓形墊片、大頭針、鐵釘若干以及礦泉水瓶，制作開口浮沉子，見圖1。學(xué)生完成制作后各組展示作品，在展示過程中說明開口浮沉子的原理以及制作過程中遇到的困難與解決方案。

在展示過程中，大部分學(xué)生認(rèn)為浮沉子的原理是通過改變自身重力實現(xiàn)的，理由是他們注意到，浮沉子在下沉?xí)r液體“進(jìn)入”浮沉子，上浮時液體被“排出”的現(xiàn)象，同時他們認(rèn)為浮力改變的說法是錯誤的，因為浮沉子在下沉?xí)r，排開液體體積增大，浮力變大，浮沉子不會下沉。而少部分學(xué)生認(rèn)為浮沉子的原理是通過改變浮力實現(xiàn)的，對重力改變的說法提出質(zhì)疑，認(rèn)為浮沉子是開口的，與潛水艇的水倉不同，潛水艇的水倉是可以閉合的，因此他們難以理解浮沉子的重力為什么發(fā)生改變。

此外，學(xué)生在制作浮沉子過程中發(fā)現(xiàn)兩種異?，F(xiàn)象，即無論怎么擠壓礦泉水瓶浮沉子都漂浮在水面上以及下沉的浮沉子在松手后不再上浮。機(jī)智的學(xué)生發(fā)現(xiàn)能夠通過改變浮沉子的配重來改變上述異常，但對其中蘊(yùn)含的原理卻說不清楚。

【設(shè)計意圖】組織學(xué)生制作浮沉子，培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力，同時為探析浮沉子原理做好鋪墊;讓學(xué)生展示作品，發(fā)表見解，使學(xué)生思維可視化，既培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，同時使教師掌握學(xué)生的思維誤區(qū)，為下一個任務(wù)的引入做好鋪墊。

【任務(wù)二】簡化物理模型，分析開口浮沉子的原理。

該任務(wù)難度較大，如若讓學(xué)生獨(dú)立完成將存在很大困難，因此可為學(xué)生提供如下“支架”。

（1）忽略次要因素，建立物理模型，將浮沉子簡化為上端封閉，下端開口，其中封閉一部分空氣的模型，如圖2所示。請同學(xué)們注意觀察，浮沉子漂浮在水中時排開水的體積大小，思考浮沉子排水體積與實心物體排水體積有何不同？

【設(shè)計意圖】根據(jù)【任務(wù)一】中學(xué)生出現(xiàn)的思維誤區(qū)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好情境，轉(zhuǎn)變錯誤前概念，引導(dǎo)學(xué)生理解浮沉子排水體積的計算方法，確定浮沉子漂浮在水面上時排水體積為V排=Sh0（S為浮沉子的橫截面積），突破難點(diǎn)，為原理分析做好鋪墊;學(xué)生能否解決實際問題的關(guān)鍵在于能否將實際問題轉(zhuǎn)化為可研究的物理問題，因此，在教學(xué)中應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生建立物理模型的意識，為問題解決做好鋪墊。

（2）請同學(xué)們緩慢增大擠壓礦泉水瓶的力度，注意觀察擠壓礦泉水瓶過程中，引起什么發(fā)生變化？請畫出變化后（浮沉子還未完全浸沒時）的模型圖，仔細(xì)比較前后模型圖的差異，總結(jié)出在浮沉子下沉過程中發(fā)生變化的是什么？

【設(shè)計意圖】首先該任務(wù)要求學(xué)生緩緩擠壓礦泉水瓶，讓學(xué)生仔細(xì)觀察前后的變化，學(xué)生通過觀察容易發(fā)現(xiàn)擠壓礦泉水瓶時水進(jìn)入浮沉子，同時浮沉子露出水面的高度變小，學(xué)生合作討論后可畫模型圖如圖3，為問題的分析做好鋪墊。其次，讓他們自主分析擠壓前后的變化，使學(xué)生明確其中變化的是浮沉子的排水體積，排水體積變小，浮力變小，當(dāng)浮力小于重力時，浮沉子下沉，從而判斷出浮沉子下沉是通過改變浮沉子所受浮力實現(xiàn)的。因此該任務(wù)既培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的問題分析能力。

（3）請同學(xué)們繼續(xù)擠壓礦泉水瓶，讓浮沉子緩慢下沉至礦泉水瓶底端，認(rèn)真觀察并畫出浮沉子完全浸沒在水中時的物理模型圖，判斷此時浮沉子的排水體積等于多少？

【設(shè)計意圖】該任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步觀察浮沉子在完全浸沒后排水體積的變化，通過觀察，學(xué)生容易畫出物理模型圖如圖4所示，進(jìn)一步分析容易發(fā)現(xiàn)，浮沉子的排水體積為封閉氣體的體積，而此時排水體積明顯小于初始狀態(tài)下浮沉子的排水體積，因此浮沉子所受浮力小于重力，浮沉子下沉，這為分析浮沉子為什么上浮做好鋪墊。

（4）擠壓礦泉水瓶讓浮沉子緩慢下沉至礦泉水瓶底端，認(rèn)真觀察松手后浮沉子浸沒在水中時的排水體積如何變化？

【設(shè)計意圖】該任務(wù)讓學(xué)生認(rèn)真觀察松手后浮沉子的排水體積變化情況，自主發(fā)現(xiàn)松手后封閉氣體體積增大，浮沉子的排水體積變大，浮力變大，從而分析出浮沉子上浮的原因。

課中任務(wù)通過一系列的問題和任務(wù)“支架”，使學(xué)生在“支架”的引導(dǎo)下自主探究，讓學(xué)生自己解決重力說法的錯誤之處，突破思維誤區(qū)，轉(zhuǎn)變有關(guān)排水體積的錯誤前概念，提高學(xué)生認(rèn)知水平，有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)分析問題和解決問題的能力。

3 ?課后任務(wù)

課后任務(wù)是課堂任務(wù)的延伸，課后任務(wù)的探究有助于學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于解決實際問題，是培養(yǎng)問題解決能力必不可少的重要環(huán)節(jié)。

【任務(wù)】請你僅改變浮沉子的配重，重新制作兩種異常浮沉子（包含浮沉子A：無論怎么擠壓礦泉水瓶，浮沉子都漂浮在水面上;浮沉子B：下沉后的浮沉子在松手后不再上?。?，如圖5所示，將他們與正常浮沉子放在同一個礦泉水瓶中，嘗試逐漸增大擠壓力度擠壓礦泉水瓶，看看你有什么發(fā)現(xiàn)？請你借助網(wǎng)絡(luò)資源、書籍、或者詢問“專家”畫出三種浮沉子的模型圖，嘗試分析浮沉子異常的原因。

【設(shè)計意圖】讓學(xué)生重新制作異常浮沉子，使學(xué)生通過實驗提出合理的猜想，引導(dǎo)學(xué)生從實驗中獲得解決問題的靈感，使他們能夠像科學(xué)家們一樣思考，在不斷尋求答案中培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

4 ?結(jié)束語

開口浮沉子原理探析是培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的一個契機(jī)，合理創(chuàng)設(shè)任務(wù)，驅(qū)動學(xué)生自主探究，能夠有效轉(zhuǎn)變學(xué)生錯誤前概念，使學(xué)生獲得科學(xué)的物理知識和思維方法。因此，注重將開口浮沉子原理探析作為教學(xué)內(nèi)容，仔細(xì)探究其中蘊(yùn)含的科學(xué)原理，可以為學(xué)生未來的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)！

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

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[3] 華永平.任務(wù)目標(biāo)驅(qū)動下初中物理規(guī)律課的教學(xué)策略及意義——以北師大版“物體的浮沉條件”教學(xué)為例[J].中學(xué)物理，2020，38（8）：26-28.