基于活动情境的“浮力”教学探讨

(江苏省南京市东山外国语学校，江苏 南京 211100)

建构主义教学理论认为：教学要为学生创设理想的学习情境,激发学生的推理、分析、鉴别等高级的思维活动,同时给学生提供丰富的信息资源、处理信息的工具以及适当的帮助和支持,促进他们自主建构意义以及解决问题。本文以“浮力”一节教学为例,探索基于活动情境的物理教学。

1 感知浮力,引入浮力课题

教师用泡泡机吹出一些泡泡,学生观察泡泡的运动情况,发现泡泡下落直至破裂,教师模拟《是真的吗》电视场景,发问：泡泡能悬在空中,是真的吗？教师将提前隐藏好的充满未知无色无味气体的盒子拿出来,用泡泡机向内充泡泡,学生观察到一个个晶莹剔透的小泡泡在盒子上方欢快跳跃,如图1所示,很是震撼。学生很自然地联想到和小学科学学过的浮力知识有关,教师顺利进入新课的教学。

图1

教学感悟：课题引入是整个教学的有机组成部分,是教学环节的第一锤。好的课题引入可以先声夺人,给整堂课打下一个良好的基础。孩子们看到泡泡悬在空中跳跃时，不约而同的惊呼声将课堂的学习气氛充分调动起来,极大地激发了学生学习新知识的热情。

2 体验浮力,构建浮力概念

教师向学生提出问题1：生活中你在哪些场景中见过或者体验过浮力的存在？学生根据自己的生活经验和经历,举出与浮力相关的事例：轮船漂在大海上,热气球浮在空中,运动员在水中游泳,人能漂浮在死海上读书看报等等,学生从诸如此类的事例中提炼出浮力的施力物体——液体和气体。

教师组织学生开展活动1：慢慢将塑料瓶按入水中,体验一下,你的手有什么感觉？学生将塑料瓶压入水中,感觉到水对瓶子有一个向上的托力,阻碍瓶子进入水中,这个力就是瓶子受到的浮力。

教师课前将三个乒乓球分别用细线系在铁块上,将铁块粘在上方开口的长方形容器底部,往容器中注水,直至没过乒乓球,如图2所示,学生根据绳子的方向判断出浮力的方向——竖直向上,与重力的方向相反,在此基础上教师追问：浮力方向是否始终竖直向上？学生将验证重力方向始终是竖直向下的方法进行了迁移,将容器适当倾斜,如图3所示,继续观察悬绳的方向。

图2

图3

教学感悟：建构主义认为：教学不是知识由教师向学生的单向传递,而是学生自主构建知识的过程。教师组织学生开展举例、压瓶子、探究浮力方向的活动,让学生自己总结出浮力的特点,自主构建浮力的概念。在此环节中,面对新信息、新概念和新命题,每个学生都以原有的知识经验为基础构建自己的理解,并且在探究浮力方向这一环节,学生的迁移能力也得到了充分的培养。

3 思维碰撞,学会测量浮力

教师课前准备好几种水果：苹果、橙子、圣女果、西红柿、芒果,并依次让学生猜想这些水果丢入水中后的浮沉状态,教师逐一进行验证(如图4)。学生发现有的水果漂浮,有的水果沉底,漂浮的水果受到浮力作用是显而易见的,教师顺势提出问题2：下沉的物体是否受到浮力的作用呢？如果受,你能否设计一个实验来验证你的猜想呢？学生分小组讨论设计实验方案：在空气中用弹簧测力计测出装有配重的矿泉水瓶所受重力G,接着将瓶子完全浸没在水中时,读出此时测力计的拉力F拉,比较F拉和G的大小。学生在探究活动中发现F拉始终小于G,说明下沉的物体受到浮力作用。在此基础上,教师继续引导学生思考能否测出浮力的大小,学生容易得到F浮=G-F拉(如图5)。

图4

图5

教学感悟：探究下沉的物体是否受到浮力是本节课的教学重点,教师通过让学生猜想常见水果的浮沉状态，进而引入问题2,在这一活动中,学生的猜想与实验结果基本不相符,学生潜意识中的观点被否定,与学生的思维产生了强烈的碰撞,激发了他们的探究热情,学生会产生疑惑：水果的浮与沉到底由什么因素决定？这又为下一节课做了适当的铺垫。通过探究,使学生认识到浸在液体中的物体,都会受到浮力的作用。该活动还使学生了解用弹簧测力计测量浮力的方法,为继续探究做准备。另外，在利用测力计判断下沉的物体是否受浮力的探究活动中,教师还可以直接用手托起测力计下面的重物,观察测力计的示数变化,与水下的情况进行类比。

4 再探浮力,总结浮力的影响因素

在探究活动2中,每个小组测出来的浮力大小不尽相同,教师给出问题3：你觉得影响浮力大小的因素有哪些？首先让学生根据已有知识和生活经验提出猜想,学生通常会提出浮力的大小可能与物体的密度、液体的密度、物体的形状、物体在液体中的深度、物体的体积、液体的体积等因素有关。

图6

学生猜想了这么多的影响因素,如果按照控制变量法的思想对诸多要素进行逐一探究,时间上是不允许的,教师可再安排一个学生活动3：用弹簧测力计拉着物体,使其逐渐浸入液体,直至完全浸没,并继续下移一段距离,观察测力计示数的变化和深度的关系(如图6)。

根据实验学生不难发现：浸没前，浮力随浸入深度的增大加而增大；浸没后浮力不变，与深度无关。通过这个实验,学生发现浮力大小与深度的关系并不直接和简明,教师可引导学生进一步思考，寻找直接影响浮力大小的因素，经过足够的讨论，还是有学生能得出结论：浮力与物体排开液体的体积直接相关。

为了探究浮力大小与物体的密度是否有关，可选择两个完全相同的口香糖盒子,里面装不同质量的配重,按以下步骤进行探究：(1) 用弹簧测力计分别测出各自所受的重力；(2) 分别将它们浸没在水中,读出弹簧测力计的示数；(3) 分别计算它们受到的浮力。

探究浮力的大小与物体的形状是否有关时，按以下步骤进行探究：(1) 将一块橡皮泥挂在弹簧测力计上浸没于水中,读出弹簧测力计的示数；(2) 改变此橡皮泥的形状,仍将橡皮泥浸没于水中,再次读出弹簧测力计的示数；(3) 比较两次示数。

对于浮力是否与液体的体积和物体的体积等因素是否有关,如时间允许，教师可在课堂上演示或者让学生课后继续探究。教师组织学生利用提供的器材和控制变量法，重点开展学生活动4：探究影响浮力大小与排开液体体积和液体密度的关系,通过小组合作,将实验数据记录在表格中，进而得出结论。

教学感悟：事实上,浮力大小与物体排开液体的体积和液体密度这两个因素有关。对于“排开液体体积”这一因素,学生很难想到,即使有些学生课前预习知道有这个影响因素,也不太能真正理解它的含义。因此教师安排了活动3,通过实验,学生排除了深度这个无关量,得出排开液体体积这个有关变量,通过直观的实验现象不但可以分析得出这一因素,还可以帮助学生更好地理解这一“陌生”因素。在活动4的基础上,教师可直接给出阿基米德原理(F浮=G排),再通过数学方法推导出浮力与液体密度和排开液体体积的关系式,由公式进一步理解学生由实验所得到的结论，与阿基米德原理进行对照。

5 “泡泡”揭秘,浮力知识得以应用

学习完浮力的相关知识以后,教师带领学生再次回到引入课题时的小实验,并且告知学生透明容器里的气体是密度约为空气密度6倍的六氟化硫气体,抛出问题4：你能用我们今天所学的知识解释泡泡悬在空中这个实验现象吗?

教学感悟：最后一个环节是前面几个环节的理解和运用,让学生在解决问题4的过程中,加深对刚学的新知识的巩固和理解,同时提高学生运用物理知识解决问题的能力。

在基于活动情境的教学中,教学不再是传递客观而确定的现成知识,而是通过教师创设的一些活动情景,激活学生原有的相关知识经验,促进知识经验的生长,实现知识的重新组织、转换和改造。

[1] 罗国忠.浮力难学难教的问题例析[J].中学物理教学参考,2015,(1)．

[2] 梁建,叶志兵,张杰,朱翠芹.基于科学探究体验 发展学生核心素养[J].物理教师,2017,(1)．

[3] 朱龙祥.物理教学思维方式[M]．北京：首都师范大学出版社,2000．