從“探究 實驗 悟理”中享受學習物理的樂趣

李剛

1 教學分析

探究精神是科學的靈魂，探究能增強學生主動參與的積極性，加深學生研究思考問題的程度.物理是一門以觀察和實驗為基礎的自然學科，實驗活動是研究物理問題的根本方法，也是培養學生科學方法和科學態度的有效途徑. “物理悟理，悟物窮理，理在物中，理在悟中”，“學物之理，悟人之理”，這是物理學之道和為人之道.物理就是萬物之理，物理最終就是“悟理”.

對于浮力，學生的生活經驗是比較多的，但一些表面的現象，會使他們形成一些錯誤的前概念（如下沉的物體不受到浮力），這些必須用實驗來糾正.探究浮力大小與哪些因素有關是建構浮力大小規律的一個重要的過程性學習活動（規定為學生必做實驗），它是一個定性的探究，對學生的定量要求不高，但它涉及到較多因素，對學生探究能力的訓練是一個比較全面的平臺，比起直接驗證浮力與排開液體重力的關系要豐滿得多.對阿基米德原理的認知要求是“知道”，“知道”是認知的第一水平，而不是會背結論，要了解它的內涵，能應用它說明生產和生活中的浮沉現象，但應避免在定量解決問題中提過高要求.基于此，這節課采用演示實驗和學生實驗相結合的方式，注重引導學生動手、動腦、動口，在教師的啟發下，讓學生自己去解決“下沉的物體是否受浮力”，“浮力的大小與哪些因素有關”等問題，這樣既充分調動了學生的主動性，又活躍了課堂氣氛.讓學生通過經歷探究浮力大小的過程，體會和感悟實驗方法對物理學習的重要性，積極引導學生自己應用已掌握的基礎知識，用科學的觀點和態度來研究浮力問題，認真思考主動學習.體現從生活到物理從物理到社會的新課程理念，增強物理的應用意識，培養學生用物理的眼光看問題，用物理的頭腦思考問題.

2 教學重點、難點

【重點】浮力的概念和阿基米德原理.

【難點】下沉物體是否受到浮力；探究影響浮力大小的因素，并能進行分析歸納.

3 實驗器材與裝備

演示實驗器材：水槽、乒乓球、細鐵絲、燒杯、小鐵塊、皮球、水桶、彈簧測量計.

信息技術支持：IPAD（無線WIFI攝像頭）、手機（課堂交互工具）、未來教室（StarC系統）

學生實驗器材：燒杯、水、酒精、濃鹽水、重物（側壁有標記）、彈簧測力計、溢水杯、小桶、升降臺、棉布、鐵架臺.

4 活動設計

活動一：認識浮力

老師：同學們，今天的學習從觀察思考開始.在老師手上有一個乒乓球，將它浸沒到水中，放手，乒乓球會浮起來，這是為什么呢？此外，松手后的氫氣球也會飄向高空，這又是為什么呢？

引出浮力的定義.

設計意圖：為讓學生感悟到“浮力”的存在，我們選用了“乒乓球在水中上浮”這一實驗，具體實施時遇到這樣一個問題：乒乓球在水中上浮的速度很快，怎樣才能呈現乒乓球從水底緩慢浮起的過程？經過組內教師的討論及實踐，得出一個比較好的方法：在乒乓球內注入適量的水，容器則用透明盛液筒，同時再借助鐵絲等把乒乓球壓在水底.

（板書：浮力：液體或氣體對浸在液體或氣體中的物體向上的托力叫浮力，記作F浮.）

老師：那么，浮力的方向是怎樣的呢？你們的依據是什么？請同學來說說看.

接下來通過實驗進一步驗證，在老師手上有一根重錘線，下面的重物受到重力的作用，將上面的細繩拉直，細繩拉伸的方向與重物所受重力方向一致，即豎直向下.同理，在乒乓球的下端系上一根細線，它伸長的方向與乒乓球受到浮力的方向一致，它的方向是豎直向上的嗎？讓重錘線靠近它，發現兩根線重合.這說明浮力的方向是豎直向上的.

設計意圖：原來的設計是通過受力分析得出浮力的方向是豎直向上，比較抽象.本設計中借鑒有關“重力方向”演示實驗的做法：用一段較粗的紅毛線，將其兩端分別固定在乒乓球和玻璃缸的底部，將水注入玻璃缸，直到將乒乓球浸沒，觀察紅毛線被拉伸的方向.將玻璃缸的一端墊高，再觀察紅毛線被拉伸的方向，并與重垂線做對比.此實驗說明浮力的方向總是豎直向上的，這個方法操作起來比較簡單，也比較直觀.

老師：生活中有很多物體受到浮力的作用，你們能列舉出一些物體受浮力作用的例子嗎？

剛才大家列舉的這些例子，物體都是漂浮在液面上的，那么下沉的物體是否也受浮力呢？小組討論，然后用Clicker做出選擇.大家認為下沉的物體受浮力作用，那能否設計一個實驗來證明嗎？

設計意圖：用下沉的鐵塊與漂浮的物體對比使學生的思維形成沖擊，從而去進一步思考浮上來的物體受到浮力，下沉的物體是否也受到浮力的作用？學生會回到生活中尋找支持自己猜想的現象.通過StarC中Clicker交互對學生的前概念進行前測，再由教師加以引導使其再次回到物理中，設計方案去檢驗下沉的物體是否也受到浮力的作用.小組交流后再利用IPAD的無線WIFI攝像頭在主屏上展現出小組的實驗設計方案，使學生在交流中學習.得到學生都認同的解決方案后再進行分析，通過分析學生們不僅明白了下沉的物體也受到浮力的作用，還總結出測量浮力大小的方法（稱重法）.這體現了在活動中學習.

活動二：探究浮力大小與什么因素有關？

老師：請一位同學來完成一項任務，把一個氣球壓入到水中去，再談談感受.

老師：很難壓，越往下越難壓？這是為什么？越往下球受的浮力越大，那在水中的物體受到的浮力大小可能和哪些因素有關？

學生猜想：可能與物體浸在水中的體積、浸入水中的深度有關.

設計意圖：“氣球壓入水中”是一項趣味性很強的游戲，可以提高學生學習的興趣，同時激發學生的思考，為下面猜測浮力的大小與什么因素有關提供依據.

活動二：浮力與哪個因素有關.

實驗1：用稱重法測量物體浸在水中不同情況下所受浮力大小（圖1）.

設計意圖：用稱重法測量不同條件下物體所受浮力的大小，既可加強學生對新方法的掌握，又能夠使學生獲得增強活動技能的機會，這就是在實踐中學習.

學生實驗的創新及改進之處在鐵架臺和升降臺的使用上，利用鐵架臺可以減小因手部抖動引起的讀數誤差，利用升降臺能改變重物浸入水中的深度，便于操作和準確收集數據.學生通過相互合作獲得實驗數據，這就是學生的成果.

在引導學生分析數據時，利用StarC交互功能，使學生認識到浮力與物體排開液體的體積有關與浸沒的深度無關，為后面的探究做好鋪墊.

對學生的實驗數據進行分析，得出相關結論.

老師：浮力的大小還和什么因素有關？你猜測的依據是什么？這個實驗應該如何設計？采用了什么研究方法？通過數據能得出什么結論？

實驗2：用稱重法測量物體浸沒在不同液體中所受浮力的大小（圖2）.

探究1：浮力大小還與哪些因素有關（圖3）

結論：浸在液體里的物體，所受浮力的大小與排開液體的體積和液體的密度有關，且排開液體體積越大，液體密度越大，物體所受浮力越大.

活動三：探究浸在液體中的物體所受浮力大小與物體所排開的液體重力有什么關系？

老師：通過實驗探究發現浮力的大小與兩個因素有關.要找到物理規律，需要學會從定性研究走向定量研究.那么，浮力的大小和液體密度、排開液體體積有什么關系？由于浮力與它們是不同類型的物理量，要研究他們在大小上的關系，需要把他們轉變成相同的物理量，即探究浮力和排開液體的重力在大小上有什么關系.

探究前先解決兩個問題：

問題1：用什么方法測量物體所受浮力？

問題2：怎樣測量被物體排開的液體重力？

設計意圖：利用學生已有的知識和經驗，一步步由浮力與液體密度和物體排開液體的體積的關系過渡到物體所受浮力與物體排開液體重力的關系上，經歷自我生成、自我構建的過程.

阿基米德原理的探究是難點，在這里筆者采用了“分解法”，即把物體所受浮力與物體排開液體重力有什么關系拆分為兩塊：一是學生明確測浮力的方法；二是學生通過討論用集體的智慧攻克難關：被物體排開的液體重力的測量方法.這就為學生搭建了臺階，符合學生的認知規律.這個探究過程較為復雜，因此要在明確思路后在展開探究時適當降低難度，不要挫傷學生的積極性.通過有序的探究，學生們總結得出阿基米德原理，讓其再一次體驗成功.

實驗如圖4所示，將測量時的數據填入表3中.

設計意圖：教師在學生設計的基礎上對器材稍加改進，引出新器材溢水杯，并介紹溢水杯的使用方法.利用新器材，結合學生設計的實驗方法引導學生探究浸在液體中的物體所受浮力大小與物體所排開的液體重力大小的關系.

學生整理分析數據，展示實驗過程，總結得出

結論：

浸在液體中的物體所受浮力大小等于被物體所排開的液體的重力——阿基米德原理.

教師：阿基米德是古希臘杰出的科學家和數學家.他勤奮好學，熱愛科學，用所學的知識建設和保衛自己的國家，特別值得敬佩的一點是，他把愛國作為他人生的最高信仰. 希望同學們跟他一樣，“愛國、愛家、愛自己”.

5 教學反思

浮力是學生比較熟悉的一種力，是初中物理重點內容之一.本堂課在學生生活經驗的基礎上，通過觀察和體驗來建立浮力的概念、研究浮力的規律，主要采用演示實驗和學生實驗相結合的方法，注意引導學生動手、動腦、動口，在教師的啟發下，讓學生自己去解決問題，這樣既充分調動了學生的主動性，又活躍了課堂氣氛.學生們通過經歷探究浮力大小的過程，能體會和感悟實驗的方法對物理學習的重要性，能應用已掌握的基礎知識，用科學的觀點和態度來研究浮力問題，認真思考，主動學習，體現從生活到物理、從物理到社會的新課程理念.

（1）本課在引入新課時用了學生比較熟悉的事物和現象，激發了學生的興趣.首先設計了演示實驗：放入水中的乒乓球會浮起來，氫氣球在空氣中會飄起，讓學生感受到浮力的存在.通過對現象的分析，由生活回到物理，構建浮力的概念，再由物理進入生活，由學生列舉生活中能說明物體受浮力作用的現象.

（2）通過鐵塊的下沉與物體上浮的對比使學生的思維形成沖擊，從而去進一步思考浮上來的物體受到的浮力，下沉的物體是否也受到浮力的作用.學生會回到生活中尋找支持自己猜想的現象.小組交流匯報，使學生在交流中學習，得到學生都認同的解決方案后再進行分析驗證，不僅證明了下沉的物體也受到浮力的作用，并且總結出稱重法測浮力.通過Ipad 的無線wifi攝像頭能很好地呈現演示實驗和各小組的實驗設計方案，通過StarC中Clicker交互功能對學生的前概念進行進行前測，可以指引后面的教學.

（3）學生壓皮球這個游戲可以讓學生體驗到浮力，同時對浮力的大小與什么有關做出猜測.用稱重法測量不同條件下物體所受浮力的大小，既可加強學生對新方法的掌握，又能夠搞清浮力大小到底與物體浸入液體的體積有關還是與深度有關，它需要在實踐中學習，同時把探究浮力的難題也預先解決.通過相互合作獲得實驗數據，引導學生對數據做進一步的分析，學生會從中意識到知識的連續性、伸展性.學生實驗的創新及改進之處在鐵架臺和升降臺的使用上，利用鐵架臺可以減小因手部抖動引起的測量誤差，利用升降臺能改變重物浸入水中的深度，便于操作和準確收集數據.學生通過相互合作獲得實驗數據，這就是學生的成果.

（4）利用學生已有的知識和經驗，一步步由浮力與液體密度及物體排開液體的體積的關系過渡到物體所受浮力與物體排開液體重力的關系，在學生的思維中產生自我生成、自我構建的過程.在阿基米德原理的探究中采用了“分解法”，即把物體所受浮力與物體排開液體重力有什么關系拆分為兩塊：一是讓學生明確測浮力的方法；二是讓學生通過討論用集體的智慧攻克難關及被物體排開的液體重力的測量方法.這就為學生搭建了他可以踏上去的臺階，符合學生的認知規律.這個探究過程較為復雜，因此要在明確思路后在展開的環節適當降低難度，不挫傷學生的積極性.通過有序的探究，使學生總結出阿基米德原理，再一次體驗成功.

（5）在每個活動環節中，突出在活動中學習，在合作交流中學習，在不斷反思中學習，利用信息技術做好交流評價.學生正是通過擺弄實驗器材獲得關于浮力的表象，進而上升為理論知識，教師給予學生更多的操作實踐機會，通過豐富的材料，使學生可以親自進行實驗，體驗成功和失敗.未來教室也正好提供了一個更利于交流、合作、評價的平臺.