形同神異 殊途同歸——“物體的浮沉條件”知識點教學(xué)設(shè)計典型案例比較與分析

?江蘇省南京市白下區(qū)教師進修學(xué)校 丁玉祥

形同神異 殊途同歸
——“物體的浮沉條件”知識點教學(xué)設(shè)計典型案例比較與分析

?江蘇省南京市白下區(qū)教師進修學(xué)校 丁玉祥

一、“物體浮沉的條件”知識點的內(nèi)容分析

浮力知識的內(nèi)容綜合性較強、能力要求也高。浮沉條件是力學(xué)中的重要知識點之一，是在學(xué)生生活經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過實驗和觀察來建立浮力的概念和研究浮力的規(guī)律。

“物體的浮沉條件”是在學(xué)習(xí)了力、壓力、壓強、浮力相關(guān)知識以后力學(xué)內(nèi)容的進一步綜合，并涉及到相關(guān)知識在生活中的廣泛應(yīng)用，如輪船、潛水艇、熱氣球、飛艇以及孔明燈等。從學(xué)生的角度而言，正確理解與熟練應(yīng)用“浮沉條件”，一般需要力、二力平衡條件、力的示意圖與受力分析、密度、重力、液體壓強、浮力、阿基米德原理等前提性知識作為認知基礎(chǔ)和鋪墊。

“物體的浮沉條件”基本教學(xué)要求是：知道物體浮沉的條件。在教學(xué)中應(yīng)注意通過實驗讓學(xué)生經(jīng)歷探究浮力大小的過程，體會和感悟?qū)嶒灥姆椒▽ξ锢韺W(xué)習(xí)的重要性，同時也加強了理論分析和推理判斷的作用。一般“物體的浮沉條件”重在綜合所學(xué)力學(xué)知識培養(yǎng)學(xué)生的分析能力，理論分析和推理判斷重在使學(xué)生認識到浮沉條件在社會生活生產(chǎn)中的應(yīng)用及其重要意義，進一步了解物體的浮沉條件，能夠說出實現(xiàn)漂浮、上浮、下沉、懸浮所需要的條件。

二、學(xué)生學(xué)習(xí)“物體浮沉的條件”前的認知狀態(tài)分析

認知心理學(xué)認為，教學(xué)效果往往直接取決于學(xué)生學(xué)習(xí)時頭腦中已具有的認知結(jié)構(gòu)和實際的認知加工，如果充分重視學(xué)生原有認知水平，有針對性地選擇一些適合學(xué)生認知水平的學(xué)習(xí)材料，設(shè)置恰當?shù)奈锢砬榫常湍艹浞旨ぐl(fā)學(xué)生已有“潛在狀態(tài)”的知識。由于物體的浮沉現(xiàn)象在日常生活中比較常見，學(xué)生有一定的感性生活經(jīng)驗，比如：“浸入水中的上浮的物體會受到浮力作用”，“物體受到的浮力大上浮，受到的重力大就下沉”等，這些有利于學(xué)生進行浮沉條件的進一步學(xué)習(xí)。在“浮沉條件”教學(xué)中，既要注意利用學(xué)生已有的經(jīng)驗和知識，又要注意糾正那些非科學(xué)的經(jīng)驗和觀念。比如受生活中“物體越重，受到浮力越大”“鐵、銅、鋼等金屬比水重，在水中一定下沉”“下沉的物體不受浮力影響”“重的物體在水中一定下沉”等錯誤概念的影響，對于浮沉條件教與學(xué)的環(huán)節(jié)設(shè)計，需要充分考慮到這些對學(xué)生學(xué)習(xí)浮沉條件知識的負面影響。另外，學(xué)生對于一些與浮力相關(guān)的基礎(chǔ)概念也容易混淆，影響對浮沉條件的理解，應(yīng)注意科學(xué)指導(dǎo)。比如：“浸在”和“浸沒”的區(qū)別，“排開液體體積”和“物體體積”的關(guān)系，“懸浮”和“漂浮”的區(qū)別等。因此要利用學(xué)生已有的生活經(jīng)驗發(fā)展學(xué)生的認識，充分利用學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識的程度和抽象思維能力發(fā)展的情況，積極引導(dǎo)學(xué)生自己應(yīng)用已掌握的基礎(chǔ)知識，用科學(xué)的觀點和態(tài)度來研究浮力問題。同時在實驗探究過程中，注意培養(yǎng)學(xué)生分析問題和推理的能力。

三、“物體浮沉的條件”不同風(fēng)格典型案例的示例

根據(jù)學(xué)生生活經(jīng)驗的不同，考慮到教學(xué)內(nèi)容編排、教學(xué)條件的限制，實際教學(xué)中“浮沉條件”這個知識點的教學(xué)設(shè)計上也呈現(xiàn)出了不同的設(shè)計思路。限于篇幅，本文的案例分析將著重對“浮沉條件”這一知識點的實驗探究過程設(shè)計進行分析，而“物體浮沉條件的應(yīng)用”方面則省略，不再贅述。以下選擇兩個典型案例，分別從教學(xué)目標編制、浮沉條件的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計等方面進行比較分析，從中體會不同教學(xué)設(shè)計的思想精髓與優(yōu)劣勢。

案例舉例一：《物體的浮沉條件》教學(xué)設(shè)計

設(shè)計者：江蘇省南京市孝陵衛(wèi)中學(xué) 袁志彬

【教學(xué)目標】

1.觀察物體上浮、下沉的現(xiàn)象，尋求使物體上浮與下沉的方法。

2.探究、理解物體的浮沉條件。

3.經(jīng)歷探究物體浮沉的過程，培養(yǎng)學(xué)生觀察、動手實驗、分析和概括的能力。

4.通過探究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和團隊合作精神。

【教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)】

師：我給同學(xué)們提供的器材有：彈簧測力計、天平、量筒、溢水杯、玻璃瓶配重物、水……

你能想到幾種方法測出或計算出物體重力的大小呢？

生：①可以直接用彈簧測力計測出重力；②可以用天平稱出物體的質(zhì)量，然后根據(jù)G=mg求出物體的重力。

師：那么你又有幾種方法測出浮力的大小？

生：①用彈簧測力計測出物體在空氣中的重力，然后將物體浸入水中，測出拉力；②用溢水杯，測出溢出水的體積。然后根據(jù)阿基米德原理求出浮力；③在量筒中倒入適量的水V1，再將重物放入水中，記下此時液面到達的刻度V2，V2-V1=V排，最后根據(jù)阿基米德原理求出浮力。

師：很好！大家的想法很多也很正確。下面我們就來探究物體在不同狀態(tài)下的重力、浮力。我們首先研究下沉。（出示石塊）你選擇哪種方法測出重力、浮力？

生：我選擇用彈簧測力計測出重力和浮力。

師：很好！下面大家動手實驗，并把實驗結(jié)果填入表格一當中。

表格一：

師：下面請同學(xué)們交流一下你們實驗的數(shù)據(jù)：重力多大、浮力多大？

（學(xué)生匯報，教師記錄。）

師：通過同學(xué)們的數(shù)據(jù)，你能總結(jié)出物體下沉?xí)r的條件嗎？

生：當重力大于浮力時，下沉。

師：下面我們接著探究，（出示玻璃瓶）如何測出它的重力，如何測出它的浮力呢？還能不能用彈簧測力計測量？

生：不能。

師：這時候你又會選擇如何測量浮力呢？

生：在量筒中倒入適量的水V1，在將重物放入水中，記下此時液面到達的刻度V2，V2-V1=V排，然后根據(jù)阿基米德原理求出浮力。

師：（教師演示）漂浮很簡單，那要測玻璃瓶上浮時的V排，而且要浸沒，怎么測量呢？

生：用針或者筆尖將瓶子按入水底。

師：再提醒大家一點，為了測量的重力更加準確，在每次測重力時都要把瓶子擦干凈。下面大家開始實驗，并把實驗數(shù)據(jù)記入學(xué)案的表格二中。

表格二：

二、學(xué)生實驗：

師：下面請同學(xué)們交流一下你們實驗的數(shù)據(jù)：重力多大、浮力多大？

（學(xué)生匯報，教師記錄。）

師：通過同學(xué)們的數(shù)據(jù)，你能總結(jié)出物體上浮、漂浮的條件嗎？

生：重力小于浮力，物體上浮；重力等于浮力，物體漂浮。

師：物體在液體當中，除了上浮、漂浮和下沉之外，還有別的浮沉情況嗎？

三、演示實驗：雞蛋懸浮于鹽水中

師：現(xiàn)在雞蛋浮在水面上沒有？沉到水底沒有？

生：沒有。

師：這種雞蛋懸在液體當中的現(xiàn)象，稱作懸浮。請問雞蛋此時的重力和浮力關(guān)系如何？

生：相等。

二、歸納總結(jié)：物體的浮沉條件（板書）：

案例舉例二： 物體的浮沉條件設(shè)計

執(zhí)教者：四川省威遠新店永民初級中學(xué) 陳曉梅

【教學(xué)目標】

1.知道物體的浮沉是由重力和浮力決定的。會判斷物體浮沉。

2.會對物體進行簡單的受力分析，并知道漂浮的物體浮力大小等于物重。

【教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)】

問：既然一切浸入液體中的物體都要受到浮力，那么為什么有的物體在水中下沉，有的在水中上浮呢？下面我們就來討論物體的浮沉條件。

板書：一、物體的浮沉

演示實驗：將3個乒乓球浸沒在水中（一個充滿沙；一個中空；一個有部分沙，用蠟封住），松手后出現(xiàn)什么現(xiàn)象？分析討論。

問：浸入水中的物體受到哪幾個力的作用？（重力、浮力）它們的施力物體是誰？（地球、水。）

一個物體在受到兩個或兩個以上力的作用時，它的運動狀態(tài)由它們共同決定。

（1）當F浮=G時，它受到平衡力的作用，將處于什么狀態(tài)？（靜止、懸浮）

（2）當F浮＞G時，它受到非平衡力的作用，將處于什么狀態(tài)？（上升、上浮）

（3）當F浮＜G時，它受到非平衡力的作用，將處于什么狀態(tài)？（下沉）

問：沉的物體最終處于什么狀態(tài)？（靜止）為什么？（另外受到容器底對它的支持力。）（G=F浮+F支）

問：那么上浮的物體最終處于什么狀態(tài)？（靜止）我們就說物體漂浮在液面上，那么，F(xiàn)浮=G。受到平衡力的作用。

討論：上浮的物體，上浮至漂浮在液面上的過程中，物體的重力怎樣變化？浮力怎樣變化？浸沒在水的體積能怎樣變化？說說浮力的大小可能跟什么有關(guān)系？

四、“物體浮沉的條件”兩個典型案例的比較與反思

（一）教學(xué)目標的編制

美國的課程專家布盧姆（B.SBloom）說過：“有效的教學(xué)始于準確地指導(dǎo)希望達到的目標是什么，教師所期望的學(xué)生的變化，便是教學(xué)目標；教學(xué)目標具體而言，就是用某種特殊方式，描述在教與學(xué)雙邊活動實踐后，學(xué)生應(yīng)當能做些什么，或?qū)W生應(yīng)具備哪些特征。”簡單地說，物理教學(xué)目標是指通過有目的的物理教與學(xué)實踐活動，教師期望學(xué)生所達到學(xué)習(xí)標準或發(fā)生的行為變化，其實質(zhì)是物理學(xué)習(xí)目標，也稱為學(xué)習(xí)行為目標。具有導(dǎo)向性、激勵性與可測性的特點。以下結(jié)合兩個教學(xué)設(shè)計案例進行分析。

【比較與分析】

案例一評析：

教學(xué)目標編制沒有分3個維度進行陳述，其主要問題是：

教學(xué)目標層次錯位，知識水平的教學(xué)要求過高。從“課程標準”看，“浮沉條件”的教學(xué)要求是“知道物體的浮沉條件”，其知識水平要求過高，即由“知道”層次提高到“理解”層次。過程性目標與知識性目標混淆，比如“探究、理解物體的浮沉條件”，建議分開陳述，過程性目標與目標3“經(jīng)歷探究物體浮沉的過程”教學(xué)目標相整合。同時，目標3中的技能目標“培養(yǎng)學(xué)生觀察、動手實驗、分析和概括的能力”與過程性（體驗性）目標“經(jīng)歷探究物體浮沉的過程”混淆，建議分開陳述。

案例二評析：

教學(xué)目標編制沒有按3個維度進行陳述，教學(xué)目標的知識水平要求把握比較準確（知道層次），注意技能性目標（會）的落實，突出了知識性與方法性目標的編制，主要問題是：缺少情感、態(tài)度價值觀教學(xué)目標的編制。

（二）實驗探究過程的核心教學(xué)設(shè)計

兩個案例中的實驗教學(xué)設(shè)計各有特色，其設(shè)計的意圖與教學(xué)目標的實現(xiàn)、學(xué)生的認知特點、教學(xué)實驗條件以及教師對教材的理解和把握能力密切相關(guān)，因此，“物體浮沉的條件”實驗的設(shè)計形式各異，各有特點。

1.案例一教學(xué)過程設(shè)計解剖。

本教學(xué)設(shè)計從“物體浮沉條件”實驗探究入手。本案例提供的主要器材有：彈簧測力計、天平、量筒、溢水杯、玻璃瓶配重物、水……通過“幾種方法測出或計算出物體的重力的大小，又有幾種方法測出浮力的大小”這樣的問題使學(xué)生通過討論，確定最優(yōu)的實驗方法，即選擇用彈簧測力計測出重力和浮力，這樣操作簡單。

在探究上浮物體的浮沉、漂浮條件時，利用提供的玻璃瓶和量筒，引導(dǎo)學(xué)生測出它的重力與浮力，提示學(xué)生能不能用彈簧測力計測量。這樣通過討論，讓學(xué)生知道根據(jù)阿基米德原理求出浮力，從而讓學(xué)生逐步理解上浮物體浮力測量的方法與下沉物體受到浮力測量方法不相同。另外，在實驗中教師始終注意讓學(xué)生交流實驗數(shù)據(jù)記錄，讓學(xué)生從數(shù)據(jù)中分析歸納出浮沉條件，進一步加深了對浮沉條件的理解。

在上浮與漂浮條件探究出來以后，又通過演示“雞蛋懸浮鹽水實驗”，引導(dǎo)學(xué)生體會懸浮的特點，進一步加深對浮沉條件的理解與把握。

【案例評析】本次設(shè)計的最大特點就是，從學(xué)生日常生活經(jīng)驗入手，記住分析實驗探究，實驗演示，分組討論，收集數(shù)據(jù)，歸納分析得出物體的浮沉條件的實驗結(jié)論。最重要的是，這個結(jié)論不是直接強加給學(xué)生的，而是在學(xué)生分組實驗探究的基礎(chǔ)得出的，此教學(xué)設(shè)計有利于引導(dǎo)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)學(xué)生動手實驗、分析概括的能力。

2.案例二教學(xué)過程設(shè)計解剖。

本設(shè)計開門見山，從浸入水中物體會出現(xiàn)浮沉現(xiàn)象入手，提出要討論的浮沉條件。其中浮沉條件的設(shè)計，主要是借助3個乒乓球（一個充滿沙；一個中空；一個有部分沙，用蠟封住），分別浸入水中出現(xiàn)不同的浮沉情況，讓學(xué)生先猜想運動狀態(tài)，然后通過受力分析的方法，逐步歸納出上浮、下沉以及漂浮和懸浮時物體重力和浮力應(yīng)滿足的條件。

最后，通過對從浸沒水中物體上浮過程中，重力、浮力大小的變化的討論，進一步加深對阿基米德原理和物體浮沉條件的理解。

【案例評析】該設(shè)計主要是以實驗探究、圖示分析、歸納概括等方式，進行浮沉條件的探究。本設(shè)計總體看，思路清晰，過程簡潔，沒有什么過多的復(fù)雜形式，避免了形式化的探究活動。從教學(xué)效率角度看，實驗操作簡單，分析推理與概括簡單，思路清晰，十分高效。但從培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，自主開展實驗探究的培養(yǎng)方面看，無疑還存在著一定的欠缺。

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?編輯/張燁